Виды тензометров: что это? Виды и назначение тензометра, классификация. Сферы применения тензометрических датчиков

Содержание

Применение тензометров в анализе напряжений.

 

Экспериментальный анализ напряжений основан на принципе измерения деформации. Первоначально, для измерения деформации использовались громоздкие механические устройства, которые демонстрировали деформацию, используя передаточное отношение рычажного механизма, равное одной тысяче или больше. Эти был единственный тип устройств доступных для выполнения измерений, необходимых для анализа напряжений.

Система измерения

Обычно деформация, определяемая измерителями деформации (тензометрами), очень мала. Связанные с ней изменения электрического сопротивления также минимальны, и невозможно проводить их непосредственные измерения.

В систему измерения, должен быть включен тензометр, это позволяет точно измерять не деформацию, а изменение сопротивления тензометра.

Помимо тензометра, преобразующего механическую деформацию в изменение электрического сопротивления, в систему измерения включается измерительная схема в виде моста Уитстона, с одной стороны которого подключен тензометр.

Как измерительная схема, так и тензометр являются пассивными компонентами. Когда сопротивление тензометра изменяется в связи с деформацией, схема моста теряет симметричность и баланс. В результате возникает выходное напряжение, пропорциональное дисбалансу моста.

В состав системы измерения в качестве третьего компонента входит усилитель, увеличивающий выходное напряжение моста до уровня, пригодного для работы индикаторов.

В ряде случаев усилитель предназначен для выдачи выходного тока, пропорционального выходному напряжению моста, но некоторые модели могут выводить либо ток, либо напряжение. Четвертым компонентом системы измерения является индикатор. В нем выходной сигнал, поступающий с усилителя, преобразуется в форму, которая может быть воспринята пользователем.

Перечисленные элементы являются основными компонентами. Система измерения может быть расширена за счет использования дополнительного оборудования, такого, как сканеры, фильтры, фиксаторы пиковых значений, предельные выключатели, регистраторы переходных процессов и т. п.

Все эти устройства вы сможете найти в нашем каталоге.

Типы тензометров

Металлические тензометры

Открытое Уитстоном изменение сопротивления электрического проводника под воздействием механической деформации стало объектом исследований в 1930-е годы.

Определенные шаги в этом направлении были достигнуты экспериментальным путем, и наконец, Артур Руге использовал очень тонкую проволоку с большим сопротивлением, уложив ее извилинами на тонкой папиросной бумаге и прикрепив к концам проволоки более толстые контакты. Для исследования характеристик этого прототипа устройства он приклеил его к изгибающейся балке и провел сравнение измерения при помощи традиционных устройств измерения деформации.

Он обнаружил хорошую корреляцию, линейно связывающую напряжение и величины деформации по всему диапазону измерений. Корреляция имела место, как для положительной, так и для отрицательной деформации, т.е. для сжатия и растяжения, включая хорошую устойчивость в нулевой точке. Так был изобретен «тензометрический датчик на основе электрического сопротивления связанной сети» (рисунок 1).

 

Полупроводниковые тензометры

Кроме металлических датчиков деформации существуют и другие тензометры, использующие электрическое сопротивление. Принцип измерения полупроводниковых тензометров основан на пьезорезистивном эффекте полупроводников, открытом К.С. Смитом в 1954 году (рисунок 2).

Поначалу, в таких датчиках использовался германий, затем — кремний. По конструкции, полупроводниковые тензометры напоминают металлические тензометры.

Измеряющий элемент в них включает в себя полоску шириной в несколько десятых долей миллиметра и толщиной в несколько сотых долей миллиметра, закрепленную на изолированной подложке из фольги, и имеющую соединительные выводы.

Для подавления эффектов диодах используется тонкая золотая проволока, соединяющая полупроводниковый элемент и выводы. Полупроводниковые тензометры используются для измерения очень малых деформаций. Сигнал высокой мощности, получаемый датчиками этого типа, дает определенные преимущества при наличии полей сильных помех.

Рисунок 2. Схематическое представление полупроводникового тензометра

Тонкопленочные тензометры

Эти датчики изготавливаются с использованием технологии осаждения из паровой фазы. В данном случае измеряющий элемент непосредственно наносится в вакууме на точку измерения за счет испарения составных частей сплава. Применение таких тензометрических датчиков производством измерительных преобразователей.

 

Рисунок 3. Тонкопленочный тензометр на пружинном стержне преобразователя

Емкостные тензометры

Емкостные измерители деформации (рисунок 4) рассматриваются в качестве альтернативы традиционным тензометрам при использовании в условиях высокой температуры, выходящей за пределы, допустимые для металлических тензометров. В настоящее время известны три разновидности устройств такого типа:

  • Британская разработка, выполненная Центральными научно исследовательскими энергетическими лабораториями (C. E.R.L.) совместно с компанией Planer. В этом датчике используется плоский конденсатор, в котором расстояние между пластинами изменяется в зависимости от измеряемой деформации.
  • Американская разработка, выполненная компанией Boeing Aircraft, в которой используется дифференциальный конденсатор.
  • Разработка компании Interatom из Германии. В этом тензометре также используется плоский конденсатор. На исследуемом объекте при помощи точечной сварки фиксируются емкостные преобразователи. Этот датчик деформации обеспечивает получение хороших результатов при температуре, превышающей 500°C. Данный датчик рассчитан на работу при температуре в диапазоне до 800°C.

Рисунок 4. Схема емкостного тензометра

Пьезоэлектрические тензометры

Пьезоэлектрические тензометры относятся к активным устройствам. В качестве материала, воспринимающего деформацию, используется титанат бария.

По сравнению с пьезоэлектрическими преобразователями, в которых в качестве чувствительного к деформации материала используется кварц, тензометры создают электрический заряд на поверхности чувствительного материала, пропорциональный величине деформации, который может быть измерен с помощью электрометрического усилителя.

Фотоупругие тензометры

Полоска, изготовленная из активного материала, подвергшемуся оптическому давлению, демонстрирует изохроматическое поле в результате «замороженного», постоянно увеличивающегося напряжения. В результате деформации происходит изохромное смещение.

Степень смещения, которую можно определить по шкале, служит в качестве меры деформации. Такой тип тензометрических датчиков был разработан в США. Они не имеют каких-либо преимуществ, и в настоящее время уже не доступны для приобретения.

Механические тензометры

Хотя такие устройства встречаются не часто, они имеют давнюю традицию. Обычно они применяются только к крупным объектам в период строительства. Эффект деформации проявляется в виде следа, процарапанного на металлической пластине или на стеклянном цилиндре. Это след может быть изучен только в конце проведения испытаний, и виден лишь с использованием микроскопа. Недостатком таких тензометров является некоторое смещение следа, вызванное высокими температурами.

Рисунок 5. Механический экстензометр

О компании HBM

Компания HBM предлагает продукты и услуги для проведения разнообразных измерений во многих отраслях. К продукции, предлагаемой HBM, относятся датчики, преобразователи, тензометры, усилители и системы сбора данных, а также программное обеспечение для исследований надежности строительных конструкций, их испытаний и анализа. Если вы хотите купить тензодатчики, обратитесь к нашим специалистам.

ГОСТ 16483.26-73 Древесина. Метод определения модуля упругости при растяжении вдоль волокон / 16483 26 73

Поддержать проект
Скачать базу одним архивом
Скачать обновления

ГОСТ 16483.26-73

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

ДРЕВЕСИНА

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ
ПРИ РАСТЯЖЕНИИ ВДОЛЬ ВОЛОКОН

ИПК ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ

Москва

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

ДРЕВЕСИНА

Метод определения модуля упругости
при растяжении вдоль волокон

Wood. Determination method of modulus of
elasticity in tension along fibres

ГОСТ
16483.26-73

Дата введения 01.01.75

Настоящий стандарт распространяется на древесину и устанавливает метод определения модуля упругости при растяжении вдоль волокон.

1.1. Машина испытательная по ГОСТ 28840-90 с погрешностью измерения нагрузки не более 1 %.

1.2. Тензометры механические рычажно-стрелочные с базой 20 мм, передаточным числом около 1000 и с погрешностью измерения деформации не более 0,001 мм. Допускается применять другие типы тензометров, обеспечивающие требуемую точность измерения деформации.

1.3. Штангенциркуль по ГОСТ 166 с погрешностью измерения не более 0,1 мм.

1.4. Самоустанавливающиеся захваты с рабочими поверхностями, обработанными согласно чертежу.

2. 1. Заготовки для образцов следует выкалывать. Образцы изготовляют в форме прямоугольной призмы размерами 300×20×4 мм. Годичные слои на торцах образцов должны быть перпендикулярны их ширине. При определении модуля упругости совместно с пределом прочности образцы изготовляют по ГОСТ 16483.23.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

2.2. Точность изготовления, влажность и количество образцов должны соответствовать требованиям ГОСТ 16483.0.

3.1. Толщину а и ширину b

поперечного сечения образцов измеряют по середине их длины с погрешностью не более 0,1 мм.

3.2. Для измерения деформации на противоположных боковых сторонах рабочей части образцов устанавливают два тензометра по одному на каждую сторону, строго по разметке. На образцах предварительно проводят осевые линии и делают на них отметки — одну по середине образца и две — в местах крепления ножек тензометров. Под ножки тензометров клеем БФ-2 наклеивают подкладки из латуни по ГОСТ 931 толщиной от 0,5 до 1,0 мм, размером 5×5 мм. Тензометры крепят на образцах устойчиво при помощи струбцин. Правильность установки проверяют легким постукиванием пальца по образцу. При правильной установке освобожденная стрелка тензометра колеблется около одного и того же деления шкалы.

3.3. Образец устанавливают строго вертикально, зажимая концы между губками захватов машины. Минимальная величина зажимаемой части образца в захватах — 95 мм.

Каждый образец подвергают шестикратному нагружению от 500 до 1500 Н. Нагружение производят равномерно со средней скоростью (2000 ± 500) Н/мин. Первоначально образец нагружают до 500 Н и отсчитывают показания по тензометрам, затем нагружают до верхнего предела нагружения 1500 Н и вновь отсчитывают по тензометрам. После этого образец плавно разгружают несколько ниже нижнего предела нагружения и вновь нагружают в той же последовательности. Отсчеты по тензометрам, соответствующие верхнему и нижнему пределам нагружения, берут до 0,5 деления шкалы.

(Измененная редакция, Изм. № 1, 2).

3.4. После испытаний определяют влажность образцов по ГОСТ 16483.7. Пробу на влажность вырезают длиной около 30 мм из средней части образцов. Для определения средней влажности партии образцов допускается отбирать каждый четвертый образец, но не менее трех.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

4.1. Модуль упругости (Ew) образцов с влажностью w в момент испытания вычисляют с точностью до 0,5 · 108 Па по формуле

где P — нагрузка, равная разности между верхним и нижним пределами нагружения, Н;

l — база тензометра, м;

а и b — размеры поперечного сечения образца, м;

Δl — средняя величина перемещения, соответствующая нагрузке P, м.

Среднюю величину перемещения (Δl) вычисляют с точностью до 0,5 · 10-6 м по формуле

где Δl1 и Δl2 — перемещение по каждому тензометру, равное разности между средними арифметическими из последних трех отсчетов отдельно для верхнего и нижнего пределов нагружения, деленной на передаточное число соответствующего тензометра.

4.2. Модуль упругости Ew образцов с влажностью, отличающейся от 12 % больше чем на ± 1 % в пределах от 8 до 20 %, пересчитывают к влажности 12 % с точностью до 0,5 · 108 Па по формуле

где Ew - модуль упругости образца с влажностью w в момент испытания, Па;

α — поправочный коэффициент, равный 0,012 для всех пород;

w - влажность образца в момент испытания, %.

Модуль упругости Ew образцов с влажностью, равной или больше предела насыщения клеточных стенок, пересчитывают к влажности 12 % с точностью до 0,5 · 10

8 Па по формуле

где  — коэффициент пересчета при влажности 30 %, равный: 1,25 — для хвойных пород; 1,12 — для кольцесосудистых пород; 1,30 - для бука; 1,23 — для березы и других рассеянно-сосудистых пород.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

4.3. (Исключен, Изм. № 1).

4.4. Статистическую обработку опытных данных выполняют по ГОСТ 16483.0.

4.5. Результаты измерений и расчетов заносят в протокол испытаний (см. приложение).

Рекомендуемое

Порода _____________________________      Тензометр № ________________________

Скорость нагружения, Н/мин __________      Передаточное число __________________

Температура воздуха                                          Тензометр № ________________________

Θ, °С ______________________________       Передаточное число __________________

Степень насыщенности влагой воздуха φ, % База _____________________________ мм

Маркировка образца

Размеры поперечного сечения образцов, мм

Отсчеты по тензометрам при нагрузке, Н

Влажность w, %

Модуль упругости, Па

Примечание

500

1500

Тензометры

а

b

Ew

E12

«___» _____________ 19__ г.                                                   Подпись _______________

ПРИЛОЖЕНИЕ. (Измененная редакция, Изм. № 1).

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством лесной промышленности СССР

РАЗРАБОТЧИКИ

Б.Е. Попов; Г.А. Чибисова, канд. техн. наук; А.М. Рванина; М.Г. Кончевская

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 20.11.73 № 2528

3. ВЗАМЕН ГОСТ 11499-65 в части разд. Д

4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НТД,
на который дана ссылка

Номер пункта

Обозначение НТД,
на который дана ссылка

Номер пункта

ГОСТ 166-89

1. 3

ГОСТ 16483.7-71

3.4

ГОСТ 931-90

3.3

ГОСТ 16483.23-73

2.1

ГОСТ 16483.0-89

2.2, 4.4

ГОСТ 28840-90

1.1

5. Ограничение срока действия снято по протоколу № 3-94 Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 4-94)

6. ПЕРЕИЗДАНИЕ (июнь 1999 г.) с Изменениями № 1, 2, утвержденными в июне 1984 г. , феврале 1989 г. (ИУС 9-84, 5-89)

СОДЕРЖАНИЕ

1. Аппаратура и материалы.. 1

2. Подготовка к испытанию.. 1

3. Проведение испытания. 2

4. Обработка результатов. 2

Приложение. Протокол определения модуля упругости при растяжении вдоль волокон. 3

 



Измерение деформации с помощью тензодатчиков

Что такое деформация

 

При механических испытаниях и измерениях необходимо понимать, как объект реагирует на различные силы. Величина деформации, которую испытывает материал из-за приложенной силы, называется деформацией. Деформация определяется как отношение изменения длины материала к исходной длине без изменений, как показано на рисунке 1. Деформация может быть положительной (растяжение) из-за удлинения или отрицательной (сжатие) из-за сжатия. Когда материал сжимается в одном направлении, тенденция к расширению в двух других направлениях, перпендикулярных этой силе, известна как эффект Пуассона. Коэффициент Пуассона (v) является мерой этого эффекта и определяется как отрицательное отношение деформации в поперечном направлении к деформации в осевом направлении. Несмотря на безразмерность, деформация иногда выражается в таких единицах, как дюйм/дюйм. или мм/мм. На практике величина измеряемой деформации очень мала, поэтому ее часто выражают как микродеформацию (µε), которая составляет ε x 10 -6 .

 

 

 

 

 

 

Четыре различных типа деформации: осевая, изгибная, сдвиговая и крутильная. Наиболее распространены осевая и изгибающая деформации (см. рис. 2). Осевая деформация измеряет, как материал растягивается или сжимается в результате действия линейной силы в горизонтальном направлении. Деформация изгиба измеряет растяжение на одной стороне материала и сжатие на противоположной стороне из-за линейной силы, приложенной в вертикальном направлении. Деформация сдвига измеряет величину деформации, которая возникает из-за линейной силы с компонентами как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. Деформация кручения измеряет круговую силу с компонентами как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях.

 

Рис. 2.   Осевая деформация измеряет степень растяжения или разрыва материала. Деформация при изгибе измеряет растяжение с одной стороны и сжатие с другой.

Измерение деформации

 

Вы можете измерить деформацию несколькими способами, но наиболее распространенным является тензодатчик. Электрическое сопротивление тензорезистора изменяется пропорционально величине напряжения в устройстве. Наиболее широко используемым тензорезистором является металлический тензорезистор. Металлический тензорезистор состоит из очень тонкой проволоки или, чаще, из металлической фольги, расположенной в виде сетки. Решетка максимизирует количество металлической проволоки или фольги, подвергающихся деформации в параллельном направлении. Сетка приклеивается к тонкой подложке, называемой держателем, которая прикрепляется непосредственно к испытуемому образцу. Следовательно, деформация, испытываемая испытуемым образцом, передается непосредственно на тензорезистор, который реагирует линейным изменением электрического сопротивления.

 

Рис. 3. Электрическое сопротивление металлической сетки изменяется пропорционально величине деформации, испытываемой испытуемым образцом.

 

 

 

Основным параметром тензорезистора является его чувствительность к деформации, выражаемая количественно как коэффициент тензорезистора (GF). GF представляет собой отношение относительного изменения электрического сопротивления к относительному изменению длины или деформации:

 

 

 

GF для металлических тензорезисторов обычно составляет около 2. Фактическое GF конкретного тензорезистора можно узнать у поставщика датчика или в документации на датчик.

 

На практике измерения деформации редко включают величины, превышающие несколько миллидеформаций (ex10 -3 ). Следовательно, чтобы измерить деформацию, вы должны точно измерить очень малые изменения сопротивления. Например, предположим, что испытуемый образец подвергается деформации в 500 мкс. Тензорезистор с GF, равным 2, показывает изменение электрического сопротивления всего в 2 (500×10 -6 ) = 0,1%. Для датчика на 120 Ом это изменение составляет всего 0,12 Ом.

 

Для измерения таких небольших изменений сопротивления конфигурации тензорезисторов основаны на концепции моста Уитстона. Общий мост Уитстона, показанный на рис. 4, представляет собой сеть из четырех резистивных плеч с напряжением возбуждения VEX, которое прикладывается к мосту.

 

 

Рис. 4.   Тензодатчики конфигурируются в схемах моста Уитстона для обнаружения небольших изменений сопротивления.

 

 

Мост Уитстона представляет собой электрический эквивалент двух параллельных цепей делителя напряжения. R 1 и R 2 составляют одну цепь делителя напряжения, а R 4 и R 3 составляют вторую цепь делителя напряжения. Выход моста Уитстона Vo измеряется между средними узлами двух делителей напряжения.

 

 

 

Из этого уравнения видно, что когда R 1 /R 2 = R 4 /R 3 , выходное напряжение V O равно нулю. В этих условиях говорят, что мост разбалансирован. Любое изменение сопротивления в любом плече моста приводит к ненулевому выходному напряжению. Следовательно, если вы замените R 4 на рис. 4 активным тензодатчиком, любые изменения сопротивления тензорезистора разбалансируют мост и создадут отличное от нуля выходное напряжение, которое является функцией деформации.

Правильный выбор тензодатчика

 

Типы тензодатчиков

 

Три типа конфигураций тензорезисторов: четверть-, полу- и мостовая, определяются количеством активных элементов в мосте Уитстона, ориентацией деформации датчики и тип измеряемой деформации.

 

 

Четвертьмостовой тензодатчик

 

Конфигурация Тип I

 

9016 Измерения осевых деформаций или изгибов 7

9016

  • Требуется пассивный замыкающий резистор четвертьмоста, известный как фиктивный резистор
  • Требуются согласующие резисторы полумоста для завершения моста Уитстона
  • R4 — активный тензодатчик для измерения деформации растяжения (+ε)
  •  

     

     

     

    Тип конфигурации II

     

    В идеале сопротивление тензорезистора должно изменяться только в зависимости от приложенной деформации. Однако материал тензорезистора, а также материал образца, на который наносится тензорезистор, также реагируют на изменения температуры. Конфигурация четвертьмостового тензодатчика типа II помогает еще больше минимизировать влияние температуры за счет использования двух тензорезисторов в мосту. Как показано на рисунке 6, обычно один тензорезистор (R4) является активным, а второй тензорезистор (R3) устанавливается в тесном тепловом контакте, но не приклеивается к образцу и размещается поперек главной оси деформации. Таким образом, деформация мало влияет на этот макет манометра, но любые изменения температуры одинаково влияют на оба манометра. Поскольку изменения температуры в двух тензодатчиках идентичны, соотношение их сопротивлений не меняется, выходное напряжение (Vo) не изменяется, а влияние температуры сведено к минимуму.

     

    Рис. 6. Манекены тензодатчиков устраняют влияние температуры на измерение деформации.

     

     

    Полумостовой тензодатчик

     

    Вы можете удвоить чувствительность моста к деформации, активировав оба тензорезистора в полумостовой конфигурации.

     

     

     

    Тип конфигурации I

     

    • Измерение осевой деформации или деформации изгиба
    • Требуются согласующие резисторы полумоста для завершения моста Уитстона
    • R4 — активный тензодатчик для измерения деформации растяжения (+ε)
    • R3 — активный тензодатчик, компенсирующий эффект Пуассона (-νε)

     

    Эту конфигурацию обычно путают с четвертьмостовой конфигурацией типа II, но тип I имеет активный элемент R3, прикрепленный к деформируемому образцу.

     

    Тип конфигурации II

     

    • Измеряет только деформацию изгиба

    • Требуются согласующие резисторы полумоста для завершения моста Уитстона

    • R4 — активный тензодатчик для измерения деформации растяжения (+ε)

    • R3 — активный тензодатчик для измерения деформации сжатия (-ε)

    Рис. 7. Полумостовые тензорезисторы в два раза более чувствительны, чем четвертьмостовые.

     

     

     

    Мостовой тензорезистор

     

    Мостовой тензорезистор включает четыре активных тензорезистора и доступен в трех различных типах. Типы I и II измеряют деформацию изгиба, а тип III измеряет осевую деформацию. Только типы II и III компенсируют эффект Пуассона, но все три типа минимизируют влияние температуры.

     

     

     

    Тип конфигурации I: только деформация изгиба

     

    Конфигурация типа II

     

     

    • Измеряет только деформацию изгиба

    • Требуются согласующие резисторы полумоста для завершения моста Уитстона

    • R4 — активный тензодатчик для измерения деформации растяжения (+ε)

    • R3 — активный тензодатчик для измерения деформации сжатия (-ε)

    • R4 — активный тензодатчик для измерения деформации растяжения (+e)

       

     

    Тип конфигурации III: только осевая деформация

     

    • Измеряет осевую деформацию

    • R1 и R3 — активные тензодатчики, измеряющие сжимающий эффект Пуассона (–νe)

    • R2 и R4 — активные тензодатчики для измерения деформации растяжения (+e)

       

    Рис. 8. Конфигурации тензодатчиков с полным мостом

     

     

    Технические характеристики тензорезисторов, которые следует учитывать

     

    После того как вы определились с типом деформации, которую собираетесь измерять (осевая или изгибная), необходимо учитывать другие факторы, включая чувствительность, стоимость и условия эксплуатации. Для одного и того же тензорезистора изменение конфигурации моста может повысить его чувствительность к деформации. Например, конфигурация типа I с полным мостом в четыре раза более чувствительна, чем конфигурация с четвертью моста типа I. Однако для полного моста типа I требуется на три тензорезистора больше, чем для четвертьмоста типа I. Он также требует доступа к обеим сторонам конструкции с датчиками. Кроме того, полномостовые тензодатчики значительно дороже, чем полумостовые и четвертьмостовые. Сводную информацию о различных типах тензорезисторов см. в следующей таблице.

     

    Ширина сетки

     

    Использование более широкой сетки, если она не ограничена местом установки, улучшает рассеивание тепла и повышает стабильность тензодатчика. Однако, если испытуемый образец имеет серьезные градиенты деформации, перпендикулярные основной оси деформации, рассмотрите возможность использования узкой сетки, чтобы свести к минимуму ошибку из-за влияния деформации сдвига и деформации Пуассона.

     

     

    Номинальное манометрическое сопротивление

     

    Номинальное тензометрическое сопротивление — это сопротивление тензодатчика в ненагруженном положении. Вы можете получить номинальное сопротивление конкретного датчика у поставщика датчика или в документации датчика. Наиболее распространенные номинальные значения сопротивления коммерческих тензорезисторов составляют 120 Ом, 350 Ом и 1000 Ом. Рассмотрите более высокое номинальное сопротивление, чтобы уменьшить количество тепла, выделяемого напряжением возбуждения. Более высокое номинальное сопротивление также помогает уменьшить вариации сигнала, вызванные изменениями сопротивления проводов из-за колебаний температуры.

     

     

    Температурная компенсация

     

    В идеале сопротивление тензорезистора должно изменяться только в ответ на деформацию. Однако удельное сопротивление и чувствительность тензорезистора также изменяются с изменением температуры, что приводит к ошибкам измерения. Производители тензорезисторов пытаются свести к минимуму чувствительность к температуре, обрабатывая материал тензорезистора, чтобы компенсировать тепловое расширение материала образца, для которого предназначен тензорезистор. Эти конфигурации моста с температурной компенсацией более устойчивы к температурным воздействиям. Также рассмотрите возможность использования типа конфигурации, который помогает компенсировать влияние колебаний температуры.

     

     

     

    Установка

     

    Установка тензорезисторов может занять значительное количество времени и ресурсов, и это количество сильно зависит от конфигурации моста. Количество приклеенных датчиков, количество проводов и место установки — все это может повлиять на уровень усилий, необходимых для установки. В некоторых конфигурациях моста даже требуется установка манометра на противоположных сторонах конструкции, что может быть затруднительно или даже невозможно. Четвертьмостовой тип I является самым простым, поскольку требует установки только одного датчика и двух или трех проводов.

     

     

    Тип конфигурации I Конфигурация типа II: только деформация изгиба

     

    Тип конфигурации I Конфигурация типа II
    • Измеряет осевую или изгибающую деформацию

    • Требуются резисторы завершения полумоста для завершения моста Уитстона

    • R4 — активный тензодатчик для измерения деформации растяжения (+ε)

    • R3 — активный тензодатчик, компенсирующий эффект Пуассона (-νε)

    Эту конфигурацию обычно путают с четвертьмостовой конфигурацией типа II, но тип I имеет активный элемент R3, прикрепленный к деформируемому образцу.

    • Измеряет только деформацию изгиба

    • Требуются резисторы завершения полумоста для завершения моста Уитстона

    • R4 — активный тензодатчик для измерения деформации растяжения (+ε)

    • R3 — активный тензодатчик для измерения деформации сжатия (-ε)

     

     

    Тип конфигурации I: только деформация изгиба Тип конфигурации II: только деформация изгиба Тип конфигурации III: только осевая деформация

     

    Тип конфигурации I Конфигурация типа II Конфигурация типа III  
    • Чувствителен только к деформации изгиба
    • R1 — активный тензодатчик, измеряющий эффект Пуассона сжатия (–νe)

    • R2 — активный тензодатчик для измерения эффекта Пуассона при растяжении (+νe)

    • R3 — активный тензодатчик для измерения деформации сжатия (–e)

    • R4 — активный тензодатчик для измерения деформации растяжения (+e)

    • Измеряет осевую деформацию

    • R1 и R3 — активные тензодатчики, измеряющие сжимающий эффект Пуассона (–νe)

    • R2 и R4 — активные тензодатчики для измерения деформации растяжения (+e)

     

    Тип измерения

    Квартальный мост

    Полумост

    Полный мост

    Тип I

    Тип II

    Тип I

    Тип II

    Тип I

    Тип II

    Тип III

    Осевая деформация

    Да

    Да

    Да

    Да

    Деформация изгиба

    Да

    Да

    Да

    Да

    Да

    Да

    Компенсация

     

     

     

     

     

     

     

    Поперечная чувствительность

    Да

    Да

    Да

    Температура

    Да

    Да

    Да

    Да

    Да

    Да

    Чувствительность

     

     

     

     

     

     

     

    Чувствительность при 1000 мкс

    ~0,5 мВ/В

    ~0,5 мВ/В

    ~0,65 мВ/В

    ~1,0 мВ/В

    ~2,0 мВ/В

    ~1,3 мВ/В

    ~1,3 мВ/В

    Установка

     

     

     

     

     

     

     

    Количество приклеиваемых датчиков

    1

    1*

    2

    2

    4

    4

    4

    Место установки

    Односторонняя

    Односторонняя

    Односторонняя

    Противоположные стороны

    Противоположные стороны

    Противоположные стороны

    Противоположные стороны

    Количество проводов

    2 или 3

    3

    3

    3

    4

    4

    4

    Завершающие резисторы моста

    3

    2

    2

    2

    0

    0

    0

    *Второй тензорезистор размещается в тесном тепловом контакте со структурой, но не приклеивается.

     

    Преобразование сигналов для тензодатчиков

     

    Измерения тензорезисторов сложны, и несколько факторов могут повлиять на качество измерений. Следовательно, вам необходимо правильно выбрать и использовать мост, преобразование сигнала, проводку и компоненты сбора данных для обеспечения надежных измерений. Например, допуски сопротивления и деформация, вызванная приложением манометра, создают некоторое начальное напряжение смещения, когда деформация не применяется. Точно так же длинные отводящие провода могут увеличить сопротивление плеча моста, что добавляет ошибку смещения и снижает чувствительность выходного сигнала моста. Для точных измерений деформации подумайте, нужны ли вам следующие вещи:

     

    • Завершение моста для завершения необходимой схемы четверть- и полумостовых тензорезисторов
    • Возбуждение для питания схемы моста Уитстона
    • Дистанционное измерение для компенсации ошибок в напряжении возбуждения из-за длинных проводов
    • Усиление для увеличения разрешения измерения и улучшения отношения сигнал/шум
    • Фильтрация для удаления внешнего высокочастотного шума
    • Обнуление смещения, чтобы сбалансировать мост для выхода 0 В, когда напряжение не приложено
    • Калибровка шунта для проверки выхода моста на известное ожидаемое значение

     

    Чтобы узнать, как компенсировать эти ошибки, и ознакомиться с другими соображениями относительно оборудования для измерения деформации, загрузите Руководство инженера по точным измерениям датчиков .

    Подключение тензодатчиков к оборудованию NI

     

    После того, как вы узнали, что нужно вашему датчику или тесту, следующим важным шагом будет выбор оборудования для сбора этих данных. Качество оборудования для сбора данных определяет качество собираемых вами данных.

     

    Компания NI предлагает ряд тензометрических/мостовых аппаратных средств, предназначенных для сбора данных о деформации и совместимых с различными тензометрическими датчиками.

    Как правильно выбрать тензодатчик

    Прежде чем можно будет выбрать правильный тензодатчик, необходимо четко определить цель измерения. Основной вопрос, который следует рассмотреть, заключается в том, будет ли тензодатчик использоваться для экспериментальных испытаний , испытаний на долговечность или для изготовления преобразователя .

    Experimental/Durability Tests

    Transducer Manufacturing

     
    • Experimental stress analysis
    • Residual stress analysis
    • Analysis of loading
    • Life-time analysis
    • Determining thermal Напряжение
     
     
    • Сила
    • Масса
    • Крутящий момент
    • Давление
    • Деформация
    ДАМАНИКИ ДЛЯ ДАМАНИЯ ДЛЯ Экспериментальных испытаний ДАМАНИЯ ДЛЯ ДАМАНИКА
    . Количество и положение сеток (шаблон)

    2. Серия тензодатчиков:

    Конструкция тензодатчика 3. Соединения: Тип и положение

    4. Адаптация температурной реакции:

    Материал, на который деформационная температура. : в мм 6. Электрическое сопротивление: в Ом

    1. Геометрия тензодатчика

    3 3   Линейные тензодатчики (например, LY4) имеют одну измерительную сетку и измеряют деформацию в одном направлении.   Т-розетки (например, XY3) имеют 2 измерительные сетки, расположенные со смещением друг от друга на 90°. Типичные области применения тензорезисторов этого типа включают анализ двухосного напряженного состояния с известными главными направлениями, а также измерения стержней растяжения и сжатия.   V-образный тензорезистор s (например, XY4) имеет 2 измерительные решетки, расположенные со смещением друг от друга на 90°. Типичные области применения этих тензорезисторов включают измерения торсионных стержней и определение касательных напряжений, возникающих в поперечной балке в области нейтральных волокон.   Двойные линейные тензодатчики (например, DY4) имеют две измерительные сетки, расположенные параллельно друг другу. Типичные области применения этих тензорезисторов включают измерения на изгибающихся балках.    Розетки с 3 измерительными сетками (например, RY8), расположенными под углом 0°/45°/90° или 0°/60°/120°, являются подходящим выбором для анализа двухосного напряженного состояния с неизвестные основные направления.   Тензометрические цепи (например, KY8) состоят из 10 или 15 очень маленьких измерительных решеток, размещенных на общем держателе на постоянном расстоянии друг от друга, плюс один компенсационный SG. Цепи тензодатчиков особенно подходят для определения градиентов деформации.   Полномостовые тензорезисторы (например, VY4) имеют 4 измерительные сетки, которые расположены так, что каждая смещена к следующей под углом 90°. Типичные области применения полных мостовых тензорезисторов включают измерения растяжения/сжатия стержней и определение касательных напряжений, возникающих в сдвигающих балках.

    2. Серия тензодатчиков

    HBM предлагает различные серии тензодатчиков для измерения деформации. Серия тензодатчиков определяется комбинацией держатель тензорезистора (например, полиимид) и фольга измерительной сетки (например, константан) . Все тензорезисторы серии тензорезисторов имеют один и тот же материал несущей и измерительной сетки. Поэтому многие характеристики идентичны для одной серии тензодатчиков.

    Для экспериментальных испытаний прочные и гибкие тензорезисторы, которые можно использовать в тяжелых условиях, имеют явные преимущества. В эту категорию входят тензорезисторы с синтетическим полиимидом в качестве несущего материала для измерительной сетки и с обозначением серии «Y». Эта серия содержит большое количество различных типов тензорезисторов, используемых для самых разных задач при экспериментальных испытаниях. Существует также множество специальных типов тензорезисторов, например. сверление отверстий и кольцевые стержневые розетки для определения остаточных напряжений в элементах конструкций и тензометрические цепи для исследования распределения напряжений в сложных конструкциях.

    3. Соединения

     HBM предлагает тензорезисторы с различными конфигурациями соединений.

     

    Integrated solder tabs (e.g. LY4)

    • allow direct soldering on the strain gauge
     
     

    Big solder tabs with strain relief (e.g. LY6)

    • допускают прямую пайку на тензодатчике, в то же время обеспечивая почти полную механическую развязку выводов припоя и держателя тензорезистора
     
     

    Никелированные медные провода, неизолированные, прибл. длина 30 мм (1,18 дюйма) (например, LY1)

    • нет прямой пайки на тензометрическом датчике
    • для полной механической развязки кабелей и тензометрического датчика
    • использование отдельных выводов под пайку непосредственно на тензодатчике требуется
     
    16 16 6 6
     

    Соединительные провода с фторполимерной изоляцией, прибл. 50 мм (1,97 дюйма), длинная (например, K-C LY4)

    • нет прямой пайки на тензодатчике
    • Изоляция из фторполимера предотвращает прилипание кабеля во время установки
     

    Соединительные провода с фторполимерной изоляцией, прибл. длина кабеля 50 мм (1,97 дюйма) (например, K-C LY4)

    • Длина кабеля по мере необходимости от 0,5 до 10 м (1,64–32,81 фута) в двух-, трех- и четырехпроводном исполнении
    • полное отсутствие пайки в точке измерения
    • Фторопластовая изоляция предотвращает прилипание кабеля во время установки
     

    покажет выходной сигнал, если температура изменится.

    Этот сигнал называется «кажущейся деформацией» или «тепловым выходом» и не зависит от механической нагрузки на объект испытаний.

    Однако можно настроить тензодатчик на коэффициент теплового расширения определенного материала, чтобы выходной сигнал был очень слабым в случае изменения температуры. Такие тензорезисторы называются тензорезисторами с «согласованной температурной характеристикой » или « с самокомпенсацией ».

    Чтобы получить выгоду от согласованной температурной реакции, тензодатчики должны быть выбраны по коэффициенту теплового расширения и испытуемого материала.

    . 16 ⋅ 10 -6 /k ( 8,9 ⋅ 10 -6 /° F )

    9000 2 5. Длина

    5.77.7 5.GEINGINGINGINGINGINGINGINGINGINGINGINGINGINGINGINGING. длина зависит от цели измерений, так как результатом измерения с помощью тензодатчиков будет средняя деформация под измерительной сеткой. В целом, измерение длины сетки 3 или 6 мм (0,118 или 0,236 дюйма) представляет собой хорошее решение.

    Длинные измерительные сетки рекомендуются там, где есть неоднородный материал, например, бетон или дерево. Длинный тензорезистор перекроет неоднородности заготовки и в результате измерения покажет деформацию под измерительной сеткой.

    Короткие измерительные сетки подходят для определения состояния локальной деформации. Поэтому они подходят для определения градиентов деформации, максимальной точки напряжения надреза и подобных напряжений.

    6. Электрическое сопротивление

    Тензорезисторы HBM доступны в версиях на 120, 350, 700 и 1000 Ом. Выбор сопротивления зависит от ограничений задачи измерения. Другие сопротивления доступны по запросу.

    Code Material Thermal expansion coefficient ∝
    1 Ferritic steel 10.8 ⋅ 10 -6 /K ( 6 ⋅ 10 -6 /° F )
    3
    6 Кварц Стекло /Композит 0,5 ⋅ 10 0007 -6 /K (

    6
    0,5 ⋅ 100007 -6 /K ( 0,39. 10000. 100007 -6 /K ( 0,393330 0,5 ⋅ 100007 -6 /K (

    6
    0,5. /°F )
    7 Titanium / gray cast iron 9 ⋅ 10 -6 /K ( 5 ⋅ 10 -6 /°F )
    8 Пластик 65 ⋅ 10 -6 /K ( 36.1 ⋅ 10 -6 /°F )
    9 Molybdenum 5,4 ⋅ 10 -6 /K ( 3 ⋅ 10 -6 /° F )

    Низкоомные тензодатчики

    Высокоомные тензорезисторы

    + Меньшее влияние электромагнитных помех + Меньшее влияние электрического сопротивления в соединительных цепях (контактные кольца) 90, 3…
    + Меньшее влияние изменения сопротивления изоляции — «Лучшие» антенны в случае помех
    — Более высокая потребляемая мощность — Большее влияние изменения сопротивления изоляции
    — Повышенный самонагрев из-за более высокого протекающего тока по сравнению с тензорезисторами с большим сопротивлением  

    Отчет о применении

    Влияние сопротивления и других параметров на температуру в точке измерения

    4 Читать сейчас

    Руководство по выбору тензорезисторов для экспериментальных испытаний

    Сопутствующее содержимое

    Выбор клея для установки тензорезистора

    Какой клей лучше всего подходит для установки тензорезистора? В этой статье мы покажем вам важные критерии принятия решений.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *