Тензометрический метод

Тензочувствительные преобразователи– принцип действия основан на тензоэффекте, то есть изменении сопротивления проводника при его механической деформации. Относительное изменение сопротивления:

S – коэффициент тензочувствительности. Обычно применяются материалы с низким коэффициентом температурного расширения (константан, манганин). Эти датчики изготавливаются из проволоки диаметром 0.02…0.05 мм, фольги или напылением в вакууме. Деформация:

По формулам сопромата напряжение равно: .

Так как напряжение можно определить через нагрузку P и площадь поперечного сечения F:

где P - нагрузка, F – площадь поперечного сечения, E – модуль упругости материала, из этого следует, что тензорезисторы применяются для измерений усилий, механических напряжений, давлений.

Проволочный тензорезистор представляет собой уложенную зигзагообразно между двумя электроизоляционными подложками тонкую тензочувствительную проволоку 1. К концам проволоки присоединены (пайкой или сваркой) выводные концы 3. Для упрочнения места закрепления выводных концов сверху и снизу тензорезистора приклеивают полоски бумаги 2 и делают разгрузочную петлю 4. Электроизоляционные подложки выполняют из папиросной бумаги, лаковой пленки или цемента.

Фольговый тензорезистор – тонкая лаковая плёнка, на которую нанесена фольговая тензочувствительная решётка (1) из константана толщиной 4…12 мм. Решётка наносится на основание 2, выполненное из бумаги, плёнки или синтетического материала.

Напряжения, деформации.

Для измерения напряжений и деформаций тензометрические чувствительные элементы, подключаются по мостовой схеме.

Схемы подключения тензорезисторов.Примеры мостовых схем. Подключены два ортогонально расположенных активных тензорезистора.

Выходные напряжения определяются по формуле

где ε – деформация, μ – коэффициент Пуассона, G – тензометрический коэффициент Rg – сопротивление тензорезистора R – постоянное сопротивление

Подключены два тензорезистора по оппозитной схеме. Деформация изгиба исключена подключением в противоположных направлениях.

В схеме:

Тензорезисторы R₁ R₃ , сжимаются, а R₂ R₄ – растягиваются пропорционально коэффициенту Пуассона по формуле (См. рис):

Следовательно, сопротивления датчиков меняются так:

Силы.

Для измерения силы применяются электронные динамометры на растяжение, сжатие и универсальные типа ТМ (далее -динамометры) предназначены для измерений статической силы растяжения и сжатия. Динамометры применяются на предприятиях различных отраслей промышленности для измерений силы, при калибровке и поверке в качестве эталонных средств измерений силы.

Под действием приложенной на­грузки происходит деформация упругого элемента, которая вызывает разбаланс тензорезисторного моста. Электри­ческий сигнал разбаланса моста поступает на вторичный измерительный преобразователь для аналого-цифрового преобразования, обработки и индикации результатов измерений.

Чувствительный элемент динамометра – тензорезисторный датчик. Кроме него в измерительную систему входит вторичный преобразователь с цифровым отсчетным устрой­ством и соединительный кабель.

Универсальные динамометры типа ТМУ имеют диапазоны измерений от 1 кН (наименьший) до 300 кН (наибольший), классы точности: 00; 0,5; 1; 2. Универсальные динамометры предназначены для измерений, как на сжатие, так и на растяжение.

Классы точности динамометров электронных растяжения, сжатия и универсальных (АЦДР, АЦДС и АЦДУ)