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

33 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

41560. Вторичные ценные бумаги 142.54 KB
  Привлекательные качества АDR для инвесторов состоят в: покупке ценных бумаг с более высоким уровнем доходности чем акции национальных компаний; минимизации рисков по сравнению с прямой покупкой иностранных акций; возможности выхода на рынок другой страны при отсутствии достаточных знаний иностранных фондовых рынков их особенностей и традиций налогообложения и т. Упрощенно торговлю в США акциями российского эмитента через АDR можно представить следующим образом. Американский инвестор пожелавший купить АDR делает заказ на покупку...
41561. СРОЧНЫЕ КОНТРАКТЫ 341.76 KB
  В последнем случае класс производных инструментов включает не только срочные контракты но и любые другие новые инструменты рынка такие как вторичные ценные бумаги в их потенциально бесконечном многообразии комбинации ценных бумаг со срочными контрактами и т.1 Основные различия между ценными бумагами и срочными контрактами как производными инструментами Признак Ценная бумага Срочный контракт как производный инструмент Вид капитала Представитель действительного капитала Фиктивный капитал Движимое имущество собственность Представитель...
41562. ВИДЫ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НА РЫНКЕ ЦЕННЫХ БУМАГ 166 KB
  Третья группа участников рынка ценных бумаг представлена профессиональными участниками к которым согласно Федеральному закону â€œО рынке ценных бумаг†следует отнести юридических лиц в том числе и кредитные организации а также граждан физических лиц зарегистрированных в качестве предпринимателей и специализирующихся на оказании услуг всем участникам фондового рынка. Понятие профессионального участника рынка ценных бумаг в Российской Федерации по мере его развития и создания...
41563. ИДЫ СДЕЛОК И ОПЕРАЦИЙ С ЦЕННЫМИ БУМАГАМИ 138.05 KB
  Становление фондового рынка в России потребовало выработки правил организации взаимоотношений между участниками сделок с ценными бумагами а также привело к появлению специализированных организаций обеспечивающих все процедуры сделок и составляющих инфраструктуру рынка ценных бумаг. Если несколько лет назад при организации расчетов на российском рынке ценных бумаг в основном ориентировались на западные технологии то теперь эти технологии адаптировались к российским условиям и...
41564. ФОНДОВАЯ БИРЖА. ЗАДАЧИ И ФУНКЦИИ ФОНДОВОЙ БИРЖИ 247.35 KB
  Первая задача фондовой биржи заключается в том чтобы предоставить место для торговли иначе говоря централизовать место где может происходить как продажа ценных бумаг их первым владельцам так и вторичная их перепродажа. Для выполнения первой задачи централизовать торговлю ценными бумагами в одном месте фондовой бирже необходимо не только отработать правила и системы регулирования торговли но также выработать достаточно жесткие требования к компаниям поставляющим ценные бумаги для продажи а также к...
41565. ВНЕБИРЖЕВОЙ РЫНОК ЦЕННЫХ БУМАГ 112.25 KB
  Несмотря на то что внимание сосредоточено на рынке обыкновенных акций многие его черты можно отнести к рынкам оперирующим другими финансовыми инструментами такими например как облигации. Поскольку по объему оборота обыкновенных акций выраженному как в денежном так и в количественном отношении эта биржа является лидером место на этой ценится очень высоко. Основными критериями которыми руководствуется совет директоров NYSE при принятии решения о допуске акций компании к котировке являются: “1 степень национального интереса к...
41566. ИНФОРМАЦИОННАЯ ИНФРАСТРУКТУРА РЫНКА ЦЕННЫХ БУМАГ 211.04 KB
  Структура биржевой информации и информации внебиржевых системторговли ценными бумагами. Рейтинговые системы и рейтинговые агентства на рынке ценных бумаг. Российский рынок ценных бумаг развивается значительными темпами и сейчас он достиг такого уровня когда эффективное управление им стало немыслимым без использования мощных компьютерных систем и современных средств телекоммуникации.
41567. РЕГУЛИРОВАНИЕ РЫНКА ЦЕННЫХ БУМАГ 194.92 KB
  Задачи и формы регулирования рынка ценных бумаг. Государственное регулирование рынка ценных бумаг и его институциональное обеспечение. Методы государственного регулирования рынка ценных бумаг.
41568. Вторичный рынок ценных бумаг 1.09 MB
  Если первичный рынок связан с появлением ценных бумаг на рынке их выпуском и размещением то вторичный рынок создает необходимые условия для их обращения. Рынок ценных бумаг лекция рассматривает сущность обращения ценных бумаг...