Виды и способы установки средств тензометрирования

Размещено на http: //www. allbest. ru/

1Калужский филиал Московского Государственного Технического Университета им. Н.Э. Баумана, Калуга 248000, Россия

2Калужский филиал Московского Государственного Технического Университета им. Н.Э. Баумана, Калуга 248000, Россия

Виды и способы установки средств тензометрирования

Н.Н. Курдюбов1, Н.А. Витчук2

e-mail: 1nkurdyubov@mail.ru, 1vitchuk.natalya@mail.ru

В настоящее время для испытания конструкций, измерения сил, давления, моментов и т.д. широкое распространение получил тензометрический метод измерения, основанный на применении тензометрических датчиков (тензодатчиков).

На практике используют различные типы тензодатчиков:

1) проволочные;

Это одноразовые датчики, основой которых является тонкая проволока, диаметром не более 0,05 мм.

2) фольговые;

Основой конструкции такого датчика является тонкая фольга, толщиной около 0,0036 мм.

3) полупроводниковые;

4) жидкометаллические;

Жидкометаллические датчики состоят из резиновой трубки, наполненной ртутью или галлиево-индиево-оловянным сплавом, при этом трубка имеет конфигурацию решетки.

5) высокотемпературные.

Предназначены для использования при высоких температурах. Датчики представляют собой проволочную решетку, закрепленную в трубке на фольге с помощью жаропрочного цемента [1].

Несмотря на разнообразие тензодатчиков, принцип их работы построен на зависимости электрического сопротивления проводников от их геометрических размеров.

При выборе тензодатчика необходимо учитывать следующие основные факторы: место установки, базовые размеры крепления в месте установки, номинальную нагрузку, характер измеряемых усилий (чистое растяжение или сжатие, растяжение с изгибом и т.д.).

Тензодатчики крепятся на испытуемый элемент, и при его деформировании происходит и деформирование проводника тензодатчика, что, в свою очередь, изменяет его сопротивление. Для установки тензодатчиков используют различные виды клея: циакрин, эпоксидный клей, полиимид, керамические связующие. Все виды клея, кроме циакринового клея, требуют нагревания для инициирования полимеризации [2, 3].

В связи с тем, что упругие деформации многих материалов очень малы, а изменение сопротивления прямо пропорционально деформациям, современные омметры не могут улавливать столь малые изменения. Для измерения этих показаний используется мостовая схема подключения тензодатчика (рис. 1).

Рис. 1 Мостовая схема с тензодатчиком

Cопротивление резистора R2 устанавливается равным сопротивлению тензодатчика в спокойном состоянии. Сопротивления резисторов R1 и R3 так же подбираются равными друг другу. Таким образом, если к тензодатчику не приложено никакой силы, мост будет симметрично сбалансирован и вольтметр покажет напряжение 0 В. Как только на тензодатчик будет оказано воздействие, его сопротивление соответственно увеличится или уменьшится, произойдет разбалансировка моста и вольтметр покажет некоторое напряжение. Данная система называется 1/4 моста.

Существуют также системы 1/2 моста и 4/4 моста, повышающие качество измерений [2].

Принцип работы таких систем представлен на рис. 2.

Для измерения деформации изгиба, компенсируя деформацию растяжения, тензодатчик 2 подключается к соседней стороне моста. При этом напряжение на вольтметре определяется по формуле:

. (1)

где - коэффициент тензочувствительности; , - деформации тензорезисторов; - модуль Юнга [2].

Тензодатчик 1 измеряют деформацию растяжения, а тензодатчик 2 измеряет деформацию сжатия. В связи с тем, что деформации тензодатчика 2 учтены с отрицательным знаком, результат в скобке будет положительным, тем самым, выход моста удваивается и обеспечивается измерение только деформаций изгиба. Для измерения деформации растяжения (рис. 3) данная схема подключения будет давать на выходе ноль. Поэтому тензодатчики подключаются к одной стороне моста, а напряжения на вольтметре будет равно:

Рис. 2 Вариант схемы расположения тензодатчиков системы 1/2 моста для измерения деформации изгиба

. (2)

Рис. 3 Вариант схемы расположения тензодатчиков системы 1/2 моста для измерения деформации растяжения

В системе 4/4 моста четыре тензорезистора подключены по одному с каждой из четырех сторон моста (рис. 4). Данная система для измерения деформации используется редко, но она часто применяется для датчиков тензорезистивного типа.

Рис. 4 Схема расположения тензодатчиков cистемы 4/4 моста

Метод тензометрирования широко применяется при проектировании и эксплуатации грузоподъемных машин. Например, при испытаниях башенных кранов использование тензодатчиков позволяет измерять деформации и напряжения при действии статических и динамических нагрузок.

Статические испытания проводят для определения деформации конструкции крана и действительных усилий в элементах. Т.е., в процессе испытаний плавно выполняют подъем и опускание башни и стрелы и при помощи тензодатчиков измеряют напряжения в элементах башни и усилия в стреловом расчале. Полученные в результате испытаний величины служат для проверки расчетов механизмов и оценки качества их изготовления, а также служат основой для проведения динамических испытаний.

Таким образом, простота конструкции и принципа работы тензометрических датчиков делают проверку быстрой, точной, удобной и менее трудоемкой по сравнению с другими методами контроля. При этом применение тензодатчиков дает возможность определить фактические нагрузки на детали и узлы машин и механизмов, измерить деформации в условиях нормальной эксплуатации и при специальных режимах работы, оценить качество изделий, выявить направления совершенствования конструкции исследуемых элементов.

тензометрический деформация нагрузка деталь

Литература

1. Макаров Р.А. Тензометрия в машиностроении. - М.: Машиностроение, 1975. 288 с.

2. Мехеда В.А. Тензометрический метод измерения деформаций: учеб. пособие. - Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2011. 56 с.

3. Котова Е.В., Лукина Н.Ф. Термостойкие клеи для термо- и тензометрирования // Клеи. Герметики. Технологии. 2010. № 5. С. 7-9.

Размещено на Allbest.ru