Главная | Обратная связь

Короткі теоретичні відомості

Електротензометрія в теперішній час широко викорис­товується при проведенні наукових і інженерних випробувань – для визначення деформацій, напружень, зусиль і тисків, лінійних і кутових прискорень та інших величин.

Особливо цінний цей метод, коли вказані величини не вдається отримати теоретичним розрахунком.

Сутність методу електротензометрії полягає в наступному. Як відомо, реальні тіла деформуються під дією зовнішніх сил. Причому до певних меж залежність між деформаціями і викликав­шими їх зусиллями прямопропорційна.

При розтягу ця обставина відображається законом Гука:

s = e E, (5.1)

де s – нормальне напруження;

e – відносне видовження;

Е – модуль пружності І роду матеріалу бруса.

Якщо експериментально визначити яким-небудь способом в певному місці деталі відносне видовження e, то знаючи модуль пружності матеріалу, можна у випадку простого розтягу розрахувати по формулі (5.1) діючі в цьому місці напруження. Знаючи деформації, можна розрахувати напруження при складному напруженому стані.

Для визначення деформацій широко використовуються тензоресистори (тензодатчики). Тензодатчики виготовляються з дуже тонкої константанової чи ніхромової проволоки діаметром 15-30 мікрометрів, яка намотується в решітку певної форми. Решітка прикріплюється до паперової основи.

Існують різні типи решіток. Найбільш проста показана на рис.5.1. Крім проволочних існують решітки з фольги і напівпро­відникові тензодатчики.

Готові тензодатчики наклеюються на зачищену і обезжирену поверхню деталі спеціальними клеями і, отже, при деформації деталі відповідно деформуються (розтягується або стискається) проволочка тензодатчика. При деформуванні проволоки змінюється її омічний опір: при видовженні – збільшується, при стиску – зменшується.

Доведено, що між деформацією проволочки і зміною її опору існує проста залежність:

DR/R = k e, (5.2)

де DR/R – відносна зміна омічного опору проволоки тензодатчика;

k – коефіцієнт, який визначає чутливість тензодатчика до деформації.

Таким чином, тензодатчик перетворює деформацію деталі, що випробовується, в зміну омічного опору проволочки тензодатчика.

При вимірюваннях деформацій тензодатчик частіше всього вмикають в міст Уітстона, як показано на рис. 5.2. До діагоналі АВ підводиться живлення моста, а в діагональ СД вмикається чутливий гальванометр. Міст балансується, тобто так підбирається решта (крім робочого тензодатчика) резисторів, щоб в діагоналі СД струм був відсутній і, отже, стрілка гальванометра залишалась би на нулі. Для цього необхідно, щоб між опорами резисторів моста існувало відношення:

. (5.3)

Балансування моста може бути досягнуто зміною опору або .

Деформація деталі призводить до зміни опору тензодатчика, і отже, до розбалансу моста. При цьому через діагональ СД проходить струм, силу якого можна прийняти пропорційною зміні опору тензодатчика. Тому покази гальванометра пропорційні відносній деформації деталі, що випробовується. Тепер залишається лише протарувати покази гальванометра, тобто створити в якій-небудь простій деталі деформацію розтягу (стиску), виміряти її іншим способом і встановити відповідний цій деформації показ гальванометра.

Як правило, тарування проводиться за допомогою спеціального тарувального пристрою не з робочим датчиком, а з іншим з тієї ж партії (датчики з однієї партії мають практично однакові робочі параметри).

Часто струм розбалансу в робочій діагоналі моста посилюють посилювачем струму і подають на вібратори (шлейфи) шлейфового осцилографа, який фіксує зміну величини, що вимі­рюється, в часі на осцилограмі.

Визначивши деформації в місці наклейки тензодатчика, напруги при простому розтягу можна знайти по приведеній вище формулі закону Гука.

Якщо деталь з датчиком тарувального пристрою має той же модуль пружності, що і деталь, що випробовується, то тарування при необхідності можна проводити по напругам, тобто навантажувати тарувальний пристрій відомим зусиллям, розраховувати напругу в місці наклейки тарувального датчика і встановлювати відповідні показники гальванометра. Очевидно, в цьому випадку деталь з тарувальним тензодатчиком можна використовувати як динамометр.

Прилад (рис. 5.3) складається з робочої 1 і тарувальної 2 балочок. Тензодатчики наклеєні в перерізах а-а обох балок, як показано на рисунку. Міст Уітстона збирається з цих двох тензорезисторів, які підключаються до клем 1, 2, 3 приладу ІД – 70 та двох резисторів, що знаходяться в самому приладі. Така схема називається напівмостовою (рис. 5.4). Прилад має також мікро­амперметр, який увімкнутий у вимірювальну діагональ моста; він виконує також живлення моста.

Рис. 5.1

Рис. 5.2.

Рис. 5.3.

Рис. 5.4.