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

35 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

20335. АКТУАЛЬНОСТЬ И ПРОБЛЕМАТИЧНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНИКИ. ОБЩИЕ ЗАДАЧИ, МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ И ИДЕЙНЫЕ ОСНОВЫ ФИЛОСОФИИ ТЕХНИКИ. ФИЛОСОФИЯ ТЕХНИКИ В ВЫСШЕМ УЧЕБНОМ ЗАВЕДЕНИИ 54 KB
  ОБЩИЕ ЗАДАЧИ МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ И ИДЕЙНЫЕ ОСНОВЫ ФИЛОСОФИИ ТЕХНИКИ. ФИЛОСОФИЯ ТЕХНИКИ В ВЫСШЕМ УЧЕБНОМ ЗАВЕДЕНИИ. Причины современного повышенного акцентированного внимания к феномену техники.
20336. ПОНЯТИЙНЫЕ ОСНОВЫ ФИЛОСОФИИ ТЕХНИКИ. ПРОБЛЕМА ОБЪЕДИНЯЮЩЕГО ПОНИМАНИЯ ТЕХНИКИ. УЗКОЕ И ШИРОКОЕ ПОНИМАНИЕ ТЕХНИКИ И ФИЛОСОФИИ ТЕХНИКИ. ПРОБЛЕМА ФУНКЦИЙ ТЕХНИКИ И ОБЪЕКТА ТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ. ОБЪЕДИНЯЮЩЕЕ ПОНИМАНИЕ ТЕХНИКИ 72 KB
  ПРОБЛЕМА ОБЪЕДИНЯЮЩЕГО ПОНИМАНИЯ ТЕХНИКИ. УЗКОЕ И ШИРОКОЕ ПОНИМАНИЕ ТЕХНИКИ И ФИЛОСОФИИ ТЕХНИКИ. ПРОБЛЕМА ФУНКЦИЙ ТЕХНИКИ И ОБЪЕКТА ТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ.
20337. ПОНЯТИЙНЫЕ ОСНОВЫ ФИЛОСОФИИ ТЕХНИКИ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ. ТЕХНИЧЕСКИЙ ИЛИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ? ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНОСФЕРЫ. ОБЪЕКТ И ПРЕДМЕТ ФИЛОСОФИИ ТЕХНИКИ 65.5 KB
  ОБЪЕКТ И ПРЕДМЕТ ФИЛОСОФИИ ТЕХНИКИ. Философия техники или философия технологии Технический или технологический университет Философия техники как философия техносферы. Объект и предмет философии техники.
20338. Объективная и субъективная диалектика. Теоретическое и обыденное сознание и диалектика. Софистика, эклектика, релятивизм и диалектика 62.5 KB
  Но поскольку человек только часть бесконечного объективного мира то это богатство именно относительно. Беднее – поскольку отражение объективного в субъективной форме не есть тождественное отражение. Ее всеобщность уже была Вам представлена поскольку изложение начальных вопросов философии ее предмета основных философских направлений не обошлось без диалектики например практически вечная борьба в философии материализма и объективного идеализма. релятивизме относительности даже полном релятивизме когда на каждое да возможно нет...
20339. ФИЛОСОФИЯ И МИРОВОЗЗРЕНИЕ. РАЗДЕЛЫ ФИЛОСОФСКОГО ЗНАНИЯ. ФУНКЦИИ ФИЛОСОФИИ В ДУХОВНОЙ КУЛЬТУРЕ ЧЕЛОВЕКА И ЧЕЛОВЕЧЕСТВА 43 KB
  ФУНКЦИИ ФИЛОСОФИИ В ДУХОВНОЙ КУЛЬТУРЕ ЧЕЛОВЕКА И ЧЕЛОВЕЧЕСТВА. Какой из возможных видов сравнения взять за начало Сравнение философии с другими видами мировоззрений. Это позволит с одной стороны показать специфику философии на фоне других мировоззрений с другой стороны выйти на разделы философского знания. Темы раздела: диалектика противоположности законы диалектики качество количество Вопросы: отличие диалектики от метафизики специфика диалектического снятия История философии – собрание всей мудрости.
20340. СОЦИАЛЬНО-ИСТОРИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И ПРЕДПОСЫЛКИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ФИЛОСОФИИ. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ФИЛОСОФСКОЙ КУЛЬТУРЫ 50 KB
  Социальноисторические условия и предпосылки возникновения философии. Необходимым условием возникновения философии выступает рост производительных сил общва техники трудовых умений и знаний. Из истории вы должны знать какие причины видят в основании греческого чуда которое в частности привело к возникновению философии.
20341. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИСТОРИЧЕСКИХ ЭТАПОВ ВЗАИМООТНОШЕНИЯ ФИЛОСОФИИ И НАУКИ. СОВРЕМЕННОЕ ПОНИМАНИЕ ФИЛОСОФИИ КАК НАУКИ, ЕЕ МЕСТА В СИСТЕМЕ НАУЧНОГО ЗНАНИЯ. НАУКА, ФИЛОСОФИЯ, ЦЕННОСТЬ 44 KB
  СОВРЕМЕННОЕ ПОНИМАНИЕ ФИЛОСОФИИ КАК НАУКИ ЕЕ МЕСТА В СИСТЕМЕ НАУЧНОГО ЗНАНИЯ. Наука в это время в целом входит в лоно философии. Одни социальноэкономические условия способствовали появлению философии и науки – атмосфера демократии возможность существования теоретического абстрактного знания.
20342. ПРИЧИНЫ И ЗНАЧЕНИЕ ПЛЮРАЛИЗМА ФИЛОСОФСКИХ УЧЕНИЙ. ОСНОВНОЙ ВОПРОС ФИЛОСОФИИ И ОСНОВНЫЕ ФИЛОСОФСКИЕ НАПРАВЛЕНИЯ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЛОСОФИИ КАК НАУКИ 38 KB
  ОСНОВНОЙ ВОПРОС ФИЛОСОФИИ И ОСНОВНЫЕ ФИЛОСОФСКИЕ НАПРАВЛЕНИЯ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЛОСОФИИ КАК НАУКИ. Для многих это признак слабости философии. В философии сегодня наиболее полно представлена самобытность человека.
20343. СПЕЦИФИКА ОБЪЕКТИВНОГО ИДЕАЛИЗМА. ОБЪЕКТИВНЫЙ ИДЕАЛИЗМ, РЕЛИГИЯ, РЕЛИГИОЗНАЯ ФИЛОСОФИЯ. ОБЪЕКТИВНЫЙ ИДЕАЛИЗМ ПЛАТОНА, ФОМЫ АКВИНСКОГО, Г. ГЕГЕЛЯ. ПЕРСПЕКТИВЫ ОБЪЕКТИВНОГО ИДЕАЛИЗМА 52 KB
  Но размышляя он приходит к выводу что известный тезис христианства о творении мира из ничто ничего нужно понимать так: есть некое Ничто существующее независимо от Бога. Но Бердяев считал что в таком случае никак нельзя обосновать свободу какая это свобода если все в мире подконтрольно Богу и все грехи мира падают на Бога. Но лишает христианского Бога роли господина всего существующего что для большинства христиан абсолютно неприемлемо. мы в силу общественной привычки и обучения часто без особых доказательств не говоря уже о...