26025

Тензометрия

Лекция

Производство и промышленные технологии

Тензометрия (от лат tensus — напряжённый и греч. metron — мера) — способ измерения напряжённо-деформированного состояния конструкции. Базируется на определении напряжений и деформаций в наружных слоях детали. Прибор для измерения этих параметров называется тензометром; обычно основным элементом такого прибора является тензодатчик

Русский

2014-10-16

246 KB

34 чел.

Лекция 17

Тензометрия.

1.1. Тензометр. 1.2. Электрические схемы. 1.3. Преобразователи перемещений и деформации. 1.4. Применение.

Тензометрия (от лат tensus — напряжённый и греч. metron — мера) — способ измерения напряжённо-деформированного состояния конструкции. Базируется на определении напряжений и деформаций в наружных слоях детали. Прибор для измерения этих параметров называется тензометром; обычно основным элементом такого прибора является тензодатчик, преобразующий измеряемые величины в электрический сигнал, который затем передаётся регистрирующей аппаратуре.

Распространённая конструкция тензодатчика представляет собой резистор, сопротивление которого изменяется при деформации. Его приклеивают к поверхности тестируемой детали, так, чтобы он деформировался вместе с ней. Используются одиночные тензорезисторы или блоки тензорезисторов, соединённые по схеме моста или полумоста.

Регистрирующая аппаратура называется тензостанцией. До 1980-х годов она представляла собой комплекс самописцев, регистрирующих значения сигналов датчиков на бумаге. Развитие компьютерной техники и АЦП изменило облик этой аппаратуры. Стала возможна не только регистрация сигналов тензодатчиков, но и их компьютерный анализ в реальном времени и автоматическая выдача управляющих сигналов для изменения режима работы тестируемой конструкции.

Тензометрия широко используется для измерения веса.

Принцип действия

Тензодатчик включается в измерительный мост в качестве одного из сопротивлений (например, R2 на рис. 1). Если все сопротивления, составляющие мост, равны между собой, то при любых значениях напряжения между точками А и D токи через все резисторы по закону Ома будут равны между собой. Следовательно, напряжение между точками С и B будет равно нулю. Но если какое-либо сопротивление будет отличаться от трёх других, то между точками C и B появится разность потенциалов (напряжение). Если же это сопротивление будет менять своё значение под воздействием какого-либо внешнего физического фактора (изменения температуры, светового потока извне и т. д.), то напряжение между точками C и B будет менять своё значение в соответствии с изменением параметров внешнего физического фактора. Таким образом, внешний физический фактор является входным сигналом, а напряжение между точками C и B — выходным сигналом. Далее выходной сигнал можно подавать на анализирующее устройство (например, на персональный компьютер), где специальные программы могут его обрабатывать.

В качестве резистора с переменным значением может использоваться тензодатчик — это такой «резистор», который может изменять своё сопротивление при изменении его длины или иной деформации. Если один конец тензодатчика закрепить на одной поверхности (назовём её Х), а другой конец тензодатчика закрепить на другой поверхности (назовём её Y), то с изменением расстояния между поверхностями Х и Y будет изменяться длина тензодатчика, а значит и его сопротивление, меняя напряжение между точками C и D. Таким образом, на анализирующем устройстве (например, на экране монитора компьютера) можно получить кривую, с большой точностью соответствующую колебаниям расстояния между поверхностями X и Y. Эту кривую и соответствующий ей сигнал можно анализировать. Такой способ измерения получил назваание тензометрии. Чувствительность тензометрических измерений расстояний между поверхностями Х и Y достигает долей микрометра.

Помимо тензодатчиков, для измерения колебаний расстояния между двумя поверхностями часто используют пьезоэлектрические датчики. Последние во многих сферах вытеснили тензодатчики благодаря лучшим техническим и эксплуатационным характеристикам.

Рис. 1. Измерительный мост с вольтметром

Тензодатчик (тензорезисторный датчик) - преобразователь силы, измеряющий массу методом преобразования измеряемой величины (массы) в другую измеряемую величину (выходной сигнал) с учетом влияния силы тяжести и выталкивающей силы воздуха, действующих на взвешиваемый объект.

Тензодатчик состоит из:

  1.  Упругий элемент - тело воспринимающее нагрузку, изготавливается преимущественно из легированных углеродистых сталей предварительно термообработанные, для получения стабильных характеристик. Конструктивно может быть изготовлен в виде стержня, кольца, тел вращения, консоли. Широкое распространение получили конструкции в виде стержня (или нескольких стержней);
  2.  Тензорезистор - фольговый или проволочный резистор, приклеенный к упругому элементу (стержень), изменяющий свое сопротивление пропорционально деформации упругого элемента, которая в свою очередь пропорциональна нагрузке;
  3.  Корпус датчика - предназначен для защиты упругого элемента и тензорезистора от механических повреждений и влияния окружающей среды. Имеет различное исполнение IP (Ingress Protection Rating) в соответствии с международным стандартом IEC 60529 (DIN 40050, ГОСТ 14254-96);
  4.  Герметичный ввод (кабельный разъем) - предназначен для подключения тензодатчика ко вторичному прибору (весовой индикатор, электронный усилитель, АЦП) при помощи кабеля. Возможны варианты подключения по 6-ти и 4-х проводной схеме. Тензодатчики комплектуются, кабелями различной длинны, существуют конструкции с возможностью замены кабеля;

На Рисунке 2 отображена конструкция тензодатчика с упругим элементом в виде кольца поз.1.

Для правильно функционирования весов, важно соблюдать характер приложения нагрузки. Вектор силы, воздействующий на датчик, должен быть строго в направлении оси датчика (упругий элемент тензодатчика стержень, кольцо). Для исключения бокового влияния нагрузки, применяют самоустанавливающиеся (самоцентрирующиеся) конструкции. Поверхность опор таких тензодатчиков имеет сферическую выпуклую форму.

Принцип действия тензодатчика основан на измерении изменения сопротивления тензорезисторов наклееных на упругое тело, которое под действием силы (вес груза), деформируется и деформирует размещенные на нем тензорезисторы.

Конструкция тензорезистора представляет собой (Рисунок 3):

  1.  Проволочная или фольговая решетка - изготавливается из металлической нити диаметром 20-25 мкм из константана, манганина;
  2.  Подложка - основание, на которое наносится решетка тензорезистора, выполнено из бумаги, пленки, синтетического материала стойкого к деформациям;


Электрическое соединение тензорезисторов:

Широкое применение получила мостовая схема включения тензорезисторов – мост Уитстона. Схема представляет собой 4 тензорезистора, соединенные в электрический мост - Рисунок 4.

рис4

Uпит – напряжение питания измерительного моста, как правило в интервалах 3-30В напряжения переменного или постоянного тока, Uсигн – напряжение измерительной диагонали моста, R1, R2, R3, R4 – сопротивления плеч измерительного моста, Rк – добавочное сопротивление, необходимое для компенсации изменения температуры окружающей среды и выравнивания чувствительности.

Чувствительность - это отношение выходного напряжение сигнала Uсигн [мВ (милиВольт)] к входному напряжению питания тензометрического моста Uпит [В (Вольт)]. Как правило, в паспортных данных к тензодатчику чувствительность (номинальная) обозначается Cn. К примеру, если указано Cn=2мВ/В и номинальная нагрузка Emax=10т (тонн), то следует понимать, что при Uпит=10В и воздействии груза массой 1 т., Uсигн=2мВ.

В настоящее время существует множество наработок в области тензометрии, технологиях изготовления тензорезисторов и тензодатчиков. Нормирующим документом для производителя тензодатчиков является Рекомендации МОЗМ (OIML) Р60 (R60). Производители весового оборудования применяют в конструкциях своих весов различные типы тензодатчиков, в зависимости от предназначения и условий эксплуатации весового оборудования.

От выбора типа тензодатчика, узла встройки, конструкции платформы, качества фундамента (основания) весов зависит надежность и качественная работа, которая невозможна без вторичных преобразователей сигнала или весовых индикаторов (терминалов).

Пьезоэлектри́ческий эффе́кт — эффект возникновения поляризации диэлектрика под действием механических напряжений (прямой пьезоэлектрический эффект). Существует и обратный пьезоэлектрический эффект — возникновение механических деформаций под действием электрического поля.

Прямой и обратный пьезоэлектрический эффекты наблюдаются в одних и тех же кристаллах — пьезоэлектриках. Прямой эффект открыт братьями Жаком и Пьером Кюри в 1880 г. Обратный эффект был предугадан в 1881 г. Липпманом на основе термодинамических соображений и в том же году экспериментально подтверждён братьями Кюри.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

54828. Педагогіка орієнтована на дитину 89.5 KB
  Що мається на увазі під поняттям діти с особливими потребами Це діти які в силу різних причин потребують посиленої уваги педагогів що здійснюють навчання виховання соціальну підтримку цих дітей тобто діти яких природа позбавила можливості на достатньому рівні сприймати світ й відчувати свою належність до нього через хвороби вади чи патологічний стан. Сьогодні ми поділимося досвідом як проходить процес навчання та виховання таких дітей у нашому закладі: якою повинна бути звичайна освіта для особливих дітей. Тому сьогодні на...
54829. Методика преподавания режиссуры театрализованных представлений и праздников на примере темы: «Приемы активизации аудитории» 36 KB
  Учебнохудожественные задачи: познакомить с методами активизации испробовать методы на аудитории и проверить их эффективность.Основная часть: Назначение методов активизации аудитории привлечение внимания формирование интереса создание доверия возбуждение желания призыв к действию. Методы активизации аудитории подсадка.
54830. Эластичность спроса на ресурсы. Факторы эластичности спроса на ресурсы 32.04 KB
  Если у ресурса много хороших заменителей, то эластичность спроса на него будет высокая, поскольку повышение цены заставит производителя резко сократить спрос и использовать альтернативные факторы производства. И наоборот, если у ресурса нет серьезных заменителей...
54831. Видатні педагоги про збереження здоров’я дитини 269.5 KB
  Але для того щоби насолоджуватися скарбами природи людина має бути здоровою сильною та розумною. Павлов Зміцнити здоровя людини в дитинстві не допустити щоб дитина вступила в юність кволою і млявою це означало дати їй усю повноту життєвих радощів В. Особливого значення набуває формування гармонійно розвиненої суспільно активної фізично досконалої здорової особистості.
54832. Современные педагогические инновации и их реализация 117 KB
  Философское понимание содержания инноваций лежит в создании нового продукта деятельности человека которая имеет общественную значимость и характеризуется двумя признаками: преобразованием явлений вещей процессов и др. обучение не только способствует образования но и формирует личность человека. Как важно в наше нелегкое время время разрушения всех идеалов и принципов сотворить из наших воспитанников человека. Рефреном звучат слова великого украинского педагога: В воспитании самого себя главное – это воля самого человека...
54833. Психологічний супровід учня при переході до школи ІІ ступеня 71.5 KB
  Мета: визначення ознак дезадаптації дітей у перехідний період; взаємодія та взаємне прийняття індивідуальних станів учителів початкової та середньої ланки; вміння формування здорового психологічного клімату у дитячому колективі; навчатися організаційних прийомів навчальних стратегій щоб допомогти учням які відчувають труднощі; формувати вміння вчителів злагоджено й ефективно працювати над виконанням творчого завдання. Завдання: визначити особисте бачення педагога відповідальності; визначити...
54834. Апаратне та програмне забезпечення ПЕОМ 1.33 MB
  Розроблена методика проведення сучасного проблемного лекційного заняття з елементами метода проектів ділової гри з використанням комп’ютерних презентацій створених студентами методів: мозкового штурму груповий метод генерації якомога більшої кількості можливих способів розв’язань особистої аналогії стратегія вирішення проблеми запропонована Гордоном де студент уявляє себе безпосереднім учасником проблеми що досліджується.Левченко ПЛАН ЗАНЯТТЯ Тема заняття: Апаратне та програмне забезпечення ПЕОМ Мета заняття: Дидактична: освоїти...
54835. WHAT SORT OF PEOPLE ARE WE? 66 KB
  We live on the planet called the Earth. Does our planet differ from other planets of our Solar system? It certainly does. There is life on it and it is inhabited by human beings called people. Can we say that all people are alike? Of course, no. We are all so different. And it is quite impossible to find two similar persons.
54836. Life of a Society. People Make History 52.5 KB
  Specific: to teach students to take responsibility for their own learning to summarize the topical material to practise filling in questionnaire to teach students to think in detail about what they have learnt Materials: questionnaires, list of prominent people