Что такое база тензометра: § 3 Тензометры

Содержание

База тензометра — Энциклопедия по машиностроению XXL

Принцип работы механического тензометра основан на замере расстоянии между какими-либо двумя точками образца до и после нагружения. Первоначальное расстояние между этими двумя точками носит название базы тензометра /. Отношение приращения длины базы Д/ к I дает значение среднего удлинения по направлению установки тензометра.  [c.507]

Тензометром Бояршинова можно производить отсчеты без перестановки шкалы в пределах деформаций, достигающих 4Уо. Таким широким диапазоном измерения другие тензометры не обладают. База тензометра /=50 мя, увеличение около 500.  [c.511]


При испытании пробной нагрузкой раскоса стальной стропильной фермы разность показаний тензометра оказалась равной Омм. База тензометра (длина, на которой производится измерение деформаций) равна 20 мм, его коэффициент увеличения 1000. Чему равны напряжения в раскосе  
[c.23]

Таким широким диапазоном измерения другие тензометры не обладают. База тензометра I = 50 мм, увеличение около 500.  [c.548]

Aj3=1200. Базы тензометров s—20 мм. Приращения показаний тензометров оказались равными мм, Анд=3,6 мм. Опре-  [c.9]

Герметическая кабина самолета, представляющая собой тонкостенный замкнутый цилиндр диаметром d=120 см со стенками толщиной /=3 мм, при испытаниях подвергнута внутреннему давлению / =5 атм. Тензометры, расположенные перпендикулярна образующей цилиндра, показали увеличение отсчета на Ап=8,6 мм Вычислить коэффициент поперечной деформации материала цилиндра, если модуль упругости =2-10 кГ см , база тензометра 5=20 мм, увеличение тензометра А=1000.  [c.36]

Принцип работы механического тензометра основан на замере расстояния между какими-либо двумя точками образца до и после нагружения. Первоначальное расстояние между двумя точками носит название базы тензометра I. Отношение приращения базы А/ к I дает значение среднего удлинения -ПО направлению установки тензометра. Если деформированное состояние однородно, то в результате замера определяется точное значение искомой деформации, как это имеет место, например, в случае растянутого стержня (рис. 467, а). В случае, если деформация вдоль базы изменяется, то замеренное среднее значение деформации будет тем ближе к местному истинному, чем меньше база тензометра (см. случай изгиба бруса, рис. 467, б).  

[c.464]

База тензометра 460 Балка 14, 133  [c.509]

Расстояние s между точками опоры называется базой тензометра н равно обычно 20 мм. База тензометра может быть увеличена с помощью приставной планки, называемой удлинителем базы.  [c.35]

Базы тензометров s обычно одинаковы. Тогда  [c.36]

Длина образца должна быть достаточной для того, чтобы влияние способа приложения нагрузки можно было считать исключенным. Если ширину образца обозначить через Ь, то длина образца между точками приложения нагрузки должна составлять не менее / = 46 + s, где s — база тензометра.  

[c.64]

База тензометра s= Модуль упругости Е =  [c.105]

Расстояние s — база тензометра максимальное значение базы без удлинителя составляет 60 мм. Опора 4, выполненная в виде призмы, в случае деформации поверхности испытываемо-, го образца будет поворачиваться. Вместе с призмой поворачивается и прикрепленный к ней рычажок 6.  [c.169]

Схема прибора изображена на рис. 108. Планка 1 притягивается к образцу 2 пружинной струбцинкой, не показанной на рис. 118. Конец В планки имеет неподвижную опору — зубец, а у конца А шарнирно прикреплен коленчатый рычаг 3. Острием короткого плеча рычаг опирается на образец и является подвижной опорой для планки 1. Длина s, равная расстоянию между точками опоры планки, — база тензометра она обычно равна 10 см. При нагружении образца и, следовательно, изменении s, коленчатый рычаг 3 вращается вокруг шарнира. Длинное плечо рычага связано со стрелкой 4, и поворот рычага вызывает перемещение стрелки.  

[c.170]


Предел упругости (условный) 0о,о5 (Ог), кгс/мм — напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,05% от длины участка образца, равного базе тензометра (допускается определение и с другими допусками —до 0,005%, соответственно обозначается Oo.oi, 00,02).  [c.5]

Тензометр — прибор, предназначенный для измерения деформаций (линейных и угловых). Тензометр состоит из частей, воспринимающих деформацию (датчик), передающих и увеличивающих эффект её действия, и устройства для отсчёта или регистрации показаний. Электрические, электромеханические и звуковые тензометры имеют источники электрического или механического возбуждения. Тензометр воспринимает деформацию с участка некоторой длины (база тензометра) на поверхности (или на некотором расстоянии от поверхности) детали или образца.  

[c.219]

В зависимости от длины базы тензометры разделяются на а) малобазные (0,5 — д мм) для исследований в зонах концентрации напряжений б) со средними базами (3 — 25 мм) для исследований стержневых конструкций, деталей машин с небольшим градиентом напряжений и образцов в) с большими базами (более 25 мм) для исследования конструкций и образцов.  [c.220]

Тензометр Мура [24] применяется при испытании образцов на растяжение. База тензометра — от 50 до 200 мм. Отсчёт деформаций производится по стрелочному индикатору. Точность прибора 0,0001″ на один дюйм базы.  [c.221]

Струнный метод вследствие большой базы тензометра применим главным образом для исследования конструкций.  [c.224]

При изменении нагрузки на 100 кН разность отсчетов тензометра, поставленного на деталь с поперечным сечением А 10 см , оказалась равной Л = 25 мм. База тензометра S = 100 мы, а его увеличение К 500. Чецу равен модуль упругости материала детали  

[c.4]

При испытании пробным загружением стальной фермы моста разность показаний тензометра, установленного на одном из элементов фермы, оказалась равной Ди = 10мм. Какие напряжения возникают в исследуемом элементе, если база тензометра s = 20 мм, а коэффициент увеличения К = 1 ООО  [c.122]

Указание. Абсолютная деформация, замеренная на базе тензометра, соответствующая приращению АТ, равна А1 — ATIm.  [c.10]

База тензометра 544 Бернулли гипотеза 42 Брине л я проба 91  [c.577]

Вычислить главные нормальные напряжения по кромкам квадратного элемента, если известно, что после приложения этих напряжений приращения показаний тензометров Л и В составили Аи =9,9 мм, Апв=3,1 мм. Тензометр А установлен под углом а=30° к направлению напряжения ai, тензометр В перпендикулярен тензометру А. Базы тензометров одинаковы s=20 мм, увеличение Л=1000. Модуль упругости материала пластины Е =0,8-10 кГ1см , коэффициент Пуассона ц,=0,35.  

[c.37]

Пример нахождения предела пропорциональности, приведенный в таблице 4, соответствует образцу диаметром 1 см. Площадь сечения F — 0,785 см . Тензометр имеет увеличение К = 500. База тензометра 10 см. Ожидаемый предел пропорциональности материала около 4000 кПсм .  [c.22]

Измерение продольных деформаций образца выполняется при помощи съемных электротензометров 3, устанавливаемых непосредственно на рабочую часть образца. Электротензометр представляет собой упругую скобу с наклеенными на ней фольговыми датчиками сопротивления, аналогичными датчикам динамометра 1. Базу тензометра можно изменять в пределах от 0,1 до 50 мм. Выбранная база измерений фиксируется специальными винтами тензометра перед установкой его на образец.  [c.258]

Остов тензометра Т-А-3 (рис. 27) состоит из частей 1, 2 и 3. Часть 1 отделена от остальных слоем 4 электроизолирующего материала. На нижней плоскости части 3 имеются направляющие полозья, вдоль которых можно перемещать опорный нож 5, фиксируемый стопором 6, что делает возможной установку требуемой расчетной. цлины I (базы тензометра) в пределах от 20 до 50 мм. Для установки прибора, на деталях с плоскими поверхностями применяются закругленные опорные ножи, а для установки на цилиндрических поверхностях — ножи с фасонным ВХОДЯЩИМ углом (рис. 27а). На противоположной стороне части 3 укреплена вилка 7, в которой установлена призма б ромбовидного сечения (рис. 27 6), жестко связанная с пером 10.  

[c.56]

Измерив расчетную длину образца о (база тензометра) и установив его на опорную плиту испытательной машины, первоначально создают небольшую нагрузку, необходимую для обжатия колонки, и снимают щервые отсчеты показаний приборов. После этого нагрузку увеличивают равными ступенями АР и снимают очередные отсчеты показаний приборов.  

[c.86]


На рис. 33 приведен рычажный тензометр Гугенбергера, используемый только для измерения статических деформаций. Подвижная призма является одним из концов двухплечевого рычага. Тензометр закрепляют на объекте исследований с помощью струбцинок, вакуумных ирисосов или магнитов. Расстояние между призмами составляет базу тензометра. Погрешность тензометра Гугенбергера с базой 20 мм составляет величину около 15 еод.  [c.394]

Тензометр Майбаха [37, 41]. Увеличение двойное механическое, достигаемое поворотом рычага, и оптическое при отсчёте через микроскоп. База тензометра — от 2 до 10 мм. Высота тензометра 35 мм. Механическое увеличение /и, = 30, увеличение микроскопа т.2 = 100. Полное увеличение т = =/ 1 Из = 3000. Тензометр широкими опорными площадками припаивается к детали.  [c.224]

При базе тензометра в 2 мм напряжения измеряются с точно-стью0,5 г/жж»(сталь). Высота тензометра 50 мм.  [c.224]


7 Приборы для линейных измерений

ЛЕКЦИЯ 7. Приборы для линейных измерений (продолжение)

 Электромеханические тензометры

Наиболее распространенными в настоящее время среди указан­ных тензометров нашли электромеханические тензометры Аистова (рис.19).

Рис. 19. Кинематическая схема электромеханического тензометра: 1 — основание тензометра; 2 — направляющая; 3 — нижняя база тензометра; 4 — опорный нож; 5 — винт фиксирующий; 6 — верхняя база тензометра; 7 — электрические клеммы; 8 — микрометрический винт; 9 — счетчик оборотов лимба; 10 — система крепления счетчика; 11 — муфта микрометрического винта; 12 — натяжная гайка; 13-указатель отсчетов; 14 — лимб; 15-перо; 16-вилка; 17-подвижная призма; 18 — испытываемая конструкция

Корпус тензометра состоит из стойки и основания. Стойка прибо­ра разделена электроизоляционной прокладкой на две части 3 и 6. К ниж­ней поверхности основания 1 прикреплена направляющая 2, по которой при настройке прибора на нужную базу перемещается опорный нож 4. Фикса­ция ножа на направляющей производится винтом 5.

На противоположном конце основания имеется вилка 16. в гнездо которой входит подвижная призма 17. жестко соединенная с пером 15. В верхней части 7 стойки прибора находится муфта 11, через которую прохо­дит микрометрический винт 8 с укрепленным на нем лимбом 14. Конец винта, обращенного к перу, имеет форму конуса.

С левой стороны на муфте находится кронштейн с указателем (индексом) отсчетов 13 и счетчик 9 регистрации оборотов лимба. Стержень счетчика оборотов упирается в торец микрометрического винта. С правой стороны на муфте имеется натяжная ганка 12, служащая, как и у клиномет­ра Анстова, для устранения люфта между муфтой и винтом. Провода от источника питания подсоединяются к клеммам 7.

Тензометр крепится к исследуемому изделию струбциной. Методи­ка снятия отсчетов с тензометра Анстова такая же, как и с электромехани­ческого клинометра.

В этих приборах дистанционного действия использована зависи­мость между частотой f собственных колебаний и натяжением струны, оп­ределяемая выражением

                                      f=                                            

где   l— длина струны, — плотность ее материала.

Струнные тензометры применяются как приставные (рис. 20, а), так и закладываемые в толщу материала конструкций, например в бетон массивных гидротехнических сооружений. В этом случае (рис. 20, б) струна 2 защищается от соприкосновения с бетоном трубками 5, жестко соединенными с дисками 4, втопленными в кладку.

При деформации бетона расстояние L между дисками меняется, что сопровождается изменением натяжения струны. Если f1 и f2последовательно замеренные частоты се собственных колебаний, то значение дефор­мации  может быть найдено из выражения

                                        

где Е — модуль упругости материала струны.

Для возбуждения колебаний используется помещенный рядом со струной электромагнит 6, в котором возникшие колебания струны, в свою очередь, индуцируют переменный ток той же частоты f, определяемой с помощью регистрирующих устройств, соединенных с тензометром прово­дами 7.

Для исключения влияния температуры и других возможных воз­действий, влияющих на получаемые результаты, рядом с группами зало­женных в бетон «рабочих» тензометров помещают «компенсационный» прибор, размещаемый таким образом, чтобы деформации бетона на него не действовали. Учитываются также показания заложенных в кладку телетер­мометров и т.д.

Струнные тензометры применяют главным образом для длитель­ных измерений, поскольку существенным их преимуществом по сравнению с тензорезисторами являются то. что на частоту колебаний струны не влияют возможные утечки тока и изменения омического сопротивления в со­единительных коммуникациях, с чем приходится серьезно считаться и при­нимать соответствующие защитные меры при пользовании тензорезисторами.

              а                                                             б

             

 

Рис. 20. Струнные тензометры: а — приставной (или «накладной») тензометр; 6 — закладной тензометр;

1 — испытываемая конструкция; 2 — натянутая стальная струна; 3 — опоры для крепления струны; 4 — жесткие диски; 5 — ограждающие трубки; 6 — электромаг­нит; 7 — соединительные провода; l — длина струны; Lрасстояние между сред­ними сечениями дисков 4.

Тензорезисторные тензометры

В настоящее время для измерения деформаций при испытаниях со­оружений, строительных конструкций и деталей наиболее широко исполь­зуются тензорезисторные тензометры, в основу которых положены тензорезисторы различной конструкции.

Тензорезисторы предназначены для дистанционных измерений де­формаций.

Принцип действия тензорезисторов основан на изменении омичес­кого сопротивления R проводников и полупроводников при деформации.

Основной характеристикой тензорезистора является его коэффици­ент тензочувствительности

                           К=                             

т.е. отношение относительного изменения электросопротивления R/R тензорезистора к вызывающей это изменение деформации  исследуемо­го материала, где l — длина базы тензорезистора.

Для изготовления тензорезисторов используются обычно сплавы меди и никеля (константам, элинвар), характеризующиеся высокий коэффициентом тензочувствительности К, постоянством значений К в тре­буемом диапазоне деформаций, большим удельным омическим сопротив­лением = R/AI (где А — поперечное сечения проводника, которое может быть взято достаточно малым) и практически постоянством значений  при колебаниях температуры, возможных в условиях пользования тензорезисторами при испытаниях строительных конструкций.

Следует отметить, что с помощью тензорезисторов измеряется от­носительное удлинение , а не изменение l длины базы (как у механичес­ких тензометров).

Однако длина базы имеет существенное значение и для тензорезис­торов, поскольку при исследованиях материалов с неоднородной структу­рой для получения усредненных значений деформаций в рассматриваемой тоне длина базы должна в несколько раз превосходить размеры наиболее крупных составляющих материала. Однако при исследовании деформаций в зонах концентрации напряжений длину базы следует брать по возможнос­ти наименьшей.

При испытаниях строительных конструкций используют проволоч­ные, фольговые и полупроводниковые тензорезисторы.

Петлевые проволочные тензорезисторы (рис. 21а) из тонкой проволоки (диаметром 12…30 мк), приклеенной к бумажкой или пленочной подложке, были еще сравнительно недавно основным типом приборов, применявшихся при испытании сооружений. Эти тензорезисторы (с базой обычно от 5 до 100 мм) удобны в работе и несложны в изготовлении. Одна­ко им свойственна в большинстве случаев поперечная чувствительность, обусловленная наличием закруглений, соединяющих прямые участки тензорешетки и воспринимающих деформации, направленные перпендикулярно к продольной оси тензорезистора. Наличие поперечной чувствительнос­ти тензорезистора снижает его осевую тензочувствительностъ.

.                                         а                                                               б

                           

                                        в                                                              г

                              

Рис. 21. Типы тензорезисторов: а — проволочный петлевой; б — проволочный беспетлевой.

в — фольговый; г — полупроводниковый; 1 — тензочувствительные элементы; 2 — низкоомные перемычки; 3 — выводные контакты; 4 — подложка («основа») и наклеенный над тензорешеткой защитный слой тонкой бумаги; l — база тензорезистора.

От этого недостатка свободны беспетлевые тензорезисторы (рис.21б) с низкоомическими медными перемычками. Из-за отсутствия поперечной тензочувствительности и лучших условий передача деформа­ций (ввиду продолжения прямолинейных участков тензорешетки и за перемычки) база их может быть уменьшена до 2.. .3 мм.

В настоящее время все большее распространение получают фоль­говые тензорезисторы (рис.21в) из металлической фольги толщиной не более 4…6 мк. Этим тензорезисторами при изготовлении фотолитографским способом могут быть приданы любые очертания, требуемые условия­ми эксперимента. Вследствие низкой поперечной чувствительности и пло­ского сечения элементов тензорешетки. они имеют при той же плошали сечения более развитую поверхность приклейки, что улучшает условия их работы.

Полупроводниковые тензорезисторы (рис.21г) по сравнению с рассмотренными выше типами обладают значительно большей тензочувствительностью, меняющейся, однако, при деформации и при изменениях температуры. Несмотря на это, они эффективно применяются в упругих элементах различных измерительных приборов (например, динамометров), где большое значение имеет их высокая чувствительность, а отмеченные недостатки могут быть компенсированы.

Тензорезисторы, применяемые при испытаниях сооружений, долж­ны давать возможность измерения деформаций в диапазоне до 10 -5: при исследовании упругой стадии работы материала — до (5…7) ∙103 и упруго-пластической до 10 -1 и более. Необходимым условием является также стабильность показаний тензорезисторов, их влагостойкость т.п.

Влияние температурных погрешностей, обусловленных темпера­турным коэффициентом изменения сопротивления тензонитей  и разно­стью температурного коэффициента расширения материала тензорезистора αти исследуемого материала αи, исключают установкой компенсационных тензорезисторов.

В случаях, когда установка компенсационных тензорезисторов не­возможна или они не могут быть помешены в те же температурные усло­вия, используют так называемые самокомпенсированные тензорезисторы. материал которых должен удовлетворять условию  (αиαт)∙К,  где К — коэффициент тензочувствительности тензорезистора.

Повышенные требования предъявляются к глубинным тензорезисторам разной конструкции, закладываемым в толщу схватывающегося ма­териала (например, бетона), когда должна быть обеспечена их безотказная работа в течение длительного времени.

Изменения сопротивления тензорезисторов в процессе испытаний весьма малы (тысячные доли ома). Для измерения столь малых колебаний сопротивления применяют в большинстве случаев мостовые измерительные схемы (рис. 22).

                                                         а                                                                      б

Рис. 22. Измерительные мости: а — схема моста Уитстона; б — мост с реохордом;

R1, R2, R3, R4 — сопротивления, включенные в плечи моста; r1 и r2— сопротивление реохорда

Во внешние плечи моста включены «рабочий» тензорезистор с со­противлением R1 воспринимающий наблюдаемые деформации, и «компен­сационный» тензорезистор с сопротивлением R2 = R1, помещаемый в оди­наковых с ним температурных условиях в непосредственной близости от рабочего, но не подверженный воздействию измеряемых деформаций. Во внутренние плечи включены тензорезисторы с сопротивлениями R3 и R4 , помещаемые в регистрирующем приборе и связанные с рабочим и компен­сационным тензорезисторами электропроводами. Как известно, мост будет сбалансирован (т.е. ток в его измерительной диагонали bd будет равен ну­лю) при условии

                                      R1R4= R2R3                                             ()

Возможны два метола измерений:

1)  метод отклонений (называемый также «методом непосредствен­ных отсчетов»), когда изменение сопротивления R1 рабочего тензорезистора определяется по силе тока, возникающего в измерительной диагонали ранее сбалансированного моста.

2)нулевой метод (более совершенный), при котором относительные изменения сопротивления ∆R1/ R1 определяют балансировкой моста с по­мощью включенного в цепь (рис.22б) реохорда тп изменением отноше­ния сопротивлений r1/r2. Этот метод является основным при статических испытаниях.

В настоящее время разработано большое количество различных си­стем коммутаторов, которые позволяют последовательно присоединять к отсчетному устройству большое количество (до нескольких сот) тензорезисторов.

Вес это, а также дешевизна, крайне малый вес, малые габариты тензорезисторов и возможность крепления (приклейки) в любых точках исследуемой конструкции, обусловливают широкое их применение на практике.

Приборы, измеряющие деформации сдвига, называются сдвигомерами. Широкое распространение из этой группы приборов получил тензо­метр — сдвигомер Аистова (ТСА). Он может быть использован как тензо­метр или сдвигомер. При этом кинематическая схема указанного сдвигомера практически полностью аналогична представленному выше электроме­ханическому тензометру на рис. 23. с той лишь разницей, что у тензометра-сдвигомера Аистова имеется еще дополнительно оснастка (рис. 23) для установки прибора на строительную конструкцию, состоящую из нескольких элементов, между которыми в процессе испытания возможны сдвиговые деформации.

Рис. 23. Дополнительная оснастка и схема установки тензометра-сдвигометра на строительную конструкцию

Измерение напряжений методом тензометрии

Для измерения напряжений (деформаций) методом тензометрии применяют различные по принципу действия и конструкции приборы, называемые тензометрами.

Механические тензометры.Тензометры этого типа часто исполь­зуют при испытаниях мостов и других сооружений статическими на­грузками. Из механических тензометров при испытании мостов наибо­лее широко применяют тензометры различных конструкций (Гуген-бергера, Аистова) с двухрычажной кинематической схемой (рис. 4.7). Жесткая станина 1 тензометра с левой стороны имеет острую неподвиж­ную ножку, а с правой — треугольный вырез для опирания призмы, являющейся малым плечом рычага первого рода 4. Верхняя часть этого рычага (плечо А) шарнирно при помощи коромысла 2 соединена с дру­гим рычагом (стрелкой) второго рода 3, прикрепленным шарнирно к станине

1. Расстояние между неподвижной ножкой и подвижной

1 От греческого «холос» (весь, полный) и «графио» (пишу). 122

призмой является базой S. При установке острая ножка и призма при помощи, струбцин прижимаются и врезаются в поверхность элемента. При деформации испытуемого элемента на базе S нижний конец рыча­га 4 (призма) переместится на расстояние AS. Это в свою очередь вызовет перемещение п нижнего конца рычага 3 (стрелки), которое определяют по шкале с миллиметровыми делениями. Отношение

—-— = т называется передаточным числом или коэффициентом

увеличения тензометра. Значение m для различных моделей прибора колеблется от 800 до 2000. Шкала обычно имеет 40 миллиметровых делений. Следовательно, максимальное значение AS, которое может

быть измерено без перестановки стрелки, равно Щ мм.

Конструктивное оформление прибора показано на рис. 4.8. Принци­пиальная кинематическая схема обеих моделей одна и та же. Станина 2 опирается на конструкцию с помощью неподвижной / и подвиж­ной 9 ножек. Рычаг 8, являющийся продолжением подвижной ножки, соединен со стрелкой 5 с помощью коромысла 6, удерживаемого в ра­бочем положении пружиной 7. Установка стрелки на нуль производит­ся изменением положения верхней части стойки 3 после ослабления винта 4. Во второй модели установка стрелки осуществляется вращени­ем винта 10, перемещающим колодку 11, на которой закреплена ось стрелки.

Обычно тензометры имеют собственную постоянную базу S = = (10 — 20) мм. В некоторых моделях собственная база тензометра мо­жет иметь два значения. Это достигается путем перестановки пластинок с треугольными вырезами для опирания подвижной призмы. В тех слу-

Рис. 4.7. Кинематическая схема двухрычажного тензометра: 1 — станина; 2 — коромысло; 3 — рычаг (стрелка) второго рода; 4 — рычаг первого рода; а — малое плечо рычага 4; А —большое плечо рычага 4; П — перемещение стрелки по шка­ле; S — база тензомера; AS— измеряемая деформация

чаях, когда длина базы тензометра недостаточна, к прибору привинчи­вают удлинители, увеличивающие базу до 500 мм.

Для установки тензометра пользуются различными струбцинами и другими приспособлениями. От качества установки тензометра зависит его работа. Тензометр должен быть прижат к испытуемой поверхности силой 20—30 Н. Чрезмерное прижатие прибора может привести к выкра­шиванию ножей призмы и другим повреждениям, слабое — к проскаль­зыванию. Правильность установки тензометра проверяют путем откло­нения стрелки прибора на 2-4 деления в сторону. При правильной уста­новке прибора стрелка не должна «ползти» по шкале, а после несколь­ких колебаний должна возвращаться в первоначальное положение. Из­меряемую деформацию (напряжение) определяют по разности отсчетов по шкале прибора до и после нагружения конструкции (элемента). Ме­ханические тензометры благодаря простоте конструкции, малому весу, сравнительно высокой точности и надежности измерений, а также воз­можности быстрой подготовки к измерениям широко используют при статических испытаниях мостов.

Тензометры ГугенберГера имеют недостатки, заключающиеся в ограниченности измерения деформаций (до 40 мкм) без перестановки стрелки, сложности работы на открытом воздухе в ветреную погоду, наличии мертвого хода в шарнирных соединениях. Эти недостатки в значительной степени исключены в тензометрах ТА-2 конструкции Аистова Н. Н. с электроконтактом и переменной базой измерения. Этот прибор имеет станину 5 (рис. 4.9), опирающуюся на две ножки, расстоя­ние между которыми может изменяться. Собственная база тензометра S составляет 20-50 мм, а при наличии удлинителей может изменяться


Рис. 4.8. Двухрычажный тензометр-

« — первая модель; б — вторая модель;

J — неподвижная ножка; 2 — станина;

J — стоика; 4, 10 — винты- т

‘ ‘ винты, J _ стрел-

ка, б-коромысло; 7-пружина; 8-рычаг; 9 — подвижная ножка- // -подвижная колодка

Рис. 4.9. Тензометр Н. Н. Аистова ТА-2 со счетчиком оборотов лимба: 1 — струбцина для крепления тензометра; 2 — счетчик оборотов лимба; 3 — лимб; 4 — стойка; 5 — станина с переменной базой; 6 — звуковой индикатор (телефон) ; 7 — блок питания

до 200 мм. Подвижная призма соединена со стойкой 4. Остальная часть прибора смонтирована на верхней части станины, изолированной от ниж­ней. В верхней части станины расположен микрометренный винт с лим­бом 3 и счетчиком оборотов 2. Установив тензометр на конструкции, его закрепляют струбциной 1, подключают блок питания 7 и вывинчи­вают микрометренный винт вращением лимба 3 до контакта со стой­кой 4. Контакт определяется по электросигналу (звонку или свечению лампочки). В этот момент берут отсчет С1по шкале лимба 3. После снятия отсчета лимб отводят в обратную сторону до прекращения сиг­нала.


 

 


Рис. 4.11. Схема проволочных тензорезисторов:

а — петлевая; б — беспетлевая; 1 — воспринимающая решетка; 2 —изолирующая подкладка; 3 — выводы; 4 — низкоомные медные пе­ремычки

+ 40 % Ni), нихрома (80 % Ni + 20 % Си) и др..величинакоторо­го с точностью до 0,1 Ом указывается в паспорте, и чувствительность тен-зорезистора, характеризуемая коэффициентом тензочувствительностит?. Проволочные тензорезисторы изготавливают с базами от 2 до 150 мм с омическим сопротивлением от 50 до 2000 Ом. Наиболее распространены тензорезисторы с базами 5—50 мм и сопротивлением 50—400 Ом. Коэффициент тензочувствительности проволочных тензорезисторов на­ходится в пределах от 2 до 3,5 (для константановых т? = 2,0 — 2,1; для нихромовых 1? = 3,5). Линейный характер зависимости AR — /(e), например, для константановой проволоки практически сохраняется до е = 0,01. Следовательно, используя тензорезисторы из этой прово­локи, можно измерять деформации в стальных элементах при работе их и за пределами упругости.

Закругления в решетке проволочных тензорезисторов делают их чувствительными к поперечным деформациям, что влияет на точность измерений особенно с уменьшением базы тензорезистора. От этого недо­статка свободны беспетлевые тензорезисторы с низкоомными медными перемычками 4 (рис. 4.11, б). Из-за отсутствия поперечной тензочувст­вительности и лучших условий передачи деформаций (ввиду продолже­ния прямолинейных участков тензорешетки и за перемычки) база их мо­жет быть уменьшена до 2—3 мм.

Иногда используют тензорезисторы, не имеющие подложки — со сво­бодным подвесом проволоки. Основным достоинством их является

большая стабильность показаний пои длительных измерениях (из-за от­сутствия ползучести клея). Однако из-за сложности изготовления, требующего определенных навыков, такие тензорезисторы имеют огра­ниченное распространение.

Эластичные преобразователи являются разновидностью проволоч­ных тензорезисторов. Они представляют собой резиновый или пластико­вый капилляр с внутренним диаметром 0,1-0,5 мм, заполненный ртутью или электролитом и снабженный проволочными выводами. Крепление таких преобразователей к элементам конструкции производится с по­мощью скоб или манжет. Основное достоинство таких преобразовате­лей — возможность измерять весьма большие деформации материалов (до 40-50%).

Фольговые тензорезисторы являются дальнейшим развитием прово­лочных тензорезисторов. В отличие от последних они имеют решетку не в виде круглого провода, а в виде тонких полосок фольги прямо­угольного сечения толщиной 4-12 мкм, наносимых на лаковую основу. Благодаря большей площади соприкасания полосы фольгового тензо­резистора с объектом измерения его теплоотдача значительно выше, чем у проволочного, что позволяет увеличить силу тока, протекающего через тензорезистор (до 0,2 А), а следовательно, и повысить его чувст­вительность. Другое преимущество фольговых тензорезисторов заклю­чается в возможности изготовления решеток любого рисунка, наиболее удовлетворяющих условиям измерений фотолитографским способом. Прямоугольные решетки (рис. 4.12, а) используют для измерения ли­нейных деформаций, розеточные (рис. 4.12, б) — при плоском напря­женном состоянии.

Тензочувствительность фольговых тензорезисторов такая же как и проволочных (г? ~ 2), верхний предел измерения относительных дефор­маций е = 0,3 %, температурный диапазон работоспособности от ми­нус 40 до плюс 70 °С, номинальное сопротивление 50-400 Ом.

В последние годы находят применение полупроводниковые тензо­резисторы, имеющие ряд существенных преимуществ перед проволоч­ными и фольговыми тензорезисторами. Их чувствительность в 50-60 раз больше, они имеют малые размеры, высокий уровень выходного сигнала, исключающий иногда применение сложных и дорогих усилите-

Рис. 4.12. Фольговые тензорезисторы с прямоугольной (а) и розеточной (ff\ wr.u струкциями решеток (кон« 5 Зак. 1188 «29

У

 


Рис. 4.13. Схемы наклейки тензорезисторов при напряженных состояниях: ;

а — одноосном; б — двухосном с известным направлением главных осей; б — то же при неизвестном направлении главных осей

лей. Сопротивление и тензочувствительность полупроводниковых тен­зорезисторов при одних и тех же размерах в зависимости от технологии изготовления может изменяться в большом диапазоне (сопротивление от < 50 Ом до 50 кОм, а коэффициент тензочувствительности от 25 до 200).

Наибольшее распространение получили полупроводниковые тензо-резисторы на основекремния и германия. Они имеют базу от 0,5 до 10мм, номинальное сопротивление 50 — 500 Ом при коэффициенте тензочувст­вительности г] — 25 — 75. Полупроводниковые датчики, изготовленные на основе кремния и германия, химически инертны и выдерживают на­грев до 500—540 °С. Линейность изменения сопротивления сохраняется при относительных деформациях до ±0,1 %; предельная относительная деформация достигает ±0,4 %. К недостаткам полупроводниковых тен­зорезисторов следует отнести их малую механическую прочность, малую гибкость и высокий разброс основных характеристик.

Для измерения напряжений тензорезистор наклеивают на испытуе­мый элемент специальным клеем, который обеспечивает передачу по­верхностных деформаций элемента на тензорезистор. Решетку тензоре-зистора располагают по направлению измеряемой деформации. На иссле­дуемый элемент в одной точке (зоне) наклеивают: при одноосном на­пряженном состоянии — один тензорезистор с прямоугольной решет­кой (рис. 4.13, а), а при двухосном — два (рис. 4.13, б), если известны направления главных осей и три — если их направления неизвестны (рис. 4.13, в). Группа из двух и более тензорезисторов, наклеенных для измерения напряжений в одной точке, называется розеткой. При плос­ком напряженном состоянии удобно пользоваться тензорезисторами с розеточной решеткой с соответствующей схемой ее расположения.

Для наклейки тензорезисторов при испытании мостов применяют клей БФ-2, БФ-4, циакрин и др. Тензорезисторы могут наклеиваться на 130

любые материалы. Поверхность в местах наклейки тензорезисторов тща­тельно очищается и обезжиривается. Очищенная поверхность должна иметь незначительную шероховатость, без крупных пор и углублений. Следует помнить, что от качества клея и наклейки тензорезисторов в значительной степени зависит точность измерения напряжений, посколь-I ку измеряемая деформация должна полностью передаваться с поверх­ности элемента через слой клея на решетку тензорезистора. Небольшие размеры и масса тензорезисторов, возможность измерения напряжений как при статических, так и при динамических воздействиях, простота установки и высокая надежность и универсальность обеспечивают широ­кое применение их при испытаниях искусственных сооружений.

Для измерения больших деформаций (перемещений) могут приме­няться индукционные датчики, которые основаны на использовании зависимости между индукционным сопротивлением катушки, вклю­ченной в цепь переменного тока, и магнитным полем, зависящим от из­меряемой деформации. Индукционный датчик (рис. 4.14) состоит из корпуса 3, внутри которого смонтирована катушка 4. В катушку 4 входит сердечник 5, соединенный со стойкой 2. Стойка 2 одним кон­цом с помощью пластинчатого шарнира соединена с корпусом, а другим, острым, опирается на испытуемый элемент. На корпусе имеется непод­вижная призма 6, которой он также опирается на испытуемый элемент. Сердечник со стойкой соединен регулировочным винтом 1, позволяю­щим регулировать положение сердечника относительно катушки. Рас­стояние между точками опирания прибора является базой измерения S. При изменении расстояния между опорными точками сердечник пере­местится относительно катушки, что вызовет изменение ее индукцион­ного сопротивления, которое регистрируется измерительным устрой­ством.

Для измерения больших деформаций можно использовать емкост­ные датчики, в которых реализуется зависимость емкостного сопротив­ления конденсатора от зазора между пластинами. При этом измеряемая деформация вызывает изменение зазора. Принципиальная конструктив­ная схема емкостного датчика аналогична схеме индукционного (вместо

Рис. 4.14. Принципиальная схема индук­ционного датчика:

1 — регулировочный винт; 2 — стойка; •? — корпус; 4 — катушка; 5 — сердеч­ник; 6 — неподвижная призма

5*



* 1

Рис.
щий прибор 1риРУЧ.

I

U О——- ‘

индукционной катушки и сердечника устанавливается конденсатор с из­меняемым зазором между пластинами).

Индукционные и емкостные датчики, как правило, съемные, т, е. могут использоваться многократно для различных измерений, в отличие от проволочных, фольговых и других тензорезисторов, которые наклеи­вают на конструкцию без последующего переноса на другое место. Одна­ко они имеют значительную массу, что ограничивает их применение при динамических испытаниях.

В ЦНИИСе разработаны электронно-оптические датчики (автор А. И. Синявский), принцип действия которых основан на изменении све­тового потока в зависимости от измеряемой деформации (перемеще­ния) , преобразуемого в аналоговый электрический сигнал. На этом прин­ципе разработаны конструкции и организовано малосерийное производ­ство датчиков для измерения напряжений, линейных перемещений от 0,001 мм до 1000 мм, угловых перемещений до 40″, регистрации напря­жений при ударных воздействиях. Датчики обладают высокой чувстви­тельностью, поэтому в ряде случаев их можно использовать без усилите­лей электрических сигналов.

Основным преимуществом этих датчиков является многократность их использования (съемность). Они имеют сравнительно небольшие га­баритные размеры и массу, работают на постоянном токе, в связи с чем линии связи (кабели) не требуют экранной защиты-

Электроизмерительные устройства измеряют и регистрируют изме­нения электрических величин, передаваемых датчиками.

Рассмотрим принципиальную схему электротензометрической уста­новки с использованием моста Уитстона (рис 4.15). Датчик, установлен­ный на элементе конструкции и включаемый в одно из плеч электриче­ского моста R , называется активным или рабочим. В два нижних плеча включены сопротивления R1и R2. Для исключения влияния тем­пературы в соседнее с активным датчиком плечо подключают аналогич­ный датчик RrK, который называется компенсационным или темпера­турным. Его устанавливают на образец, не подвергающийся силовым воздействиям, и материал которого имеет тот же коэффициент линейно-132


 
 

Метод непосредственного отсчета осуществляется по неравновесной схеме электрического моста. Питание электрического моста может осу­ществляться постоянным и переменным током высокой частоты. Мосты, питаемые постоянным током, применяют для измерения деформаций при кратковременных испытаниях статической и низкочастотной дина­мической нагрузками. При длительных испытаниях статической нагруз­кой и при испытаниях динамической нагрузкой с частотой до 300 Гц при­меняют электрические мосты, питаемые переменным током высокой частоты (до 6-8 кГц).

Ток из диагонали электрического моста (см. рис. 4.15) через усили­тель У: подается на регистрирующий прибор # (гальванометр, осцил­лограф или магнитограф). Усилители дают возможность значительно по­вышать чувствительность электроизмерительных устройств. Необходимо иметь в виду, что усилители усложняют электроизмерительные устрой­ства и могут давать дополнительные погрешности при измерениях. Ста­тические и динамические испытания при частотах до 20 Гц с использова­нием тензорезисторов можно проводить без усилителей, но при этом необходимо иметь высокочувствительные гальванометры или осцил­лографы.

Процесс измерений по методу непосредственного отсчета заключает­ся в следующем. До загружения испытуемой конструкции выполняют приблизительную балансировку электрического моста путем изменения сопротивлений в плечах Rtи RrБалансировку заканчивают при ка­ком-то отличном от нуля показании прибора, которое записывают. Затем создают испытательную нагрузку, которая вызовет деформацию в зоне установки датчика. В результате произойдет изменение силы тока в диагонали электрического моста. Это изменение силы тока можно за­регистрировать путем снятия отсчета по прибору П. По разности отсче­тов, снятых при ненагруженном и нагруженном состояниях, определяют величину изменения силы тока в диагонали моста, а по ней величину от­носительной деформации (напряжения) в испытуемом элементе ■

,v Рис. 4.16. Принципиальные схемы гальванометра (а) и записывающего устройства осциллографа Н044.1 (б):

1 — рамка (петля) из тонкой проволоки; 2 — постоянный магнит; 3
зеркальце; 4 — лампочка; 5 — конденсор; 6 — сферическая линза;
7 — цилиндрическая линза; 8 — барабан с фотолентой; 9 — плоские зерка­
ла; 10 — цилиндрическое зеркало; 11 — экран наблюдения; 12____ импульс-

, ная лампа продольного графления; 13 — лампа отметки времени

Осциллограф представляет собой комплекс приборов и механиз­мов, смонтированных в одном блоке. Одним из основных приборов осциллографа является чувствительный гальванометр. Гальванометр (рис. 4.16, а) представляет собой рамку из тонкой проволоки 2, за­крепленную на специальных пружинных подвесках в поле постоянного магнита 2. На рамке прикреплено маленькое зеркальце 3, Через рам­ку 1 пропускают ток из диагонали электрического моста. При проходе тока через рамку возникнет крутящий момент, который будет повер­тывать рамку на угол, пропорциональный силе тока. Так как сила тока в pajMKe изменяется пропорционально измеряемой деформации, то и УеЛ поворота рамки будет изменяться пропорционально ей. Таким обра­зом, устанавливается прямая зависимость между углом поворота рамки гальванометра и измеряемой деформацией.

Рассмотрим принципиальную схему записывающего устройства магнитоэлектрического осциллографа (рис. 4.16,6). Запись измеряемой. Деформации на осциллографе производится следующим образом. Свето­вой поток от лампочки 4 через конденсор 5, состоящий из двух ци­линдрических линз, в виде горизонтальной полосы света попадает на окошки гальванометров, установленных в магнитном блоке. Световой поток, пройдя через сферические линзы 6 и отразившись от зеркаш 3 на рамках гальванометров в виде вертикально расположенных световых полосок, направляется на цилиндрическую линзу 7, фокусирующую

 

Рис. 4.17. Схема электрического моста, применяемого при методе нулевого из­мерения

световые полоски в точки на плоскости записи на фотоленте 8. При колебаниях рамки гальванометра вместе с ней колеблется зеркало, и меняется угол отражения в горизонтальной плоскости. Отраженный луч света перемещается в горизонтальной плоскости, и если при этом пере­мещается фотолента, то на ней запишется развернутый во времени про­цесс изменения измеряемых деформаций (напряжений). Часть световой полоски, отраженная зеркалом 3 на рамке гальванометра, попадает на зеркало 9, затем на вогнутое цилиндрическое зеркало 10, которое отражает свет на матовый экран 11 визуального наблюдения. На ленте, кроме записи исследуемых процессов, производятся продольное граф­ление бумаги и запись отметок времени с помощью ламп 12 и 13.

В зависимости от частоты записываемого процесса устанавливается скорость перемещения фотоленты.

Современные осциллографы позволяют одновременно записывать от одного до 24 и более процессов. При испытании мостов применяют осциллографы НОЗОА, Н044.1, Н044.2, регистрирующие от 12 до 24 процессов. Широко применяются осциллографы (магнитографы), в которых запись исследуемых процессов производится на магнитной ленте. Расшифровка записи на магнитной ленте выполняется на ЭВМ с помощью специальной приставки.

В настоящее время применительно к электронно-оптическим датчи­кам ЦНИИСа разработана портативная измерительная система с автоном­ным питанием для проведения испытаний в полевых условиях с записью процессов изменения измеряемых деформаций и перемещений в цифро­вом коде. При этом используются малогабаритный компьютер и устрой­ство для регистрации измерений.

Зависимость между величинами действительных и записанных (за­регистрированных) деформаций устанавливают путем тарировки.

Метод нулевого измерения основан на применении равновесной схемы электрического моста с питанием постоянным то­ком. Рассмотрим одну из возможных схем электрического моста 136

(рис 4.17). Здесь, как и при методе непосредственного отсчета, в одно из плеч включен рабочий датчик /?тя, а в соседнее с ним плечо — ком­пенсационный #тк. Сопротивления плеч R1и R2обычно регулируют подключенным к ним переменным сопротивлением (реохордом) R . При использовании в качестве сопротивлений R и R проволочных тензорезисторов их наклеивают на балочку с разных сторон. Регулиро­вание сопротивлений R и R производят путем изгиба этой балочки. Применяют и комбинированную систему регулирования сопротивле­ний Rtи R2

Измерения выполняют следующим образом: до загружения испы­туемой конструкции путем регулирования сопротивлений Ryи R2 балансируют электрический мост (при сбалансированном мосте гальва­нометр Я должен показывать «нуль») и снимают отсчет но шкале рео­хорда. После этого нагружают испытуемую конструкцию. Возникшие при этом напряжения вызовут изменение сопротивления рабочего дат­чика, что приведет к нарушению баланса электрического моста, в резуль­тате чего гальванометр покажет наличие тока в его диагонали. Изменяя сопротивления R и R , необходимо вновь сбалансировать мост. После балансировки моста снимают отсчет по реохорду. По разности от­счетов, снятых по реохорду в незагруженном и загруженном состоянии, определяют величину деформации (напряжения) в зоне-установки ра­бочего датчика. Зависимость между измеряемой деформацией (напря­жением) и изменением сопротивления реохорда определяют путем та­рировки.

Электроизмерительные устройства для определения деформаций по методу нулевого отсчета значительно проще и компактнее, чем при­меняемые по методу непосредственного отсчета.

В настоящее время широкое распространение получили тензометри-ческие устройства, в которых балансировка моста и запись отсчетов производятся автоматически непосредственно на перфоленту, которая затем обрабатывается на ЭВМ. Такая установка обеспечивает измерение по большому числу рабочих датчиков (до нескольких сотен), включе­ние которых также происходит автоматически в определенной последо­вательности.

JHpn испытаниях мостов успешно используются тензометрические установки типа ЦТМ с автоматической балансировкой моста и цифро­вой записью на бумажной ленте (рис. 4.18).

Мы рассмотрели схемы электрического моста с одним рабочим датчиком. Однако мост Уитстона позволяет производить включение нескольких рабочих датчиков. Используя различные схемы установки датчиков на элементе конструкции и включения их в схему электриче­ского моста, можно получить усиление электрического сигнала в диаго­нали и, следовательно, повышение точности измерений, а также иметь возможность измерять как полные деформации (напряжения) от всех действующих силовых факторов (М, Q, TV), так и от отдельных. Напри-

Рис. 4.18. Цифровойтензометрическиймост ЦТМ-5:

1 — перфоратор; 2 — печатающая машинка; 3— блок коммутации; 4 — блок

измерения

мер, в сжато-изогнутом элементе необходимо измерить напряжения только от нормальной силы и отдельно от изгибающего момента.та1» Л J — рабочие тензорезисторы; R — компенсационный тензорезистор

-ку изменения омического сопротивления. Если оба тензорезистора бу­дут включены в одно плечо (см. рис. 4.19, б), то в нем при нагрузке произойдет суммарное изменение омического сопротивления обоих тен­зорезисторов, вызванное приложением нормальной силы (от изгибаю­щего момента оно будет равно нулю). Это вызовет соответствующее приращение тока в диагонали, который будет в два раза (при одинако­вых характеристиках тензорезисторов) больше, чем полученный при измерении напряжений от этой силы одним тензорезистором. При вклю­чении тензорезисторов в разные плечи моста (см. рис. 4.19, в) изменение омического сопротивления тензорезисторов вследствие приложения нормальной силы не вызовет дополнительного тока в диагонали (про­изойдет взаимная компенсация, как при включении компенсационного тензорезистора), но ток в ней появится вследствие изменения омическо­го сопротивления тензорезисторов от действия изгибающего момента.

Отмеченные особенности работы электрического моста часто исполь­зуют для создания различных датчиков комбинированного типа, что дает возможность создавать оригинальные приборы и приспособления с вы­сокой точностью измерения деформаций (напряжений) при статических и динамических воздействиях. В качестве примера рассмотрим мало-базный электромеханический датчик (тензометр), разработанный в МИИТе (авторское свидетельство № 142462). Прибор предназначен для измерения напряжений (деформаций) в зонах их концентрации на базе до 1 мм. Для регистрации измеряемых деформаций в нем используются тензорезисторы, наклеенные на тонкой, слегка изогнутой пластинке.

Малобазный электромеханический датчик (рис. 4,20, а) состоит из стойки 7 с наглухо прикрепленными к ее нижней части двумя щечка­ми 4, между которыми свободно размещается рычаг первого рода 1. Стойка соединена с рычаг-См первого рода шарнирно посредством оси 5

при свободном опирании на нее щечек.
В верхней части с внутренней стороны стойка 7 и рычаг 1 имеют
вырезы под углом около 60°, в которые упирается тонкая слегка изог­
нутая стальная пластинка 3 с наклеенными на ней тензорезисторами.
Для уравновешивания распора от пластинки и создания в пластинке на­
чального предварительного напряжения стойка и рычаг стянуты спираль-
нойзиружиной 2. Нижние концы стойки и рычага заточены и закалены;
отш служат опорами датчика при его установке на испытуемый эле­
мент. Для его закрепления применяют струбцину, прижимной конец ко­
торой треугольного сечения входит в овальное отверстие 6 в щечках,
имеющее в нижней части вырез под углом около 80°. Ребро струбцины
опирается в вершине угла выреза в щечках, обеспечивая шарнирность
соединения и хорошую центровку прижимной силы в пределах базы из­
мерения . Масса прибора около 4г. f

При изменении расстояния между точками опирания датчика (базы) Деформация передается через рычаг на пластинку. В рассматриваемой модели датчика рычаг первого рода имеет отношение плеч 4:1. Следо-

■ 3,

 

Малобазный датчик имеет высокую чувствительность. При исполь­зовании современных усилителей точность измерения деформаций с применением этого датчика может достигать 0,01 мкм. Его можно ис­пользовать для измерения деформаций как при статических, так и при динамических испытаниях мостов. Большим преимуществом прибора является съемность, т. е.возможность многократного использования его для измерений.

В качестве датчиков широко используют просто изогнутые пластин-I ки с наклеенными тензорезисторами, концы которых шарнирно закреп­ляют (опирают) в точках, между которыми требуется измерить дефор­мацию.

43. Приборы и способы измерения перемещений при статических воздействиях

При статических испытаниях для измерения различного рода линей­ных и угловых перемещений широко используются механические при­боры. В зависимости от величины измеряемых перемещений, их вида и требуемой точности измерений применяют различные приборы и при­способления.

Индикаторы (мессу ры). Для измерения небольших линейных пере­мещений (до 2—30 мм) широко используют индикаторы с ценой деления 0,001—0,01 мм. Рассмотрим индикатор часового типа (рис. 4.21).,Прин­цип его работы состоит в следующем. В корпусе 1 свободно переме-

Рис. 4.20. Малобазный электромеханический датчик:

а — конструкция датчика; б, в — схемы включения и наклейки тензоре-зисторов; 1 — рычаг первого рода; 2 — спиральная пружина; 3 — изогнутая пластинка; 4 — щечки; 5 — ось; 6 — отверстие для струбцины; 7 — стой­ка; Г, Н — тензорезисторы

вательно, деформация, передаваемая на пластинку, будет увеличена в четыре раза. Изменение изгиба пластинки от измеряемой деформации приведет к изменению сопротивления тензорезисторов, наклеенных на пластинке. На пластинку наклеивают четыре или два тензорезистора со­противлением 100-200 Ом и базой 10-20 мм по два (рис. 420, б) или по одному (рис. 4.20, в) с каждой стороны пластинки с включением их в схему электрического моста. В первом случае активными являются все четыре плеча, а во втором — два. Это позволяет получить соответ ~ ствующее увеличение тока в диагонали моста,

Изогнутая стальная пластинка и спиральная пружина создают в при­боре «внутреннюю напряженность», Что при наличии небольшого числа шарнирных соединений практически полностью исключает «мертвый» ход.

Рис. 4.21. Общий вид индикатора (а) и его кинематическая схема (б) :

1 — корпус; 2 — шток; 3, 4, 6, 7 — шестеренки; 5 — большая стрелка; 8 —

малая стрелка

щается в продольном направлении шток 2. В средней части штока имеет­ся зубчатая нарезка (рейка), входящая в зацепление с шестеренкой 3, жестко соединенной с другой шестеренкой 4.стрел-кой 5. Вращение с шестеренки 6 передается на шестеренку 7 и на ма­лую стрелку 8. Кинематическая передача в индикаторе с ценой деле­ния 0,01 мм рассчитана таким образом, что при перемещении штока на 1 мм большая стрелка делает один оборот. Циферблат имеет 100 деле­ний по окружности. Маленькая стрелка показывает число целых милли­метров. Индикаторы с ценой деления 0,01 мм имеют, как правило, пере­мещение штока 10 мм.

Индикаторы с ценой деления 0,001 мм обладают ходом штока 2 мм. Таким образом, эти приборы можно использовать для измерения сравни­тельно небольших перемещений.


Рекомендуемые страницы:

Струнные тензометры ТБ 200.

Данная статья носит информативный характер. Чтобы узнать цены, сроки, наличие, аналоги, перейдите в каталог

Назначение.

Тензометры струнные ТБ 200 предназначены для дистанционного измерения относительных деформаций растяжения и сжатия в бетонных конструкциях или скальных массивах (в основном плотинах) при длительных натурных наблюдениях их напряженного состояния без доступа к ним для ремонта и исправлений, а также для дистанционного измерения температуры среды в местах установки тензометров.

Тензометры струнные закладные ТБ 200.З закладываются в массив объекта.
Тензометры струнные накладные ТБ 200.Н используются для измерения деформаций в металлических элементах (трубопроводах, металлических отделок тоннелей, мостах и т.д.).

Техническое описание.

Тензометры состоят из сплошного цилиндрического корпуса и двух анкеров, между которыми смонтированы натянутая струна. Для возбуждения струны импульсом электромагнитного поля и создания переменной ЭДС от ее собственных колебаний служит электромагнитная головка, установленная посредине струны.

Деформация исследуемой среды через анкеры передается струне, изменяя ее натяжение, и, следовательно, частоту собственных колебаний. Под действием температуры исследуемой среды (бетона или скалы) изменяется также сопротивление электромагнитной головки. По измеренному периоду колебаний струны, с помощью индивидуальной градуировочной зависимости удлинения струны тензометра от частоты ее колебаний, определяют величину относительных осевых деформаций базы тензометра.

По изменению сопротивления электромагнитной головки относительно ее сопротивления при нулевой температуре, с помощью типовой зависимости относительного сопротивления от температуры определяют температуру тензометра и участка исследуемой среды, прилегающего к поверхности тензометра.
Тензометры выпускаются двух модификаций: ТБ 200.З – тензометры, закладываемые в массив объекта; ТБ 200.Н – тензометры, накладываемые (закрепляемые) на поверхность объекта

Параметры выходного сигнала тензометров:
форма выходного сигнала – затухающие колебания, близкие к синусоидальным
диапазон изменения периода выходного сигнала, мкс 500…1100
размах напряжения выходного сигнала тензометров при номинальном периоде выходного сигнала около 800,0 мкс не менее, мВ 5
логарифмический декремент затухания выходного сигнала тензометров не более 0,001
активное сопротивление катушки, Ом 750…850
Градуировочная характеристика тензометров по относительной деформации имеет вид: Е = AT-2 + BT-1 + C, млн-1
А, мс2 802,63
В, мс -85,49
С, млн-1 -659,72
Диапазон измерения относительной деформации тензометров (с учетом возможности настройки начала отсчета деформации), млн-1 -500…1600
Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности тензометров в диапазоне измерения относительной деформации, млн-1 ±(5+4/Т)
Пределы допускаемой вариации периода выходного сигнала при определении индивидуальной градуировочной характеристики тензометров, мкс ±2,6
Пределы допускаемого отклонения периода выходного сигнала тензометров, вызванного изменением температуры окружающей среды в рабочих условиях эксплуатации, мкс ±2,6
Градуировочная характеристика тензометров по температуре:
T = (R/RO-1)/АT
АT, 1/ °С 0,00428
Диапазон измерения температуры тензометрами, °С -30…50
Пределы допускаемой основной погрешности тензометров по температуре, составляют, °С ±1,0
Вероятность безотказной работы тензометров в течение 10 лет при доверительной вероятности 0,8, не менее 0,95
Средний срок службы тензометров 20 лет

Габаритные размеры и масса.

Габаритные размеры, мм Обозначение модификации
ТБ 200.3 ТБ 200.Н
Длина измерительной базы 200 200
Диаметр корпуса 28/38 28/48
Диаметр анкеров 60
Общая длина 320 320
Длина кабеля не менее 300 300

Масса тензометра, включая соединительный кабель не более 1,5 кг.

Рабочие условия эксплуатации.

  • температура окружающей среды, °С — от минус 30 до 50;
  • напряженность внешнего магнитного поля не более, А/м — 400;
  • гидростатическое давление окружающей среды не более, МПа — 2,0;
  • датчики поставляются в ящиках по 30÷40 штук.

Тензометры струнные ТБ 200 изготавливаются в соответствие с действующей технической документацией ТУ 42 7376-200-00129716-04.

принцип действия механического, струнного и других видов тензометров

 О чем эта статья

Тензометры это приборы измеряющие напряжение и деформацию на локальном участке. Существует несколько видов тензометров. Среди них механический, резистивных, струнный и другие виды. О них и пойдет речь в данной статье.
Вы также можете посмотреть другие статьи. Например, «Проведение измерений нутромером» или «Поверка средств измерения».

Как надежны создаваемые детали, устройства, сооружения? Как действуют на них различные внешние нагрузки? Эти вопросы волнуют конструкторов, строителей, эксплуатационников. Ответы на них можно получить с помощью тензометра.

Тензометр — это прибор, позволяющий измерить величину деформации изделия на локальном (базовом) участке. Полученная информация позволяет определять напряжения в изделии, разрабатывать более совершенные конструкции, предупреждать аварийные ситуации. Что такое деформация и какая она бывает рекомендуем прочитать в нашей статье — виды деформации твердых тел.

Тензометры используются для оптимального натяжения полотен ленточных пил, растяжек, стержневой и проволочной арматуры. В строительстве – для определения напряжений внутри железобетонных конструкций зданий, мостов, плотин, наровне с измерителями прочности бетонна. В машиностроении – для контроля наиболее ответственных деталей агрегатов, например, лопаток турбин. В текстильной промышленности – для регулирования натяжения движущейся пряжи, нитей.

Широкий круг задач и условий проведения измерений обусловил наличие тензометров, отличающихся по своему назначению и принципу действия. В работе рассмотрены два типа тензометров: механические и электрические. Последние, по принципу действия (определяется типом чувствительного элемента) подразделяются на:

  • Резистивные;
  • Струнные;
  • Емкостные;
  • Индуктивные;

 «Старейшими» тензометрами, появившимися в связи с появлением математических методов в исследовании материалов, являются механические. Поэтому рассмотрение принципа действия тензометров начнем именно с них.

Механические тензометры

Принцип работы механического тензометра базируется на прямой зависимости линейного удлинения испытуемого образца от напряжений в его поперечном сечении при действии деформирующей нагрузки.


Рис. 1.Схема механического тензометра рычажного типа.

Механический тензометр  (рис. 1) закрепляется на поверхности образца 1, опираясь на нее двумя призмами 2 и 3. Призма 2 является подвижной и расположена на расстоянии L от неподвижный призмы 3. Расстояние L является базовым. Рычажная система 4 вместе с подвижной призмой 2 воспринимает изменение размера образца при действии деформирующих сил. Она выполняет роль преобразователя незначительного изменения размера L в существенное перемещение указателя 5 по шкале 6. Коэффициент усиления определяется соотношением длин плеч рычажной системы и обычно лежит в пределах от 1000 до 12000.

Резистивный тензометр

Резистивные тензометры представляют популярную группу универсальных приборов для контроля растяжения или сжатия контролируемого изделия. В качестве чувствительного элемента в тензометрах этого типа используются тензорезисторы. Принцип действия тензорезистора базируется на изменении электрического сопротивления при деформации его вместе с изделием. Он представляет собой отрезок тонкой проволоки, уложенный змейкой на изоляционной основе. Для увеличения чувствительности в тензометрах используют по несколько тензорезисторов, включаемых по мостовой схеме.

Как и в механическом тензометре, во всех электрических тензометрах измеряется изменение базового расстояния. Тензодатчики встраиваются  в конструкцию элементов тензометра воспринимающих воздействие деформирующих сил.  Одна из конструкций тензометра, широко применяемая в строительстве и горном деле при заливке бетона, приведена на рис. 2.


Рис.2. Тензометр в исходном состоянии (а) и при действии растягивающих усилий (б).

Конструктивно тензометр состоит из мостовой схемы с тензорезисторами в ее плечах. Элементы схемы расположены внутри полого стержня 1 с базой равной расстоянию между силовоспринимающими фланцами 2 и 3 (рис. 2а) Внешние растягивающие силы внутри бетонной конструкции, воздействуя на фланцы, удлиняют стержень. Удлинение равно расстоянию перемещения фланца из положения 2 в положение 4 (рис. 2б). При этом изменяется сопротивление плеч моста и информация по кабелю 5 передается на средства обработки данных.

Струнные тензометры

Чувствительным элементом струнного тензометра служит отрезок стальной проволоки, закрепленной внутри трубки к ограничивающим  торцы крепежными блоками. Принцип работы тензометра заключается в наличии зависимости частоты колебаний проволоки (струны) от ее натяжения.

Устанавливается датчик на поверхности контролируемого изделия путем приварки шаблона, с помощью болтовых соединений или клея. Датчик является изделием многоразового использования. Съем информации с помощью кабеля.

Емкостные тензометры

В емкостных тензометрах роль чувствительного элемента выполняет конденсатор переменной емкости. Принцип работы этого вида тензометров основан на зависимости емкости конденсатора от величины зазора между его пластинами.

На рис.3 представлен один из возможных вариантов емкостного тензометра.


Рис. 3. Схема устройства емкостного тензометра.

Тензометр крепится на объекте контроля 1 посредством точечной сварки 2. Измерительный конденсатор 3 закреплен на ветвях силоизмерительной рамки 4, воспринимающей растяжение или сжатие объекта. Таким образом величина зазора однозначно связана с величиной деформирующей силы. Следует отметить, что эта зависимость носит нелинейный характер.

Индуктивные тензометры

В настоящее время выпускаются индуктивные тензометры двух видов. Первый – это тензометры с опорными призмами и регулируемой базой. Второй – с ножевыми опорами для работы с изделиями стержневого вида. В обеих чувствительным элементом служит катушка индуктивности с подвижным сердечником.

Катушка индуктивности закрепляется неподвижно на объекте. Подвижный сердечник соединен с ним через подвижную призму или нож и изменяет свое положение под воздействием деформирующей силы. Это перемещение приводит к изменению индуктивности или взаимоиндуктивности катушки. Зависимость электрических параметров катушки индуктивности от положения ее подвижного элемента положено в основу работы тензометров этого типа.

Примеры использования тензометров

На рис.4 показаны примеры использования двух типов тензометров.


Рис. 4. Тензометры в работе.

На рис.4 слева показан вариант применения механического тензометра для контроля натяжения ленточного полотна. На рис.4 справа – использование электрического тензометра для контроля несущих конструкций. Появление трещин вызывает скачкообразное увеличение показаний тензометра, что обычно предшествует разрушению материала.

Опубликована 02-03-13.


Если вам понравилась статья нажмите на одну из кнопок ниже

Общие сведения и указания к проведению лабораторных работ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И УКАЗАНИЯ

К ПРОВЕДЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1. Целью лабораторного практикума по сопротивлению материалов является ознакомление студентов с основными видами механических испытаний материалов, приборами и методами измерения перемещений, деформаций и напряжений. В процессе выполнения лабораторных работ студент углубляет знания, полученные им из теоретического курса, производит проверку с помощью экспериментов, теоретических выводов и формул сопротивления материалов, получает навыки проведения исследований по определению прочности и жесткости элементов конструкций и машин.

2. В начале семестра перед выполнением первой лабораторной работы преподаватель проводит общий инструктаж студентов по охране труда и технике безопасности при работе в лаборатории, что записывается в специальном журнале, где расписываются студенты и преподаватель. Тогда же студентам сообщается график проведения лабораторных работ.

3. Перед началом очередной лабораторной работы студент должен получить допуск к её выполнению. Для этого он отвечает на контрольные вопросы, помещенные в конце описания этой работы (ответы и заготовка отсчета, где приводятся название, цель работы, схемы, таблицы, расчетные формулы в соответствии с требованиями к оформлению отсчета, указанными в описании лабораторной работы, подготавливаются дома по учебнику, лекциям, методическим указаниям к лабораторным работам). Заготовка отсчета производится на листах бумаги машинописного формата. В верхнем правом углу указывается фамилия студента и учебная группа.

4. Студент допускается к следующей работе, как правило, после оформления и сдачи отчета по предыдущей. Пропущенные студентами лабораторные работы выполняются на дополнительных занятиях. Расписание дополнительных занятий (обычно в конце семестра) устанавливается кафедрой и вывешивается на доске объявлений.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

Методы экспериментального определения деформаций и перемещений

Цель работы: ознакомление с приборами и методами измерения линейных деформаций и перемещений.

  1. УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ

Размеры растянутого стержня меняются в зависимости от величины приложенной силы Р. Если до нагружения стержня его длина была равна l, то после нагружения она станет l +∆l (рис. 1).

Величину ∆l называют абсолютным удлинением стержня. Отношение

называют относительным удлинением (продольной, линейной деформацией) стержня. Если бы в стержне возникало неоднородное напряженное состояние, то линейная деформация для некоторого сечения А определялась бы путем предельного перехода к малому участку длиной dz и тогда

Приборы, измеряющие малые линейные деформации (ε), называются тензометрами. Чаще других используются рычажные и электрические тензометры.

    1. Рычажный тензометр

Схема рычажного тензометра приведена на рис. 1.

Рис. 1

Тензометр прижимается к испытываемому образцу или детали Д при помощи струбцинки, не показанной на схеме. Расстояние между нижним ребром ромбовидной призмы 1 и острием неподвижного ножа 2 является базой тензометра (а).

При нагружении образца Д, например продольной силой Р, происходит его удлинение, вследствие этого нижнее ребро призмы 1 переместится на величину ∆a, что приведет к повороту призмы вокруг её верхнего ребра на некоторый угол. Вместе с призмой на тот же угол повернётся рычаг 3, жестко соединенный с призмой 1, и при помощи тяги 4 отклонит стрелку 5, верхним концом шарнирно закрепленную на рамке 6. Вследствие поворота нижний конец стрелки переместится по шкале 7 из положения Т1 в положение Т2. Разность отсчетов ∆Т делениях шкалы – миллиметрах пропорциональна удлинению ∆a.

Коэффициент пропорциональности k, являющийся коэффициентом увеличения прибора, зависит от соотношения плеч рычагов 3 и 5 (см. рис. 1):

Для используемых в лаборатории рычажных тензометров коэффициент увеличения k = 1000. С учетом этого измеряемое абсолютное удлинение

Отсюда следует, что цена деления рычажного тензометра равна 0,001 мм.

Для получения линейной деформации следует ∆a разделить на базу тензометра a = 20 мм.

(1.1)

Из полученного результата вытекает, что для того, чтобы при определении ε каждый раз не делить ∆Т на базу тензометра, можно рекомендовать ввести цену деления шкалы прибора в безразмерных величинах линейной деформации

(1.2)

т.е. цена деления рычажного тензометра при таком подходе будет соответствовать линейной деформации .

В случае линейного (одноосного) напряженного состояния образца (детали), зная модуль продольной упругости материала Е, по закону Гука можно определить нормальное напряжение σ, возникающее в исследуемом месте

(1.3)

Определение σ при двухосном напряженном состоянии будет рассмотрено в последующих работах.

    1. Электротензометр

Наиболее удобными и широко используемыми в настоящее время для определения линейных деформаций являются электротензометры.

Электротензометры состоят из двух основных частей, одна из которых – тензорезистр – воспринимает деформацию, другая – тензометрический мост регистрирует эту деформацию.

Тензорезистр (проволочный датчик электрического сопротивления) (рис. 2) представляет собой проволочную решетку 1, выполненную в виде нескольких петель и наклеенную на тонкую бумажную основу 2. К концам решетки припаяны выводы 3, служащие для подключения датчика к регистрирующей части – тензометрическому мосту.

Рис. 2

Рис. 3

Сверху решетка тензорезистора также заклеена бумагой. Решетка изготавливает обычно из константановой (сплав меди с никелем) проволоки диаметром 0,02÷0,03 мм. Тензорезистор принято характеризовать коэффициентом тензочувствительности, равным отношению относительного электрического сопротивления к продольной деформации ε тензорезистора

.

Коэффициент тензочувствительности для тензорезистора из константановой проволоки в зависимости от базы тензорезистора берется в пределах 2,0 – 2,1. За базу тензорезистора принимается длина его проволочных петель (обычно база составляет 5÷20 мм).

Тензорезистор наклеивается специальным клеем на исследуемую поверхность. Деформируясь вместе с испытуемым объектом, он получает удлинение или укорочение (в зависимости от деформации испытуемого объекта), что вызывает изменение его омического сопротивления, которое и служит мерой деформации исследуемой детали в направлении базы тензорезистора.

Для регистрации изменения электросопротивления тензорезистора, пропорционального исследуемой деформации, используют тензометрические мосты.

Принципиальная схема тензометрического моста, предназначенного для измерения статических деформаций, приведена на рис. 3.

Мост состоит из внешнего и внутреннего полумостов и питается напряжением постоянного или переменного токов. Внешний полумост состоит из активного сопротивления Ra (тензорезистор, наклеенный на испытуемый объект) и компенсационного Rk (тензорезистор, наклеенный на вспомогательную либо на недеформируемую поверхность объекта). Таким образом, Ra и Rk находятся в одинаковом температурном режиме.

Сопротивления R1 и R2 внутреннего полумоста являются уравновешивающими. В зависимости от знака деформации (растяжение или сжатие),

происходит увеличение или уменьшение величины сопротивления Ra активного тензорезистора, т.е. происходит разбаланс моста в ту или иную сторону, что и фиксируется гальванометром (Г). Для увеличения чувствительности между мостом и гальванометром включают усилители тока. Изменение показаний гальванометра пропорционально деформации тензорезистора, а значит и испытываемого объекта. Часто вместо того, чтобы измерять изменение силы тока по гальванометру, измеряют с помощью реохорда пропорциональное ему изменение сопротивлений внутреннего полумоста.

Результатом измерений является разность отсчетов ∆T по шкале реохорда сбалансированного моста: начального отсчета при ненагруженном объекте и повторного – при нагруженном объекте. Тогда величина измеряемой деформации (1.4)

Цена деления тензометрических мостов ε0 обычно составляет 10-5 или 10-6 (указывается в паспорте прибора).

Пусть в момент балансировки моста начальным отсчетом по шкале моста будет число 580, а после приложения нагрузки – число 587. Тогда разность отсчетов ∆T = 587 – 587= 7. Если принять, что измерения велись прибором с , то

В случае линейного напряженного состояния в исследуемой детали по закону Гука можно определить нормальное напряжение

(1.5)

Так, если в рассматриваемом случае материал детали – сталь с модулем продольной упругости МПа , то

МПа *МПа.

В последующих лабораторных работах деформации могут измеряться измерителями деформаций типа ИДЦ-1 (ε0 = 10-5), ИД-70 (), АИД-4 () либо другими их заменяющими.

  1. УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

При изгибе балки Д силой Р точка А переместится в положение А1 т.е. эти точки получат вертикальные линейные перемещения и соответственно (рис. 4).

Для измерения линейных перемещений используют стрелочные индикаторы. Схематически устройство стрелочного индикатора показано на рис. 4. Штифт 1 прижимает пружиной 2 поверхности балки (детали) Д в точке, перемещение которой в направлении штифта требуется измерить. Круглая коробка 3 индикатора с укрепленной в ней системой шестерен и циферблатом поддерживается неподвижно особым штативом. Перемещение поверхности детали вызывает перемещение штифта 1, который посредством зубчатых передач вращает стрелку 4. Одно деление циферблата соответствует 0,01 мм перемещения штифта. Перемещение штифта непосредственно в миллиметрах отсчитывают по линейной шкале 5 (от 0 до 10 мм). В некоторых моделях индикаторов отсчет целых миллиметров производят по второму циферблату с маленькой стрелкой.

рис. 4

В начале измерений стрелки индикаторов могут быть установлены на нулевую отметку путем вращения подвижной шкалы циферблата. Часто индикатор является составной частью более сложных измерительных приборов, например, торсиометров (измерителей углов закручивания), инклинометров (измерителей углов поворота сечений балки), динамометров (измерителей усилий). Ознакомление с этими приборами будет производиться при выполнении последующих лабораторных работ.

3. ПОДГОТОВКА ОТЧЕТА ПО РАБОТЕ

В отчет по работе включаются схемы изученных приборов с указанием их основных частей, назначения, цены деления, расчетных формул для определения ε и σ.

При защите лабораторной работы студент должен ответить на нижеследующие контрольные вопросы и быть готовым к использованию рассмотренных приборов в последующих лабораторных работах.

Контрольные вопросы

  1. Что такое линейная деформация? Какими приборами измеряют линейные деформации?

  2. Какие типы тензометров будут использоваться в лабораторных работах?

  3. Изобразите схему рычажного тензометра, расскажите о его устройстве.

  4. Какова цена деления рычажного тензометра? Как по показаниям тензометра определить деформацию?

  5. Назовите основные части электротензометра.

6. Что представляет собой тензорезистор? Какого его назначение? Как с его

помощью определяются деформации в исследуемой детали?

7. Назовите назначение тензометрического моста.

8. Нарисуйте принципиальную схему тензометрического моста и расскажите о

его работе.

9. Какова цена деления электротензометров? Как по показаниям электротензо-

метров определить линейную деформацию?

10.Как по показаниям тензометров в случае линейного напряженного состояния

можно определить нормальные напряжения в исследуемой детали?

11. Какими приборами определяют линейные перемещения?

12. Изобразите схематически стрелочный индикатор и расскажите о его устройстве.

13. Чему равна цена деления циферблата индикатора? Как по показаниям индикатора определить величину линейного перемещения в заданной точке тела?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

Определение модуля продольной упругости и коэффициента Пуассона

для стали

Цель работы: экспериментальное определение модуля нормальной упругости, коэффициента Пуассона и проверка закона Гука при растяжении для стали.

  1. ОБОСНОВАНИЕ И ПОСТАНОВКА ОПЫТА

В упругой стадии нагружения стального образца справедлив закон Гука .

Отсюда модуль продольной упругости

, (2.1)

в (2.1) нормальное напряжение , (2.2)

где N – продольная сила, F – площадь поперечного сечения образца,

ε – продольная деформация.

Коэффициент Пуассона (коэффициент поперечной деформации)

(2.3)

есть константа материала, показывающая, какую часть от продольной деформации составляет поперечная деформация при деформировании в упругой области. Здесь l– начальный продольный размер, а b– начальный измеряемый поперечный размер образца, ∆l и ∆b — приращения этих размеров после нагружения.

Таким образом, для определения Е и μ достаточно подвергнуть стальной образец растяжению (или сжатию) и измерить его продольную и поперечную деформации. Для проведения опыта стальной стержень прямоугольного сечения, размеры b и h которого предварительно измеряются, закрепляется в захватах испытательной машины УМ – 5 и подвергается растяжению.

рис. 5

Для проведения опыта стальной стержень прямоугольного сечения, размеры b и h которого предварительно измеряются, закрепляется в захватах испытательной машины УМ – 5 и подвергается растяжению. На образце с помощью струбцин закрепляют три рычажных тензометра, схема расположения которых приведена на рис. 5.

С целью исключения влияния возможного эксцентриситета приложения нагрузки продольную деформацию ε определяют как среднее из показаний тензометров Т1 и Т2. Поперечную деформацию определяют по показанию тензометра Т3. Для исключения влияния зазоров в захватах машины дают начальную нагрузку

4 кН (400 кГс). Устанавливают стрелки тензометров на некоторое деление в середине шкалы и принимают это деление за начало отсчета.

Затем нагрузку увеличивают равными ступенями, снимая отсчеты по тензометрам для каждой ступени нагружения образца.

Конечное значение нагрузки не должно превышать нагрузки РП , соответствующей пределу пропорциональности материала. Величины усилий Р для каждой ступени нагружения и соответствующие им показания тензометров записывают в таблицу 1.

Таблица 1

1.ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТА И ПОДГОТОВКА

ОТЧЕТА ПО РАБОТЕ

Вычисляют приращения нагрузок и приращения показаний тензометров на ступень нагружения путем вычитания предыдущего отсчета из последующего. При этом за начало отсчета (условный нуль) принимают начальную нагрузку Р = 4 кН и соответствующие ей отсчеты по шкалам тензометров. Вычисляют среднее значение из приращений показаний 1 и 2 тензометров, измерявших продольные удлинения и среднее значение приращений 3-го тензометра, измерявшего поперечное сужение. Результаты заносят в таблицу 1. С учетом цены деления и базы рычажных тензометров по формуле (1.1) или (1.2) (см. лабораторную работу №1) вычисляют продольную ε и поперечную ε1 деформации: ,

По формуле (2.3) вычисляют коэффициент Пуассона. По формуле (2.2) с учетом того, что , вычисляют σ, после чего по формуле (2.1) определяют модуль продольной упругости. Сравнивают полученные значения μ и Е с приведенными в справочной литературе. В заключение по данным опыта строят график зависимости от Р. В отчет по работе включаются схема проведения

опыта (рис. 5), таблица 1, расчеты ε, ε1,μ,σ, Е, график .

При допуске, защите лабораторной работы необходимо дать ответы на нижеприведенные контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Что характеризует собой модуль продольной упругости? Его размерность.

2. Как формулируется и записывается закон Гука при растяжении (сжатии)?

3. Что такое коэффициент Пуассона? Его размерность. Интервал значений для известных в природе материалов.

4. Что называется жесткостью при растяжении (сжатии) бруса.

5. Как рассчитывается нормальное напряжение в сечении стержня при растяжении (сжатии)? Как оно распределено по сечению?

6. Что такое продольная деформация стержня?

7. Что такое поперечная деформация?

8. Какими приборами измерялись продольная и поперечная деформации?

9. Как по показаниям тензометров определялись продольная и поперечная деформации?

10. Оценить величину нагрузки для стержня, соответствующую пределу пропорциональности.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

Определение механических характеристик материалов при

растяжении

Цель работы: экспериментальное изучение поведения пластичного материала (малоуглеродистая сталь) при растяжении и определении его основных механических характеристик: предела текучести, предела прочности, относительного удлинения и относительного сужения после разрыва.

  1. ОСТАНОВКА ОПЫТА

Опыт проводится при статическом растяжении образца на универсальной испытательной машине Р – 20. Максимальное усилие, развиваемое машиной, 200 кН (20 т).

Испытываемый образец имеет цилиндрическую форму с головками на концах для закрепления их в зажимах машин. Форма и размеры образцов регламентируются стандартом ГОСТ 1497 – 73 (см. рис. 6).

Длина образца между зажимами должна быть не менее 12 диаметров образца. На образце наносятся риски через каждый сантиметр процарапыванием или с помощью керна. Перед испытанием измеряют , расчетную длину и результаты вносят в таблицу 2.

Рис. 6

Образец закрепляется в захватах машин, и с помощью механического привода производится предварительное нагружение образца с целью ликвидации зазоров в механизме машины. Затем включают гидравлическую станцию и нагружают образец до его разрушения.

В процессе испытания ведется наблюдение за изменениями в образце (удлинением образца под нагрузкой, образованием шейки) и за вычерчиванием диаграммы растяжения специальным автоматическим устройством испытательной машины.

Диаграмма растяжения образцов из пластичных материалов изображена на рис.7.

На участке прямолинейности диаграммы О – А материал подчиняется закону Гука, т.е. деформации пропорциональны нагрузке:

Точке А диаграммы соответствует нагрузка . Отношение обозначается и считается пределом пропорциональности.

Рис. 7

Упругие свойства материала сохраняются до напряжения, называемого пределом упругости.

Под пределом упругости понимается такое напряжение, до которого материал не получает заметных остаточных деформаций.

Для большинства сталей предел упругости и предел пропорциональности обычно почти совпадают, и обе величины определяются лишь при точных научных исследованиях.

После точки А диаграммы прирост деформаций начинает превышать прирост нагрузки и в точке В происходит рост деформаций без изменения нагрузки. На диаграмме появляется горизонтальный участок В – В`, который называют площадкой текучести.

Напряжение, при котором происходит рост деформации без сколько-нибудь значительного увеличения нагрузки, считается пределом текучести и обозначается . Предел текучести является одной из самых важных механических характеристик, обязательно определяется для всех пластичных материалов и приводится во всех справочных руководствах и таблицах механических свойств материалов.

После точки В` на диаграмме нагрузка вновь начинает расти, но более медленно, чем в начале нагружения, и в точке С достигает наибольшего значения.

Отношение максимальной нагрузки, которую способен выдержать образец до разрушения, к его начальной площади поперечного сечения считается пределом прочности или временным сопротивлением и обозначается . Предел прочности принят за основную характеристику прочностных свойств металлов. После достижения наивысшей точки С диаграммы на образце начинается образование местного сужения поперечного сечения, так называемой шейки. За точкой С ординаты диаграммы начинают уменьшаться, нагрузка падает, что объясняется дальнейшим уменьшением поперечного сечения шейки. Наконец происходит разрыв образца. Этому на диаграмме соответствует точка Д.

Абсолютное остаточное удлинение образца после разрыва на диаграмме равно длине отрезка , умноженной на масштаб диаграммы, полное удлинение – равно , упругое — .

Отношение называют относительным остаточным удлинением образца после разрыва и обозначают .

Отношение , называют относительным сужением после разрыва и обозначают ψ% , где — площадь шейки после разрыва. Величины δ и ψ являются главными характеристиками пластичных свойств материалов и также приводятся в справочниках.

ПРИМЕЧАНИЕ.

Значение усилия определяют по временной остановке рабочей стрелки силоизмерительного устройства, а величину — по максимальному отклонению стрелки. Отсчеты в кГс переводят в кН и вносят в таблицу 3.

  1. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТА И ПОДГОТОВКА ОТЧЕТА

Аккуратно прижав друг к другу обе части образца по месту разрыва, измеряют с точностью 0,1 мм штангенциркулем диаметр шейки в самом узком месте .

За первоначальную расчетную длину принимают , этому отрезку на образце соответствует расстояние m деления между рисками. Для измерения расчетной длины образца после разрыва от точки разрыва откладывается в обе стороны по делений, определяется положение крайних рисок и измеряется расстояние между ними (см. рис. 8)

Рис.8

ПРИМЕЧАНИЕ.

Если расстояние от шейки до конической части образца или до места захвата меньше, чем делений, то отсчитывают в одну сторону от шейки делений, измеряют это расстояние и, умножив на два, принимают эту величину за . Значения вносят в таблицу 2.

Таблица 2

Измеряемая величина

Размер

до опыта

после опыта

Диаметр, мм

Расчетная длина, мм

Площадь сечения, мм

=

=

=

=

=

=

Рассчитывают значения . Результаты вносят в таблицу 3.

Таблица 3

Нагрузка, кН

Характеристика

прочности, МПа

Характеристика

пластичности, %

В отчет по работе включают диаграмму растяжения, эскизы образцов до и после испытания, таблицы 2, 3 и расчеты с указанием размерностей значений

σТ В, δ, ψ.

При допуске, защите лабораторной работы даются ответы на нижеприведенные контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Что называют упругостью, пластичностью, хрупкостью?

2. Дать определения предела: пропорциональности, упругости, текучести, прочности; как они вычисляются?

3. Что называют абсолютным удлинением, продольной деформацией?

Каковы их размерности?

4. Как определяется относительное остаточное удлинение и сужение поперечного сечения образца после разрыва?

5. На диаграмме растяжения показать полную деформацию образца после разрыва, а также остаточную и упругую.

6. Чем истинная диаграмма растяжения образца (из малоуглеродистой стали) отличается от условной и почему?

7. Какое явление называют наклепом или упрочнением?

8. Как определяется предел текучести, если нет ярко выраженной площадки текучести?

9. Чем отличается диаграмма растяжения пластичных материалов от диаграмм хрупких?

10. Каково соотношение между расчетной длиной и площадью поперечного сечения?

11. Какие размеры образца должны быть измерены до и после проведения эксперимента?

12. Какие параметры должны быть зарегистрированы во время эксперимента и по каким приборам?

13. Что характеризует площадь под диаграммой растяжения?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Испытание материалов на сжатие

Цель работы: экспериментальное изучение поведения материалов при сжатии, определение механических характеристик для пластичных и хрупких материалов при сжатии.

  1. ПОСТАНОВКА ОПЫТА

Опыт проводится при статическом сжатии образца на испытательной машине типа Р-20 (или испытательном прессе типа ИП-1).

Форма, размеры образцов (регламентируются ГОСТ 25.503-80) и дополнительные приспособления при испытании на сжатие выбирают таким образом, чтобы нагрузка прикладывалась строго по оси образца, а между торцом образца и опорными подушками было бы минимальное трение. Для этого применяют опорные подушки сферической формы и графитную смазку.

При испытании на сжатие для определения Т малоуглеродистой стали и В чугуна используются цилиндрические образцы, высота которых превышает размеры поперечного сечения не более, чем в два раза. При большей высоте образца сжатие сопровождается, как правило, его искривлением, искажающим результаты испытаний.

Особенностью испытания на сжатие стального образца является наличие сил трения по контакту «Образец – плита пресса». Эти силы действуют в радиальном направлении от периферии к центру и препятствуют скольжению его при контактных слоев по поверхности плит. Возникающие в поперечном сечении образца касательные напряжения распределяются по его высоте неравномерно, уменьшаясь по мере удаления от контактной поверхности, и становятся

Рис. 9

равными нулю в поперечном сечении в середине высоты образца. Вследствие этого первоначальная цилиндрическая форма образца изменяется, и он становится бочкообразным.

Диаграмма сжатия образца из пластичного материала представлена на рис.9 (кривая 1). Первоначальный участок диаграммы представляет собой прямую пропорциональную зависимость между нагрузкой и деформацией (закон Гука). При дальнейшем сжатии образец деформируется без значительного увеличения нагрузки (материал «течет»). Текучесть при сжатии выявляется не очень отчетливо.

Затем нагрузка вновь начинает возрастать, образец непрерывно сжимается. Разрушить образец не удается, так как по мере увеличения нагрузки он все более сплющивается, и опыт прекращают. По этой диаграмме можно определить величину РТ. Образец из хрупкого материала разрушается при очень малых остаточных деформациях и для него по диаграмме рис. 9 (кривая 2) можно определить только максимальное усилие Рmax .

  1. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Перед испытанием производятся необходимые измерения образцов, результаты записываются в таблицу 4. Образец устанавливается вместе с приспособлением между рабочим гидроцилиндром и верхней траверсой испытательной машины. Производится предварительное нагружение с целью ликвидации зазоров в механизме машины. Затем включают гидравлическую станцию и нагружают образец.

В процессе испытания ведется наблюдение за изменением в образце и вычеркиванием диаграммы. Для пластичного образца отмечают нагрузку РТ, соответствующую пределу текучести во время кратковременной остановки стрелки силоизмерителя.

Для хрупкого образца фиксируют максимальную нагрузку Рmax . Полученные значения заносят в таблицу 4.

  1. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ РАБОТЫ

Испытание на сжатие производится только в специальном контейнере. Окна контейнера должны быть направлены в сторону от работающих, чтобы при хрупком разрушении образца исключить травмирование его осколками.

  1. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЯ И ПОДГОТОВКА ОТЧЕТА

На снятых с машины диаграммах найти начало координат и провести координатные оси Р и ∆ l .

По диаграмме пластичного образца определить РТ. По диаграмме разрушения хрупкого образца определить Рmax . Нарисовать образцы. Подсчитать характеристики прочности Т и В.

При допуске, защите лабораторной работы даются ответы на нижеприведенные контрольные вопросы.

Таблица 4

Измеряемые и рассчитываемые

параметры

Материал

Сталь

Чугун

Размеры образ.

высота h, мм

диаметр d,мм ²

площадь сечения S0,мм

Максимальная нагрузка РМАХ, кН

Нагрузка, соответствующая пределу текучести, РТ, кН

Предел текучести Т, кПа

Предел прочности В, кПа

Контрольные вопросы

  1. Для каких целей при испытании на сжатие применяют шаровую опору?

  2. Объяснить различие в поведении пластичного и хрупкого образцов при сжатии.

  3. Чем объяснить появление бочкообразности образцов при сжатии?

  4. В чем отличие диаграммы растяжения от диаграммы сжатия одного и того же пластичного материала?

  5. В чем отличие диаграммы растяжения и сжатия одного и того же хрупкого материала?

  6. В чем отличие диаграммы сжатия пластичных и хрупких материалов?

  7. Какие механические характеристики можно определить при испытании пластичных материалов на сжатие?

  8. Для каких материалов испытание на сжатие имеет большое практическое значение?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА1 № 5

Испытание балки на изгиб

Цель работы: экспериментальное определение закона распределения нормальных напряжений по сечению балки.

  1. ПОСТАНОВКА ОПЫТА

Опыт производится при изгибе стальной двутавровой балки на испытательной машине типа Р-20. Для удобства нагружения двутавр устанавливается в специальное приспособление ГК-1*. Схема нагружения двутавра приведена на рис.10. Используется двутавр № 10.

Напряжения исследуются в сечении, отстоящем от опоры на расстоянии l/4. Для определения напряжений на равных расстояниях h/4 по высоте этого сечения наклеены 5 проволочных тензорезисторов Т1, Т2, Т3, Т4, Т5 (см. рис.10). С помощью индикатора U определяется прогиб в среднем сечении балки.

Рис. 10

Определив размеры балки, следует найти величину максимальной силы Рn, которую можно приложить к балке, чтобы напряжения в ней не превысили предела пропорциональности n, т.е. при нагружении должен выполняться закон Гука.

Принимая предел пропорциональности n = 200 МПа, можно определить значение силы Рn из условия

.

В случае приложения нагрузки посередине пролета

а величина допустимой нагрузки

При проведении опыта балку вначале нагружают силой порядка 5 кН

(500 кГс), чтобы ликвидировать зазоры в приспособлении и механизме машины.

Отсчет по шкале тензометрического моста для каждого из пяти тензорезисторов при этой нагрузке принимают за начальный отсчет (условный ноль). Затем нагружают балку, последовательно увеличивая нагрузку каждый раз на одну и ту же величину ∆Р, и каждый раз снимают показания по шкале электротензометра для всех пяти тензорезисторов и индикатора. Результаты измерений заносятся в таблицу 5.

Таблица 5

Номер ступени нагру-жения

Р,

кН

Показания приборов

Р,

кН

Приращение показаний приборов

на ступень нагружения

Т1

Т2

Т3

Т4

Т5

И

Т1

Т2

Т3

Т4

Т5

И

Средние значения

  1. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТА

Вычисляют приращения нагрузок ∆Р и приращения показаний приборов на ступень нагружения аналогично тому, как это делалось в лабораторной работе

№ 2. Вычисляют средние значения ∆Р, ∆Т1, ∆Т2, ∆Т3, ∆Т4, ∆Т5, ∆И на ступень нагружения. Так как базы тензометра расположены параллельно действующим нормальным напряжениям, то по формуле (1.5) (см. лаб. раб. № 1) с учетом цены деления тензометрического моста вычисляют экспериментальные значения напряжений во всех пяти точках по высоте сечения

= E*(∆Т)срi *, (i = 1 ÷ 5).

По полученным данным строят график изменения экспериментальных напряжений С0 высоте сечения балки на ступень нагружения.

учетом цены деления индикатора часового типа (см. лаб. раб. № 1) определяют экспериментальное значение прогиба на ступень нагружения в среднем сечении балки:

.

3. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ РАБОТЫ

С использованием формулы для тех же пяти точек балки рассчитать теоретические значения напряжений на ступень нагружения i = 1 ÷ 5) и построить эпюру изменения теоретических нормальных напряжений по высоте сечения балки.

Произвести оценку расхождения результатов теоретического расчета и эксперимента.

Определить любым известным теоретическим методом прогиб т сечения в середине балки на ступень ∆Р. Оценить расхождение с прогибом, полученным в опыте.

4. ПОДГОТОВКА ОТЧЕТА

В отчет по работе включается схема проведения опыта, необходимые для расчетов эпюры, таблица 5, вычисления , , расчеты , , оценки расхождений экспериментальных и теоретических знаний исследуемых величин, эпюры и по высоте сечения балки. При допуске, защите лабораторной работы следует знать ответы на нижеприведенные контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

  1. Какой вид нагружения называется изгибом?

  2. Что такое изгибающий момент и поперечная сила?

  3. По какой формуле определяются нормальные напряжения в поперечных сечениях балки при изгибе, и как они изменяются по высоте балки?

  4. По какой формуле вычисляются максимальные нормальные напряжения в поперечном сечении бруса при изгибе?

  5. Что такое поперечный изгиб и чистый изгиб?

  6. По каким формулам вычисляются осевые моменты инерции и моменты сопротивления сечения изгибу? Их размерность.

  7. Как оценить величину допустимой нагрузки в опыте?

  8. Как определялись в эксперименте напряжения по высоте сечения балки?

  9. Как определялись в эксперименте прогибы балки?

  10. Каким теоретическим методом и как определялись прогибы балки?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

Определение перемещений в консольной балке при изгибе

Цель работы: определение опытным путем величины прогибов и углов поворота сечений консольной балки и сравнение их с величинами, полученными путём теоретических расчётов.

1. ПОСТАНОВКА ОПЫТА

Работа производится на специальной лабораторной установке СМ-7А. Схема установки приведена на рис.11.

Рис. 11

Испытываемая стальная консольная балка имеет прямоугольное поперечное сечение размерами b = 5см и h = 0,8см. Длина балки l = 60см. На балке закреплена подвеска для грузов, которую можно перемещать вдоль продольной оси балки и тем самым изменять плечо С приложения силы Р относительно заделки балки.

К основанию установки с помощью специальных подвижных держателей крепятся индикаторы часового типа И1 и И2, позволяющие определять прогибы и в точках А и В (на задаваемых расстояниях а1 и а2) при нагружении балки. Кроме того, установка имеет инклинометр, т.е. приспособление, позволяющее измерять угол поворота θ сечений балки при изгибе. Это приспособление состоит из рычага R длиной 285мм и индикатора И3, измеряющего горизонтальное перемещение концевого сечения рычага при изгибе балки. Рычаг и индикатор могут перемещаться вдоль оси балки, что позволяет измерять углы поворота различных сечений. Способ измерения θ весьма прост. До нагружения балки рычаг расположен вертикально, стрелка индикатора устанавливается на нулевую отметку. После нагружения происходит поворот сечения, а значит соответственно и рычага на угол θ. Концевое сечение рычага получит горизонтальное перемещение , что и зафиксирует индикатор И3, как видно из рис.11 . Так как углы поворота сечений при упругих деформациях малы, то можно считать, что . Тогда (6.1)

2. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

В сечениях балки (точки А и В) на заданных расстояниях а1 и а2 (см. рис. 11) устанавливают индикаторы И1 и И2 для определения прогибов и в сечении А – инклинометр для определения угла поворота. Подводят измерительные наконечники индикаторов соответственно до соприкосновения с поверхностью балки и рычага и устанавливают индикаторы таким образом, чтобы обеспечить предварительный натяг достаточной величины (порядка 5-6мм). Затем нагружают балку небольшим грузом (вес подвески) и выставляют все стрелки индикаторов на нулевую отметку. Далее производят последовательное нагружение балки с помощью грузов, каждый раз снимая показания индикаторов. Нагрузку увеличивают равными ступенями по 5 Н (0,5кг) шесть раз.

ВНИМАНИЕ! Нагрузка при приложении груза на конце консоли не должна превышать 60 Н (6кг).

Результаты измерений заносят в таблицу 6.

Таблица 6

Номер ступени нагружения

Р,

Н

Показания приборов

Р,

Н

Приращение

показаний приборов на ступень

нагружения

И1

И2

И3

И1

И2

И3

Средние

значения

3. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТА

Вычисляют приращения нагрузок ∆Р и приращения показаний индикаторов на ступень нагружения. Вычисляют средние значения ∆Р, ∆И1, ∆И2, ∆И3. Результаты заносят в таблицу 6. С учетом цены деления индикатора (см. лаб. раб. №1) определяют экспериментальные значения прогибов , и горизонтального перемещения :

, , .

По формуле (6.1) определяют угол поворота сечения .

4. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ РАБОТЫ

Провести теоретическое определение прогибов и угла поворота сечения балки в тех же, что и в эксперименте, точках любым известным методом определения перемещений при изгибе: методом Мора, способом Верещагина, методом интегрирования дифференциального уравнения изогнутой оси стержня или методом начальных параметров. Оценить в процентах величину расхождения экспериментальных и теоретических результатов.

5.ПОДГОТОВКА ОТЧЁТА

В отчёт по работе включаются: схема проведения опыта, таблица 6, экспериментальные значения перемещений, теоретические расчёты перемещений выбранным методом, оценка расхождения теоретических и экспериментальных результатов. При допуске, защите лабораторной работы нужно уметь дать ответы на нижеприведенные контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

  1. Какой вид нагружения называется изгибом?

  2. Что называется прогибом?

  3. Что называется жесткостью балки при изгибе?

  4. Что такое момент инерции сечения? Привести формулы для моментов инерции простейших сечений.

  5. Что такое момент сопротивления? Моменты сопротивления для простейших сечений.

  6. Как теоретически определить прогиб, угол поворота в заданном сечении балки?

  7. Каким прибором определялись прогибы? Цена его деления.

  8. Что такое инклинометр? Объясните принцип измерения с его помощью.

  9. Как определяется угол поворота сечения балки по результатам измерений инклинометром?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

Определение перемещений в двухопорной балке

Цель работы: экспериментальное определение прогибов и углов поворота сечений двухопорной балки. Построение кривых прогибов и углов поворота сечений балки с использованием расчёта на ЭВМ.

  1. ПОСТАНОВКА ОПЫТА

Опыт производится на специальной лабораторной установке

СМ-11. Схема установки приведена на рис. 12

Рис. 12

Испытываемая двухопорная стальная балка является брусом прямоугольного сечения с размерами b = 4cм и h = 0,3см. Опора В подвижная, что позволяет изменять длину балки (lmax=80 см). На балке крепится подвижная подвеска для грузов Р. К основанию установки с помощью подвижного держателя крепится индикатор И1, с помощью которого измеряются прогибы ∆ балки. На опоре А закреплён инклинометр, состоящий из рычага R (длина R = 60мм) и индикатора И2. С помощью инклинометра определяется угол поворота сечения балки θ на опоре А. Способ измерения θ с помощью инклинометра описан в лабораторной работе № 6.

  1. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТА

На заданном расстоянии a (см. рис.1.2) устанавливается индикатор И1 для определения величины прогиба ∆. К опоре А крепится индикатор И2 инклинометра. Индикаторы устанавливают так, чтобы обеспечить предварительный натяг достаточной величины . На заданном расстоянии С устанавливается подвеска для грузов. После этого стрелки обоих индикаторов выставляют на нулевую отметку. Затем производят последовательное нагружение балки с помощью грузов, каждый раз снимая показания индикаторов. Нагрузку увеличивать равными ступенями по 2 H (0,2 кГс) четыре раза. Максимальное значение силы Р не более 10 Н (1 кГс). Данные наблюдений заносятся в таблицу 7.

Таблица 7

Номер ступени нагрузки

Нагрузка Р, Н

Показания индикаторов

Приращение нагрузки

Р, кН

Приращение показаний приборов

на ступень

нагружения

И1

И2

∆И1

∆И2

Средние значения

3. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТА

Вычисляют приращения нагрузок и приращения показаний индикаторов на ступень нагружения. Вычисляют ∆Рср, ∆И1ср, ∆И2ср. Определяют прогиб и . После этого по формуле (6.1) (см. лаб. раб. № 6) определяют угол поворота сечения .

4. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ РАБОТЫ

Провести полное исследование перемещений в заданной балке под действием силы, численно равной ступени нагружения ∆Р, с построением изогнутой оси балки (кривая прогибов) и кривой углов поворота её сечений.

Для чего рассчитать значения прогибов и углов поворота сечений балки по всей её длине, изменяя координату Z (см. рис.12) с шагом Д = 5см (или 10см). Расчёт можно вести любым известным методом, однако наиболее просто результат может быть получен методом начальных параметров, которым и рекомендуется воспользоваться. Универсальное уравнение изогнутой оси исследуемой балки (рис. 12) может быть записано в виде:

. (7.1)

Реакция . (7.2)

Начальные параметры, т.е. прогиб и угол поворота сечения в начале координат определяют из условий закрепления балки на опорах. Располагаем начало координат на опоре А. Тогда при z = 0 = 0, т.к. прогиб на опоре отсутствует. Равен нулю и прогиб на опоре В; воспользуемся этим для определения . Из (7.1) следует

. (7.1)

Реакция (7.2)

Начальные параметры, т. е. прогиб y0 и угол сечения θ0 в начале координат определяют из условий закрепления балки на опорах. Располагаем начало координат на опоре А. Тогда при z = 0 у0 = 0, т.к. прогиб на опоре отсутствует. Равен нулю и прогиб на опоре В; воспользуемся этим для определения θ0. Из (7.1) следует

тогда с учетом (7.2)

. (7.3)

Таким образом получаем

п

(7.4)

ри z ≤ c ;

при z > c ;

Так как θ ≡ , то уравнения для определения углов поворота получим после дифференцирования (7.4):

п

(7.5)

ри z ≤ c ;

при z > c ;

Итак, изменяя координату z с заданным шагом, по формулам (7.4) и (7.5) с учетом (7.2) и (7.3) можно рассчитать прогибы и углы поворота сечений балки во всех заданных точках.

При ручном счёте это потребует достаточно много вычислений. Поэтому необходимо самостоятельно, используя вышеприведённые формулы, составить программу расчёта на ЭВМ или воспользоваться нижеприведённой программой «Определение перемещений двухопорной балки», написанной на алгоритмическом языке «ФОРТРАН». В программе использованы идентификаторы, совпадающие в основном по написанию с соответствующими им величинами в используемых формулах. Для проведения расчётов в ЭВМ вводятся пять величин (размерности указаны в скобках): нагрузка на ступень – Р(кН), расстояние от левого конца балки до точки приложения нагрузки – С (см), длина балки – l (см), жесткость балки при изгибе EI (кНсм ²), шаг изменения продольной координаты – Д (см).

Для заданной стальной балки Е = 2 * 10МПа

, тогда EI = 180кН см ²

5. ПОДГОТОВКА ОТЧЁТА

В отчёт по работе включаются схема проведения опыта, таблица 7, результаты экспериментального определения перемещений, формулы (7.1 + 7.5) для теоретического расчёта перемещений, таблицы прогибов и углов поворота сечений, рассчитанные на ЭВМ и построенные в масштабе соответствующие им графики изогнутой оси (кривой прогибов) и кривой углов поворота. При допуске, защите лабораторной работы следует ответить на приведённые контрольные вопросы.

Контрольные вопросы.

  1. Что такое чистый и поперечный изгибы?

  2. Как определяется в опыте прогиб сечения балки?

  3. Как определяется в опыте угол поворота сечения балки?

  4. Как теоретически можно определить прогиб и угол поворота балки?

  5. Как рассчитать максимальные напряжения, возникающие в балке?

  6. Записать приближенное дифференциальное уравнение изогнутой оси балки.

  7. Как можно получить формулы для определения углов поворота и прогибов балки, зная приближенное дифференциальное уравнение её изогнутой оси?

  8. Записать универсальное уравнение изогнутой оси балки по методу начальных параметров.

  9. Объяснить условия для определения начальных параметров при различных способах закрепления балки.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

Кручение стержней круглого сечения

Цель работы: Экспериментальная проверка закона Гука при кручении и определение модуля сдвига.

1. ОБОСНОВАНИЕ И ПОСТАНОВКА ОПЫТА.

Как известно,  – угол закручивания при кручении стержней круглого и кольцевого сечений выражается формулой

(8.1)

где Мкр – крутящий момент;  – угол закручивания под действием этого момента, т.е. угол поворота одного сечения относительно другого;

l – расстояние между этими сечениями; Ip – полярный момент инерции сечения стержня. При заданных в опыте значениях l, Ip достаточно измерить в процессе испытания величину крутящего момента Мкр и соответствующего ему угла закручивания , чтобы из (8.1) найти модуль сдвига G.

Чтобы проверить справедливость закона Гука, следует нагрузку (крутящий момент) наращивать равными ступенями и, измеряя при этом углы закручивания, убедиться в том, что равным приращением момента Мкр соответствуют равные приращения угла закручивания .

Для проведения опыта стальной стержень круглого сечения диаметром Д = 25,35 мм закрепляется в захватах испытательной машины на кручение типа КМ-50 и подвергается закручиванию.

На образце закреплён торсиометр, т.е. измеритель углов закручивания стержня (рис. 13). Торсиометр состоит из двух кронштейнов 2 и 4 с установочными кольцами, закрепляющимися на образце с помощью винтов 5. На конце кронштейна 4 длиной R = 100 мм закреплён индикатор 3, штифт которого упирается в концевое сечение г — образного рычага 2.

Расстояние между установочными кольцами, являющееся базой торсиометра,

a = 150 мм. Принцип измерения угла закручивания состоит в следующем. При закручивании вала происходит поворот сечения 1 относительно сечения 2, что вызывает линейное перемещение ∆ концевого сечения кронштейна 2 относительно концевого сечения кронштейна 4, которое и фиксируется индикатором 3. Как видно из рис. 13 ; вследствие малости углов закручивания в упругой области и угол закручивания (8.2)

2. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТА.

Чтобы исключить влияние зазоров в испытательной установке, производят нагружение образца начальным крутящим моментом в 30 + 60 Нм (3 + 6 кГм).

Устанавливают на нулевую отметку стрелку индикатора, обеспечив предварительный натяг достаточной величины. Затем крутящий момент увеличивают равными ступенями ΔМ кр.. Величина ΔМкр.и количество ступеней нагружения задаются преподавателем. На каждой ступени нагружения фиксируется показание индикатора торсиометра. Результаты записываются в таблицу 8.

Таблица 8

Номер ступени нагружения

Величина момента Мкр, Нм

Приращение момента

Показания индикатора И

Приращения показаний индикатора И

3. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТА И ПОДГОТОВКА ОТЧЁТА

Вычисляют с учётом цены деления индикатора среднюю величину взаимного смещения кронштейнов торсиометра на ступень нагружения:

По формуле (8.2) определяют среднее приращение угла закручивания на ступень нагружения:

По формуле (8.1) определяют модуль сдвига:

Строят график зависимости Мкр = f.().

В отчёт включают схему торсиометра, таблицу 8, расчёты Δφср.,G, график Мкр.= f(φ).

При допуске, защите лабораторной работы следует ответить на нижеприведенные контрольные вопросы.

Контрольные вопросы.

  1. Какой вид нагружения называют кручением?

  2. По какой формуле определяют угол закручивания круглого стержня?

  3. Что такое относительный угол закручивания? Его размерность.

  4. Как рассчитать величину касательного напряжения в любой точке круглого стержня?

  5. Чему равно максимальное касательное напряжение в стерне круглгого, кольцевого профилей?

  6. Что называется жесткостью стержня при кручении? Охарактеризуйте её составляющие.

  7. Запишите формулы для полярных моментов инерции, полярных моментов сопротивления стержней круглого и кольцевого профилей.

  8. Как вычислить теоретически модуль сдвига G, зная величины Е и μ?

  9. Что такое торсиометр? Объясните принцип измерений с его помощью.

1 ГК-1 – приспособление изготовлено в ЭВМ института по чертежам студента гр. ТМ-86-1 Коновалова Д. доц. Гончарова И. Т.

Устройство для калибровки тензометров

 

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность калибровки. На концах образцового бруса 5 установлены две пары опор 1 с крайними жесткими 3 и внутренними податливыми 4 ножами.Продольная деформация бруса 5, передаваемая упорами 7 и соединительными штангами 8 измерителям 6, определяется по базе устройств. Испытуемый тензометр 9, установленный между опо

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСГМЬЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОтнРытий (21) 3909235/24-10 (22) 22.04.85 (46) 07.01.87. Бюл. N 1 (71) Научно-исследовательский и конструкторский институт испытательных машин, приборов и средств измерения масс (72) В.P. Санто и Е.В. Воскресенская (53) 531.781:531.781.2 (088.8) (56) Каталог экстензометров фирмы

«Инстрон», 1984.

Материалы симпозиума. М., НИКИМП, 1984.

„„SU„„1281942 А 1 (gg 4 G 01 L 25/00, G 01 В 5/30 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАЛИБРОВКИ ТЕНЗОМЕТРОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность калибровки. На концах образцового бруса 5 установлены две пары опор 1 с крайними жесткими 3 и внутренними податливыми 4 ножами.Продольная деформация бруса 5, передаваемая упорами 7 и соединительными штангами 8 измерителям 6, определяется по базе устройства. Испытуемый тензометр 9, установленный между опоI

1281942 рами 1 на брусе 5, воспринимает пе1 ремещение, обратно пропорциональное отношению баз устройства и тензометI

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для калибровки тензометров, применяемЫх в испытательных машинах при определении прочностных характеристик материалов.

Цель изобретения — повышение точности.

На чертеже представлено предлагаемое устройство, Устройство состоит из двойных опор 1, связанных между собой пружинным прижимом 2 для создания стабильного усилия прижима ножей 3 и 4 к об. разцовому брусу 5. Крайние наружные ножи 3 жесткие и определяют базу устройства, а внутренние. 4 — податливы и не препятствуют равномерному деформированию бруса.

Форма ножей угловая для устойчивости опор. Двойные опоры необходимы для усреднения величины деформации оМазцового бруса при возможном его изгибе.

Образцовый брус устанавливается в захватах образцовой силозадающей машины для получения его стабильной деформации в упругой зоне. На каждой иэ верхних опор устройства установлены измерители б длины, например индикаторы часового типа с ценой деления 1 мкм, а на нижних опорах установлены упоры 7 и соединительные штанги 8, передающие деформацию образцового бруса измерителям длины.

Между верхними и нижними опорами на . брус устанавливается испытуемый тенэометр 9 с базой Б2.

Устройство работает следующим образом.

Образцовый брус подвергается растяжению, и измерителями длины определяют продольную деформацию бруса по базе устройства. Деформацию брусу можно создать при помощи образцовой силозадающей машины, а в качестB%56tH Заказ 7255/38 Тир

Произв.-полигр. пр-тие, г. ра. Расстояние между крайними ножами опор выбраны от 2 до 500 измерительной базы тензометра 9. 1 ил, ве измерителя длины используется индикатор часового типа с ценой деления 1 мкм. При базе устройства в

500 мм и базе испытуемого тенэомет5 ра в 50 мм испытуемый тенэометр будет воспринимать равное относительное перемещение, которое составляет

О, 1 перемещения образцового бруса с ценой деления, равной 0,1 цены де10 ления измерителя длины устройства, т.е. 0,1 мкм.

Если взять базу устройства в

1000 мм, а базу тензометра в 2 мм, что является реальным, то отношение баз составит 500, т.е. тенэометр в этом случае будет воспринимать перемещение, равное 0,002 перемещения образцового бруса в упругой зоне напряжений, поскольку его поперечное сечение постоянно, является равномерным, и сЛедовательно, испытуемый тензометр получит перемещение, обратно пропорциональное отношению баз

25 устройства и тенэометра с соответствующим повышением точности отсчета.

Формула изобретения

Устройство для калибровки тензометра, содержащее нагружающий механизм и измерители деформации, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и упрощения устройства, в него введен образцовый

35 брус постоянного сечения, на концах которого установлены две пары опор с жесткими крайними и податливыми внутренними ножами, при этом измерители деформации установлены на одной из

40 пар опор и кинематически связаны Через штанги с другой парой опор, тензометр размещен на брусе между, парами опор, причем расстояния между крайними ножами опор выбраны в пре45 делах от 2 до 500 измерительной базы тензометра. аж 776 Подписное ужгород, ул. Проектная, 4

  

Что такое тензометр?

Тензометр — это устройство, используемое для определения реакции материала на различные деформации, называемые нагрузками. Степень растяжения материала при деформации дает важную информацию о прочности материала на растяжение и усталостной прочности. Тензометры обычно используются в обрабатывающей промышленности, чтобы гарантировать, что детали соответствуют необходимым требованиям прочности и долговечности.

Тензометрические устройства состоят из двух захватов, которые удерживают на месте часть исследуемого материала.Затем эти захваты используются для приложения силы растяжения или сжатия, называемой нагрузкой, к испытательному образцу. Инструменты тензометра могут создавать силу с помощью винта или гидроцилиндра, которые приводятся в действие механическими или электрическими средствами.

Герметичные камеры можно использовать для размещения тензометра. Эта конфигурация позволяет тестировать характеристики деформации материала при определенных температурах и давлениях. Это очень важно для испытаний металлов, используемых в самолетах и ​​подводных лодках, которые могут испытывать резкие изменения атмосферного давления.Камеры также полезны для тестирования материалов, которые будут подвергаться воздействию высоких температур.

Точные результаты тензометрических устройств зависят от качества испытательного образца. Любой дефект, возникающий в процессе резки, может исказить результаты испытаний и привести к преждевременному выходу из строя из-за деформации. Даже самая незначительная неровность поверхности может быстро увеличиваться и распространяться при деформации, что приводит к ранним трещинам и усталости металла. Это тот же процесс, который вызывает усталость и выход из строя плохо изготовленных заклепок и металлических листов на самолетах при многократном воздействии атмосферного давления.

Результаты, полученные с помощью тензометров, показывают нагрузку в зависимости от растяжения. На основе этих данных, а также площади поперечного сечения образца для испытаний может быть построена кривая напряжения-деформации. Эта кривая уникальна для каждого материала и содержит ключевые показатели. Эти меры включают предел упругости материала, предел пропорциональности, предел текучести и предел прочности.

Тенсометры позволяют инженерам определять модуль Юнга для испытуемого материала.Модуль Юнга представляет собой начальный линейный наклон кривой напряжения-деформации материала, определяемый как предел прочности при растяжении, деленный на деформацию растяжения. Прочность на растяжение определяется делением прилагаемой силы на площадь поперечного сечения испытательного образца. Деформация растяжения представляет собой величину произведенного растяжения, деленную на исходную длину испытательного образца. Материалы, подверженные действию силы в пределах модуля Юнга, начального линейного участка кривой зависимости напряжения от деформации, вернутся в исходное состояние после снятия нагрузки.

Точка, в которой линия напряжения-деформации материала начинает изгибаться, представляет предел упругости материала. Деформация, вызванная нагрузками, превышающими этот предел, приведет к необратимой деформации материала, не позволяя ему вернуться в исходное состояние при снятии нагрузки. Максимальная сила или деформация, воспринимаемая материалом, представляет его предельную прочность. Это может быть равно или не совпадать с прочностью материала на излом.

Тензиометр

— обзор | Темы ScienceDirect

5.2 Типы тензиометров

Тензиометры имеют три типа считывающих устройств: сборки ртутных манометров, вакуумметры с круговой шкалой и датчики давления. Приборы с ртутными манометрами прикреплены к трубкам различной длины с пористыми чашками у основания, которые вставляются в почву (рис. 5.6). Ртутные манометры больше не доступны в продаже. Это связано с тем, что ртуть нельзя пересылать по почте (Мэри К. Кнапп, государственный климатолог Канзаса, личное сообщение, 7 сентября 2011 г.).(Следовательно, ртутные термометры на официальной метеостанции Манхэттена, штат Канзас, были заменены термометрами с цифровым дисплеем, который постоянно меняется.) Однако, несмотря на то, что ртутные манометры вышли из моды, все еще можно создавать индивидуальные: изготовлены ртутные тензиометры. Затем их можно использовать для специальных целей, например, для измерения матричного потенциала почвы в тепличных горшках. Они обеспечивают превосходную точность (Лойд Р. Стоун, Департамент агрономии, личное сообщение, 8 июня 2013 г.).

РИСУНОК 5.6. Тензиометр с ртутным манометром.

На основе рисунка из брошюры компании Soilmoisture Equipment Corp., Санта-Барбара, Калифорния. Воспроизведено с разрешения Soilmoisture Equipment Corp.

Используемые в настоящее время тензиометры позволяют считывать показания с помощью вакуумметров с круговой шкалой или датчиков давления. Soilmoisture Equipment Corporation (Санта-Барбара, Калифорния) предоставляет тензиометры с вакуумными стрелочными индикаторами, включая «Jet Fill» (рис. 5.7) для стационарной установки и датчик «Quick Draw» (рис. 5.8), который представляет собой портативный зонд, предназначенный для использования в тяжелых полевых условиях. Вакуумные тензиометры с круговой шкалой могут быть получены для различных глубин от Soilmoisture (6-, 12-, 18-, 24-, 36-, 48- и 60-дюймовые глубины или 15, 30, 46, 61, 91, 122 и 152 см соответственно). Лабораторные тензиометры могут работать на больших глубинах. Они называются усовершенствованными тензиометрами и и могут использоваться для мониторинга свалок на глубине от 0,15 до 30 м (Hubbell and Sisson, 1998). Для работы в теплице с горшками, Soilmoisture Model 2100F с вакуумным индикатором часового типа (керамическая чашка: 0.Диаметр 6 см; 2,4 см в длину) можно использовать, потому что это миниатюрный тензиометр (Zhang and Kirkham, 1995).

РИСУНОК 5.7. Тензиометр Jet Fill от Soilmoisture Equipment Corporation.

Предоставлено Soilmoisture Equipment Corp., Санта-Барбара, Калифорния.

РИСУНОК 5.8. Тензиометр Quick Draw от Soilmoisture Equipment Corporation. На одной стороне находится пробоотборник для грунта, а на другой — тензиометр.

Предоставлено Soilmoisture Equipment Corp., Санта-Барбара, Калифорния.

Tensimeter ™ (рис. 5.9 и 5.10), продаваемый компанией Soil Measurement Systems (Тусон, Аризона), представляет собой быстрый, простой и портативный метод считывания тензиометров с чувствительностью 1 мбар с использованием датчика давления. Этот метод был первоначально описан Marthaler et al. (1983), а схема тензиометра показана на рисунке 5.11. Можно использовать любой обычный тензиометр. Трубка закрывается пробкой с перегородкой, которая образует герметичное уплотнение во время и после введения иглы шприца через пробку.Давление воздуха в верхнем конце трубки измеряется путем введения иглы шприца, прикрепленной к датчику давления, через перегородку (рис. 5.12). Направляющая трубка удерживает систему преобразователя в вертикальном положении при размещении на тензиометре и центрирует иглу в перегородке. Внутренний диаметр направляющей трубки соответствует внешнему диаметру пробки и трубки из оргстекла. Преобразователь состоит из стального корпуса со стальной мембраной преобразователя, разделяющей корпус на верхнюю и нижнюю камеры.Верхняя камера находится под атмосферным давлением. Через иглу шприца давление воздуха в нижней камере уравновешивается давлением внутри трубки, вызывая небольшое отклонение стальной мембраны. Это отклонение изменяет сопротивление кремниевых полупроводников, встроенных в мембрану. Экранированный четырехжильный провод соединяет кремниевый элемент с измерителем удельного сопротивления. Счетчик откалиброван для считывания непосредственно в миллибарах (мб) (которые можно преобразовать в сантибары, куб.см) или сантиметрах водяного столба.В отличие от вакуумметров, показания Tensimeter ™ дают единичные показания с точностью до ближайшей единицы (например, значение в сантибарах) (Лойд Р. Стоун, личное сообщение, 8 июня 2013 г.). (Чтобы сохранить растения в условиях обильного полива, Loyd Stone поливает, когда тензиометр на глубине 50 см показывает 50 куб. См.)

РИСУНОК 5.9. Фотография Tensimeter ™ систем измерения почвы. Игла, которая протыкает пробку перегородки, схематически показанная на рис. 5.11, находится внутри пластикового цилиндра справа.Игла также схематически изображена на рис. 5.12.

Предоставлено компанией Soil Measurement Systems, Тусон, Аризона. (Цветную версию этого рисунка можно найти в онлайн-версии этой книги.)

РИСУНОК 5.10. Фотография Tensimeter ™ в полевых условиях.

Предоставлено компанией Soil Measurements Systems, Тусон, Аризона. (Цветную версию этого рисунка можно найти в онлайн-версии этой книги.)

РИСУНОК 5.11. Схема тензиометра с пробкой для перегородки.Игла Tensimeter ™, показанная на рисунке 5.9, прокалывает пробку перегородки.

Из Marthaler et al. (1983). Американское общество почвоведов: Мэдисон, Висконсин. Перепечатано с разрешения Американского общества почвоведов.

РИСУНОК 5.12. Схема датчика давления с прикрепленной иглой шприца. Игла показана на фотографии Tensimeter ™ на Рисунке 5.9.

Из Marthaler et al. (1983). Американское общество почвоведов: Мэдисон, Висконсин. Перепечатано с разрешения Американского общества почвоведов.

При использовании в полевых условиях тензиометры вставляются в почву для постоянного использования в течение сезона. Чтобы работать с Tensimeter ™, просто поместите датчик над тензиометром. Игольчатый зонд проникает в пробку перегородки тензиометра. Напряжение внутри тензиометра измеряется и отображается в цифровом виде (в мбар или см). Можно получить до 45 показаний на перегородку (45 вводов иглы) до того, как потребуется замена резиновой перегородки (Лойд Р. Стоун, личное сообщение, 8 июня 2013 г.).Можно снять около 75 отсчетов (считайте 75 тензиометров) в час; на одно чтение требуется около 15 с. Показания можно записывать вручную, потому что это дешевый и точный метод. При исследовании подземного капельного орошения кукурузы ( Zea mays L.) в западной части Канзаса десятки тензиометров были установлены в течение нескольких сезонов (Дарусман и др., 1997a, b; Lamm et al., 1997), и Скорость снятия показаний была важна при измерении многочисленных тензиометров.

При использовании Tensimeter ™ необходимо различать показания на считывающем устройстве и потенциал в рассматриваемой точке в почве (где проводится измерение).Это два разных значения. Предположим, у нас есть тензиометр длиной 160 см. Чтобы откалибровать такой тензиометр (длина 160 см), Лойд Стоун помещает керамическую чашку в емкость с водой так, чтобы керамика была просто покрыта (Лойд Р. Стоун, личное сообщение, 9 июля 2013 г.). Он ставит тензиометр в полностью вертикальное положение и позволяет керамической чашке намочить пару дней. Затем он считывает показания тензиметра ™. Напряжения нет, поэтому показание должно быть -160 см, потому что это длина висячего столба воды под напряжением.Затем он помещает в поле тензиометр длиной 160 см. Если он получает значение -180 см, он знает, что существует матричный потенциал -20 см. Он должен вычесть длину висячего столба воды (-160 см), чтобы получить это значение. Таким образом, матричный потенциал в рассматриваемой точке почвы равен -20 см. Если он получает значение -140 см, он знает, что у него есть потенциал погружения (давления) 20 см (положительное значение) в рассматриваемой точке в почве. Матричный потенциал всегда отрицательный. Он калибрует каждый тензиометр разной длины, поэтому он знает, какую длину вычесть из своих показаний.Marthaler et al. (1983) также объясняют эту процедуру с помощью Tensimeter ™. Длину стержня тензиометра необходимо вычесть из показаний Tensimeter ™, чтобы получить матричный потенциал (или потенциал давления, если он есть). Однако в случае вакуумметров длину стержня не нужно вычитать, потому что, когда их настраивают, они настраивают манометр на ноль. Однако, если не настроить вакуумметр на ноль, его показания будут отражать длину тензиометра. Тогда можно было бы прочитать потенциал погружения с помощью вакуумметра, потому что стрелка упадет и покажет более низкое значение, указывающее на потенциал давления (Loyd R.Stone, личное сообщение, 9 июля 2013 г.). Если игла поднимается, значит, у человека есть матричный потенциал. Показания ртутного тензиометра также включают длину тензиометра. Чтобы обнулить значение ртутного тензиометра, см. Раздел 5.4 в этой главе. Чтобы узнать направление движения воды между двумя тензиометрами, необходимо также учитывать потенциальную энергию гравитации и добавить ее к матричному потенциалу, что мы сделали в главе 4.

Используете ли вы тензиометры с датчиками или вакуумметры, зависит от стоимости ( Лойд Р.Stone, личное сообщение, 8 июня 2013 г.). Например, если нужно всего несколько измерений, а датчик стоит 2000 долларов, а вакуумметр стоит 90 долларов, то покупка нескольких вакуумметров будет правильной процедурой. Однако, если кто-то хочет измерить поле множеством тензиометров, то разумным с финансовой точки зрения подходом будет покупка преобразователя.

Датчики электрического сопротивления доступны для оценки напряженности влажности почвы (Международное агентство по атомной энергии, 2008 г., стр. 123). Они состоят из пористого тела (блока), в который заделана пара электродов.Либо сам датчик изготовлен из CaSO 4 (известный как гипс или гидратированный гипс), либо в корпус датчика встроена гранула из CaSO 4 . Датчик можно закопать в почву на любой желаемой глубине. Пористый датчик показывает характеристическую кривую влажности почвы так же, как и почвенный датчик (описание характеристической кривой влажности почвы см. В главе 6). Следовательно, по мере смачивания и высыхания окружающей почвы датчик также смачивается и сохнет. Двухжильный провод от датчика подключается к измерителю, который используется для считывания сопротивления датчика.Сульфат кальция — это слаборастворимая соль, которая растворяется в воде в пористом датчике и делает воду проводящей. Чем больше воды в датчике, тем более проводящей является среда между электродами. То есть сопротивление уменьшается по мере увеличения содержания воды (Международное агентство по атомной энергии, 2008). Датчики электрического сопротивления широко используются для измерения напряжения влажности почвы. Однако для точных измерений в экспериментальной работе следует использовать тензиометры, а не датчики электрического сопротивления.Tensimeter ™ дает точные и уникальные показания в отличие от датчиков электрического сопротивления (Лойд Р. Стоун, личное сообщение, 8 июня 2013 г.).

Компьютеризированный горизонтальный электронный тензометр — Производитель, поставщик и экспортер

Компьютеризированный горизонтальный электронный тензометр

Код товара: 05

Фирменное наименование: КАЛПАК ИНСТРУМЕНТЫ И УПРАВЛЕНИЕ

Цена и количество

  • Минимальное количество заказа
  • 1 Шт.
  • Цена
  • 250000 INR

Технические характеристики

  • Напряжение
  • 220-440 Вольт (v)
  • Использование
  • Для целей тестирования
  • Тип продукта
  • Компьютеризированный горизонтальный электронный тензометр
  • Материал
  • Металл

Мы предоставляем нашим уважаемым клиентам компьютеризированный горизонтальный электронный тензометр .Тензометр используется для измерения прочности на разрыв и растяжения молодого материала. Это помогает в контроле качества и устранении неполадок. Это основная часть для измерения управления мощностью и паром в различных типах промышленных предприятий. Мы предлагаем машину в соответствии с потребностями клиентов в различных мощностях. При создании этого продукта мы используем опытную команду инженеров и новейшее оборудование. Компьютеризированный горизонтальный электронный тензометр доступен по очень разумной цене.

Основные характеристики:

  • Прочная и долговечная конструкция
  • Стабильная и точная работа
  • Электронный простой в эксплуатации

Компьютеризированный горизонтальный электронный тензометр

Электронный тензометр Kalpak 20 кН)

Компьютеризированные горизонтальные электронные тензометры Kalpak — это система с компьютеризированным управлением машиной, сбором данных и возможностью анализа.

Эти машины идеальны для контроля качества, исследований и разработок, а также для поиска неисправностей в процессе. Машина может выполнять широкий спектр испытаний в соответствии с последними стандартами ASTM / BS / ISO / DIN, что делает их идеальными для лабораторий испытаний материалов сертифицированных ISO компаний.

Типичные области применения:

  • Металлы
  • Резина и эластомеры
  • Пластик
  • Ткани
  • Провода и кабели
  • Шнуры и текстиль
  • Клеи
  • Фанера
  • Композиты
  • Керамика
  • Инженерные компоненты

    Поддерживаемые механические испытания

    • Растяжение
    • Изгиб
    • Разрыв
    • Сдвиг
    • Трение
    • Изгиб
    • Вставка
    • Адгезия
    • Извлечение
    • Отслаивание
    • Прокол.
    • Сжатие

    Характеристики

    Шариковый винт

    Привод

    12

    Функции безопасности

    Параметр / модель

    KIC-H-20KN-C с контроллером производительности на базе ПК

    До 20 кН макс. (2 тонны)

    Варианты тензодатчиков

    200Н, 2 кН, 5 кН, 10 кН, 20 кН

    Нагрузка

    По нулевому люфту

    Серводвигатель переменного тока с сервоприводом переменного тока

    Точность нагрузки

    +/- 0.5% от показаний от 2 до 100% емкости тензодатчика

    Нагрузочная рама

    Настольное крепление с порошковым покрытием

    Механизм управления

    Через ПК

    Кнопка аварийного останова, верхний и нижний концевые выключатели с защитой от перегрузки и электронной защитой от перегрузки для тензодатчика.

    Программное обеспечение

    Kalpak UTM-TEST-C Удобное для пользователя программное обеспечение на базе Windows для управления машинами, сбора данных и анализа.

    Дисплей

    Монитор ПК

    Дополнительные аксессуары

    Дополнительные датчики нагрузки

    Зажимной клиновой зажим для проводов, полос

    , стержней и т. Д.

    Эксцентриковая роликовая рукоятка

    Стандартная рукоятка с гантелями

    Вращающаяся рукоятка для резинового уплотнительного кольца

    KIC-H-20KN-C с контроллером на базе ПК

    Механическая рама

    20 кН макс.

    Датчики нагрузки

    By

    Варианты тензодатчиков

    200 Н, 2 кН, 5 кН, 10 кН, 20 кН.

    Измерительные единицы

    Ньютон и кг

    Разрешение нагрузки

    0,01%

    3

    0,01%

    0,5% от показания

    Разрешение по длине

    0.01 мм

    Скорость испытания

    от 0,1 до 500 мм / мин

    Разрешение скорости

    Мин. До 0,1 мм 7

    Компьютеризированный контроллер на базе специального программного обеспечения, совместимый с USB 2.0,

    Данные предварительного тестирования

    Пользователь может запрограммировать следующие данные с помощью программного обеспечения:

    1.Дата 2. Имя пользователя 3. Испытуемый материал 4. Номер партии 5. Размеры образца 6. Справка по испытаниям. 7. скорость.

    Доступны тестовые выходы

    Пиковая нагрузка, пиковое удлинение, тормозная нагрузка, относительное удлинение, удлинение тормоза, Следующие параметры рассчитываются с помощью программного обеспечения: напряжение, результаты принятия / отклонения, максимальная прочность на разрыв, предел прочности на разрыв , Доказательство напряжения, деформации, модуля Юнга

    Графики и диаграммы

    Опции

    1.Длина нагрузки V / S, 2. Смещение нагрузки V / S, 3. Удлинение нагрузки V / S. 4. Напряжение V / S, 5. Сравнительное исследование с использованием Multi Graphs. Гистограммы

    PC

    Essential, рекомендуемая конфигурация:

    Intel ATOM 1,6 ГГц, с 52X CD-R / RW, ЖК-монитор, 256 МБ ОЗУ, жесткий диск 40 ГБ, мышь, клавиатура, 1 ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ COM-порт, 2 порта USB, 1 порт принтера, с предустановленной WINDOWS XP.

    Функции программного обеспечения

    UTM-TEST-C для управления машиной, сбора данных и анализа.

    Характеристики:

    • Автономный графический дисплей
    • Автоматическое масштабирование графика
    • База данных результатов испытаний
    • Печать отчетов об испытаниях для проверенных образцов
    • Возможность хранить данные испытаний в файлах
    • Статистический анализ данных испытаний
    • Самостоятельное распознавание и калибровка тензодатчика.
    • Пользователь может разрабатывать и добавлять новые тесты.

    Источник питания

    220 AC, 50 Гц, 1500 ВА

    Размеры

    1250 (L) X400 (D) X300

    Вес

    80 кг

    Торговая информация

    • Условия оплаты
    • Денежный аванс (CID), Денежный аванс (CA)
    • Возможность поставки
    • 10 шт. В месяц
    • Срок поставки
    • 3-4 недели
    • Детали упаковки
    • Деревянный ящик
    • Основные экспортные рынки
    • Азия, Австралия, Центральная Америка, Северная Америка, Южная Америка, Восточная Европа, Западная Европа, Ближний Восток, Африка
    • Основной внутренний рынок
    • Вся Индия

    Машина для испытаний на растяжение | Тестирование материалов

    Небольшая машина, которая устанавливается на столе и позволяет проводить простые испытания металлических образцов на растяжение при максимальной нагрузке 20 кН.Эта машина является хорошим партнером для машины для испытаний на кручение TecQuipment (SM1001). Машина имеет станину из экструдированного алюминия, которая удерживает механизмы приложения нагрузки и измерения нагрузки. «Стяжки» добавляют конструкции жесткости.

    Механизм приложения нагрузки включает червячный редуктор с ручным приводом, ведущий винт с ходом примерно 400 мм. В механизме используются шариковые упоры и самоустанавливающиеся шариковые упоры в направлении нагрузки. Эти подшипники с низким коэффициентом трения и большим маховиком позволяют пользователю прикладывать максимальную нагрузку с минимальными усилиями.Они также обеспечивают плавную и прогрессивную работу, необходимую для того, чтобы помочь пользователю применять постоянную скорость деформации для достижения наилучших результатов.

    Устройство также имеет маховик меньшего размера «быстрого продвижения», который позволяет пользователю просто и быстро устанавливать расстояние между зажимными патронами перед каждым испытанием.

    Механизм измерения нагрузки представляет собой тензодатчик, который подключается к цифровому дисплею с микропроцессорным управлением. Блок отображения нагрузки имеет функцию «удержания пика» для регистрации максимальной нагрузки до разрушения образца.Скользящий цифровой дисплей измеряет смещение (удлинение) при растяжении на протяжении всего движения. Доступен дополнительный прецизионный экстензометр (SM1002A) для повышения точности измерения деформации, позволяющий измерять модуль Юнга материала. Дисплеи нагрузки, расширения и экстензометра могут подключаться к дополнительному VDAS® TecQuipment.

    Образцы на растяжение устанавливаются между механизмом приложения нагрузки и датчиком нагрузки в цанговых патронах через цанговые патрубки. Это обеспечивает чисто осевую нагрузку.
    Оборудование включает цанговые патроны, подходящие как для длинных, так и для коротких образцов TecQuipment с диаметром 20 мм2. TecQuipment поставляет с машиной стартовый набор образцов на растяжение, изготовленных из двух различных сплавов углеродистой стали (каждый в своем состоянии «в вытянутом» и отожженном состоянии), латуни и алюминия.

    TecQuipment также может предоставить дополнительные образцы (для получения подробной информации свяжитесь с нашим отделом продаж). Руководство пользователя включает чертежи, позволяющие пользователю при необходимости изготавливать свои собственные образцы.

    Для быстрых и надежных испытаний дополнительный модуль VDAS® от TecQuipment обеспечивает точный сбор, мониторинг и отображение данных в реальном времени, расчет и отображение всех важных показаний на компьютере.

    Цифровой тензометр

    , для промышленного использования, Тип упаковки: Коробка, 145000 рупий / штука

    Цифровой тензометр, для промышленного применения, Тип упаковки: Коробка, 145000 рупий / штука | ID: 15258933662

    Спецификация продукта

    2 220-24017 902 902 902 902 902 902 902 902 902
    Тип упаковки Коробка
    Применение Промышленное
    Частота 50 Гц
    Напряжение
    Функция Простота использования

    Заинтересовал этот товар? Получите последнюю цену у продавца

    Связаться с продавцом

    Изображение продукта


    О компании

    Год основания 2010

    Юридический статус Фирмы Физическое лицо — Собственник

    Характер бизнеса Производитель

    Количество сотрудников от 11 до 25 человек

    Годовой оборот50 лакх — 1 крор

    Участник IndiaMART с октября 2011 г.

    GST33CFJPK7136R1ZT

    Основанная в году 2011 в Ченнаи, Тамил Наду , мы “SS Instruments And Equipments” — это Индивидуальное предприятие (индивидуальное), основанное на , участвующее в качестве производителя универсальной испытательной машины , испытания пружин Машина, машина для испытания на твердость, машина для испытания на растяжение, тензометр и многое другое.Эти продукты точно производятся нашими квалифицированными профессионалами в требуемый промежуток времени. Наши специалисты также оказывают услуги по ремонту лифтов , услуги по установке лифтов и услуги по техническому обслуживанию лифтов.

    Видео компании

    Вернуться к началу 1

    Есть потребность?
    Получите лучшую цену

    1

    Есть потребность?
    Получите лучшую цену

    Тензиометры силы

    | Тензиометры Sigma

    Тензиометры силы Sigma — это прецизионные инструменты с беспрецедентной простотой использования.Все они оснащены высокоточными весами и механикой, интуитивно понятным программным обеспечением и открытым дизайном, обеспечивающим легкий доступ к различным частям инструмента. Какими бы ни были ваши исследовательские цели, для ваших нужд найдется инструмент Sigma.

    Современные тензиометры силы, обеспечивающие высокоточные измерения поверхностного и межфазного натяжения, динамических углов контакта, свободной поверхностной энергии.

    Автономные тензиометры силы, обеспечивающие высокое разрешение и точность для измерения поверхностного и межфазного натяжения, а также неавтоматические системы измерения давления.

    Простой автономный и надежный цифровой тензиометр силы для точного измерения поверхностного и межфазного натяжения жидкостей с помощью кольца Дюнуи или пластины Вильгельми.

    Силовая тензиометрия стала методом выбора для многих промышленных стандартов, связанных с характеристиками жидкостей. Это также наиболее широко используемый метод измерения критической концентрации мицелл поверхностно-активных веществ. Кроме того, это единственный метод определения абсорбции и краевого угла уплотненного порошка или волоконных слоев с использованием метода Уошберна.

    Тензиометры

    Sigma Force широко используются в исследованиях, контроле качества и технологическом контроле для определения:

    • Поверхностное натяжение
    • Межфазное натяжение
    • Критическая концентрация мицелл
    • Смачиваемость порошка
    • Динамический угол контакта
    • Смачиваемость для осадка
    • Поверхностная свободная энергия
    • Поглощение
    • Чистота
    • Неоднородность поверхности
    • Плотность

    Измерение поверхностного и межфазного натяжения, выполняемое тензиометром силы Sigma, основано на измерениях силы взаимодействия зонда с поверхностью раздела двух жидкостей.Вы можете выполнять измерения межфазного натяжения так же, как измерения поверхностного натяжения, убедившись, что основная часть зонда погружена в легкую фазу до начала эксперимента.

    В этих экспериментах зонд подвешивают на весах и приводят в контакт с испытуемой границей раздела жидкостей. Силы, испытываемые весами при взаимодействии зонда с поверхностью жидкости, можно использовать для расчета поверхностного натяжения. Силы, присутствующие в этой ситуации, зависят от следующих факторов: размера и формы зонда, краевого угла взаимодействия жидкость / твердое тело и поверхностного натяжения жидкости.Размер и форму зонда легко контролировать. Угол смачивания контролируется равным нулю (полное смачивание). Это достигается за счет использования зондов с высокоэнергетическими поверхностями. Доступные датчики изготовлены из сплава платины и иридия, который обеспечивает полное смачивание и легкую и надежную очистку.

    Математическая интерпретация измерений силы зависит от формы используемого зонда. Обычно используются два типа зондов: кольцо Дю Нюи и пластина Вильгельми. Металлический стержень также можно использовать для ограничения объема жидкой пробы.

    Здесь вы можете найти информацию о следующих стандартах:

    • ISO 1409: 2006
    • ASTM D1331-11
    • ASTM D971-12
    • ОЭСР 115
    • EN 14210
    • EN 14370

    Блог о научном оборудовании | Тензиометр

    Если вы читаете этот пост, у вас, вероятно, уже есть понимание нескольких основных концепций. Для тех, кто пропустил это здесь, они для ознакомления.

    Основные понятия

    • Дин на сантиметр — это единица силы
    • Дин определяется как сила, необходимая для ускорения массы в один грамм со скоростью один сантиметр в секунду в квадрате.
    • Дин на сантиметр — это единица измерения, традиционно используемая для измерения поверхностного и межфазного натяжения.
    • Поверхностное натяжение — это измерение жидкости, а межфазное натяжение — измерение между жидкостями.
    • Поверхностное натяжение и межфазное натяжение измеряются с помощью прибора, называемого тензиометром.

    Думаю, стоит упомянуть, почему мы решили написать именно этот пост о тензиометрах и их ограничениях при измерении поверхностного и межфазного натяжения. Простое объяснение состоит в том, что люди продолжали задавать нам этот вопрос! Фактически, однажды мы попросили кого-то порекомендовать тензиометр, который мог бы измерять до и более 500 дин на сантиметр! …и мы просто сказали «почему?» и почесали в затылке.

    Думаю, можно сказать, что мы наконец получили достаточно запросов по этому поводу, чтобы заставить нас действовать и написать об этом.

    Конструкция считывающего устройства тензиометра

    Если вы когда-нибудь смотрели на ручной тензиометр, подобный этому, вы заметите, что циферблат идет только на 90 (90 дин на сантиметр).

    Сравните это с некоторыми автоматическими тензиометрами, в которых используются чувствительные электронные весы и программное обеспечение, и вы заметите, что по большей части (различные модели) они имеют диапазон примерно до 100 (100 дин на сантиметр).См. Красные стрелки ниже;

    Почему бы не сделать их с большим диапазоном?

    До этого момента вы видели несколько примеров возможностей диапазона для ручного и автоматического тензиометра. Дело в том, что циферблат ручного тензиометра можно было бы повторно протравить, чтобы включить дополнительные числа, намного превышающие 90. А автоматические тензиометры, использующие электронные весы, можно было бы настроить, а программное обеспечение переписать так, чтобы оно было выше. как 1000!

    Так почему же инженеры, которые делают эти тензиометры, не сделали диапазон на своих тензиометрах как можно большим? Разве это не сделало бы тензиометр более привлекательным? Чем больше диапазон, тем больше образцов можно измерить, верно?

    Ну может быть…но не на этой планете или в этой вселенной.

    Жидкости и жидкие металлы?

    Видите ли, ответ на самом деле не в тензиометре. В целом, за исключением жидких металлов, нет известных жидкостей, которые будут показывать поверхностное или межфазное натяжение выше 90/100 дин на сантиметр. Например, поверхностное натяжение Меркурия обычно составляет около 480 дин на сантиметр, но оно не смачивается ни до плиты Вильгельми, ни до кольца Дю Нуи и не может быть измерено традиционным тензиометром.Другие жидкие металлы нуждаются в высоких температурах и особых атмосферных условиях, а также не подходят для традиционных тензиометров. За исключением жидких металлов, только что упомянутые растворы, включающие ионы металлов, но исключая поверхностно-активные вещества (например, растворы для нанесения покрытий), показывают сравнительно высокие значения поверхностного натяжения, максимум от 80 до 90 дин на сантиметр. Одной из жидкостей с самым высоким поверхностным натяжением, за исключением ртути, является хлорид натрия 6,0 моль / 20 ° C при 82,55 дин на сантиметр (мН / м).

    Таким образом, мы можем сделать вывод, что все жидкости, с которыми мы столкнемся при измерении поверхностного или межфазного натяжения традиционным тензиометром, будут находиться в диапазоне, не превышающем 100 дин на сантиметр.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.