Способы измерения деформаций реферат

Обновлено: 05.07.2024

5.2.1. Деформации и прогибы в конструкциях возникают вследствие перегрузок,неравномерной осадки фундаментов, пучения грунтов оснований, температурныхвоздействий при изменении уровня грунтовых вод и влажностного режима грунтовоснований, потерь устойчивости несущих конструкций и других внешнихвоздействий. Нередко характер развития деформаций конструкций можетсвидетельствовать о причинах их обуславливающих.

Допустимыепределы деформаций и прогибов зависят от материала и вида конструкций ирегламентируются нормами проектирования конструкций зданий.

5.2.2. Отклонения от вертикали и искривления в вертикальной плоскости конструкциймогут быть измерены с помощью отвеса и линейки (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Измерение отклонений отвертикали конструкций с помощью отвеса

1 -стена, перегородка или колонна; 2 - перекрытие; 3 - отвес; 4 - сосуд с водой; 5 - измерительная линейка; 6- точка измерения

Смещенияпо горизонтали от опорных точек, а также вертикальные перемещения определяютсяизмерениями с помощью мерной ленты, линейки иди геодезической съемкой ( рис. 5.2 ). С помощью теодолитов могут бытьизмерены также наклоны и выпучивания стен и других вертикально расположенныхконструкций.

5.2.3. Величины прогибов, искривлений конструкций и их элементов измеряются путемнатяжения тонкой проволоки между краями конструкции или ее частями, не имеющимидеформации, и измерения максимального расстояния между проволокой иповерхностью конструкции с помощью линейки.

Рис. 5.2. Измерение горизонтального ивертикального смещения двух точек с помощью теодолита

1,2 -точки; 3 - теодолит, 4 - переносная линейка

Величиныпрогибов могут быть определены также с помощью прогибомеров и гидростатическогоуровня ( рис. 5.3 , 5.4 ).

Прииспользовании прогибомеров измеряется величина перемещения элемента,закрепленного на деформирующемся участке конструкции, относительно неподвижногоэлемента. В качестве прогибомера могут быть использованы две планки илисистема, передающая перемещения от недеформируемой конструкции на измерительныйприбор, в качестве которого обычно используется индикатор часового типа(мессура).

Рис. 5.3. Схема измерения прогибовгидростатическим уровнем

1 - градуированная трубка; 2- телескопическая стойка; 3- сосуд; 4- резиновый шланг; 5 - краник; 6 - точкаизмерения

Рис. 5.4. Прогибомер П-1

1 -мерный диск; 2 - металлическаятрубка; 3 - стеклянная трубка сошкалой; 4 - окуляр; 5 - резиновая трубка; 6 - зажим; 7 – шток; 3 - пробка

Прималых линейных деформациях растяжения или сжатия измерение прогибов элементовпроизводится при помощи тензометров, а сдвиги и повороты - геодезическойсъемкой.

5.2.4. Деформацию перекрытий определяют прогибомером П-1 (см. рис. 5.4 ) или нивелиром НВ-1 со специальной насадкой.

Передначалом замеров шток устанавливают в такое положение, чтобы показания в мернойтрубке соответствовали нулю. Затем трубку с диском передвигают по поверхностипотолка; через каждый полный поворот диска снимают отсчеты по мерной трубке.Прогибы замеряют в различных точках потолка.

Такимже образом прогибомером П-1, нивелиром НВ-1 измеряют прогибы несущих элементовлестниц - балок, маршей и плит.

5.2.5. Определение кинетики развития деформаций осуществляется путем многократных ихизмерений через определенные интервалы времени (от одних до 30 суток) взависимости от скорости развития деформации.

5.2.6. Основной причиной появления общих деформаций зданий и сооружений являютсянеравномерные осадки грунтов оснований, что является следствием, как правило,изменения гидрогеологических условий, чрезмерного увлажнения грунтов,надстройки существующего здания без учета несущей способности фундаментов ит.п.

5.2.7. Наблюдения за деформациями зданий и сооружений, находящихся в эксплуатации,проводят в случаях появления трещин, раскрытия швов, перемещения и наклонастроительных конструкций, а также резкого изменения условий эксплуатации.

Цельнаблюдения за деформациями состоит в том, чтобы установить, стабилизировалисьили продолжают развиваться осадки здания и другие изменения в конструкциях.

Если впроцессе наблюдения не были выявлены основные или наиболее вероятные причиныдеформаций, то наблюдения продолжают вести длительное время.

5.2.8. Деформации разделяют на местные, когда происходят смещение или повороты в узлахконструкций, растяжение или сжатие элементов, и общие, когда перемещаются идеформируются ряд конструкций или здание в целом.

5.3. Методы и средства наблюдения за трещинами

5.3.1. При обследовании строительных конструкций наиболее ответственным этапомявляется изучение трещин, выявление причин их возникновения и динамикиразвития. Они могут быть вызваны самыми разными причинами и иметь различныепоследствия.

Постепени опасности для несущих и ограждающих конструкций трещины можно разделитьна три группы.

1.Трещины неопасные, ухудшающие только качество лицевой поверхности.

2.Опасные трещины, вызывающие значительное ослабление сечений, развитие которыхпродолжается с неослабевающей интенсивностью.

3.Трещины промежуточной группы, которые ухудшают эксплуатационные свойства,снижают надежность и долговечность конструкций, однако еще не способствуютполному их разрушению.

5.3.2. Вметаллических конструкциях появление трещин в большинстве случаев определяетсяявлениями усталостного характера, что часто наблюдается в подкрановых балках идругих конструкциях, подверженных переменным динамическим нагрузкам.

Возникновениетрещин в железобетонных или каменных конструкциях определяется локальнымиперенапряжениями, увлажнением бетона и расклинивающим действием льда в порахматериала, коррозией арматуры и действием многих труднопрогнозируемых факторов.

5.3.3. Следует различать трещины, появление которых вызвано напряжениями,проявившимися в железобетонных конструкциях в процессе изготовления,транспортировки и монтажа, и трещины, обусловленные эксплуатационныминагрузками и воздействием окружающей среды.

Вжелезобетонных конструкциях к трещинам, появившимся в доэксплуатационныйпериод, относятся: усадочные трещины, вызванные быстрым высыханиемповерхностного слоя бетона и сокращением объема, а также трещины от набуханиябетона; трещины, вызванные неравномерным охлаждением бетона; трещины, вызванныебольшим гидратационным нагревом при твердении бетона в массивных конструкциях;трещины технологического происхождения, возникшие в сборных железобетонныхэлементах в процессе изготовления, транспортировки и монтажа.

Трещины,появившиеся в эксплуатационный период, разделяются на следующие виды: трещины,возникшие в результате температурных деформаций из-за нарушений требованийустройства температурных швов или неправильности расчета статическинеопределимой системы на температурные воздействия; трещины, вызванныенеравномерностью осадок грунтов основания; трещины, обусловленные силовымивоздействиями, превышающими способность железобетонных элементов восприниматьрастягивающие напряжения.

5.3.4. При наличии трещин на несущих конструкциях зданий и сооружений необходимоорганизовать систематическое наблюдение за их состоянием и возможным развитиемс тем, чтобы выяснить характер деформаций конструкций и степень их опасностидля дальнейшей эксплуатации.

Наблюдениеза развитием трещин проводится по графику, который в каждом отдельном случаесоставляется в зависимости от конкретных условий.

5.3.5. Трещины выявляются путем осмотра поверхностей конструкций, а также выборочногоснятия с конструкций защитных или отделочных покрытий.

Следуетопределить положение, форму, направление, распространение по длине, ширинураскрытия, глубину, а также установить, продолжается или прекратилось ихразвитие.

5.3.6. На каждой трещине устанавливают маяк, который при развитии трещины разрывается.Маяк устанавливают в месте наибольшего развития трещины.

Принаблюдениях за развитием трещин по длине концы трещин во время каждого осмотрафиксируются поперечными штрихами, нанесенными краской или острым инструментомна поверхности конструкции. Рядом с каждым штрихом проставляют дату осмотра.

Расположениетрещин схематично наносят на чертежи общего вида развертки стен здания, отмечаяномера и дату установки маяков. На каждую трещину составляют график ее развитияи раскрытия.

Трещиныи маяки в соответствии с графиком наблюдения периодически осматриваются, и порезультатам осмотра составляется акт, в котором указываются: дата осмотра,чертеж с расположением трещин и маяков, сведения о состоянии трещин и маяков,сведения об отсутствии или появлении новых трещин и установка на них маяков.

5.3.7. Ширину раскрытия трещин обычно определяют с помощью микроскопа МПБ-2 с ценойделения 0,02 мм, пределом измерения 6,5 мм и микроскопа МИР-2 с пределамиизмерений от 0,015 до 0,6 мм, а также лупы с масштабным делением (лупы Бринеля)( рис. 5.5 ) или других приборов иинструментов, обеспечивающих точность измерений не ниже 0,1 мм.

Глубинутрещин устанавливают, применяя иглы и проволочные щупы, а также при помощиультразвуковых приборов типа УКБ-1М, бетон-3М, УК-10П и др. Схема определенияглубины трещин ультразвуковыми методами указана на рис. 5.6 .

5.3.8. При применении ультразвукового метода глубина трещины устанавливается поизменению времени прохождения импульсов как при сквозном прозвучивании, так иметодом продольного профилирования при условии, что плоскость трещинообразованияперпендикулярна линии прозвучивания. Глубина трещины определяется изсоотношений:

где h - глубинатрещины (см. рис. 5.5 );

V - скорость распространения ультразвука на участке без трещин, мк/с;

t a , t e - время прохождения ультразвука на участке без трещины и стрещиной, с;

а - базаизмерения для обоих участков, см.

5.3.9. Важным средством в оценке деформации и развития трещин являются маяки: они позволяютустановить качественную картину деформации и их величину.

5.3.10. Маяк представляет собой пластинку длиной 200-250 мм, шириной 40-50 мм, высотой6-10 м, из гипса или цементно-песчаного раствора, наложенную поперек трещины,или две стеклянные или металлические пластинки, с закрепленным одним концомкаждая по разные стороны трещины, или рычажную систему. Разрыв маяка илисмещение пластинок по отношению друг к другу свидетельствуют о развитиидеформаций.

Рис. 5.5.Приборы для измерения раскрытия трещин

а - отсчетный микроскоп МПБ-2, б - измерение ширины раскрытия трещины лупой: 1 - трещина; 2 - деление шкалы лупы; в - щуп

Маякустанавливают на основной материал стены, удалив предварительно с ееповерхности штукатурку. Рекомендуется размещать маяки также в предварительновырубленных штрабах (особенно при их установке на горизонтальную или наклоннуюповерхность). В этом случае штрабы заполняются гипсовым или цементно-песчанымраствором.

5.3.11. Осмотр маяков производится через неделю после их установления, а затем один разв месяц. При интенсивном трещинообразовании обязателен ежедневный контроль.

5.3.12. Ширина раскрытия трещин в процессе наблюдения измеряется при помощи щелемеровили трещиномеров. Конструкция щелемера или трещиномера может быть различной взависимости от ширины трещины или шва между элементами, вида и условийэксплуатации конструкций.

Рис. 5.6.Определение глубины трещин в конструкции

1 -излучатель; 2 - приемник

На рис. 5.7 - 5.12 приведены конструктивные схемы различных типовмаяков и щелемеров.

Наиболеепростое решение имеет пластинчатый маяк (см. рис. 5.7 ). Он состоит из двух металлических, стеклянныхили плексигласовых пластинок, имеющих риски и укрепленных на растворе так,чтобы при раскрытии трещины пластинки скользили одна по другой. Края пластинокдолжны быть параллельны друг другу. После прикрепления пластинок к конструкцииотмечают на них номер и дату установки маяка. По замерам расстояния междурисками определяют величину раскрытия трещины.

5.3.13. Щелемер конструкции ЛенГИДЕПА (см. рис. 5.8 )состоит из двух латунных пластин, одна из которых расположена в специальновыточенном пазу второй пластины. На обеих пластинах имеются шкалы смиллиметровыми делениями, причем на П-образной пластине сделана прорезь длячтения делений шкалы на внутренней (второй) пластине.

Пластиныкрепятся к изогнутым штырям, свободные концы которых заделываются в бетон.Описанный щелемер позволяет определить величину развития трещин по тремнаправлениям.

5.3.14. Маяк конструкции Ф.А. Белякова в общем виде изображен на рис. 5.9 . Он состоит из двух прямоугольных гипсовых илиалебастровых плиток размером 100´60 мм и толщиной 15-20 мм. В каждой из плиток навертикальной и горизонтальной гранях закреплены пять металлических шпилек сострым концом, выступающим на 1-2 мм. Для наблюдения за развитием трещины дветакие плитки крепят на гипсовом или алебастровом растворе по обе сторонытрещины, чтобы шпильки были расположены на прямых, параллельных друг другу:чтобы шпильки 1, 2, 3, 4 (см. рис. 5.9 ) на вертикальной плоскостирасположились на одной прямой, а четыре других - 5,6,7,8 на другой прямой. Приращение трещины измеряют по изменениюположения шпилек. Для этого к шпилькам периодически прикладывают чистый листбумаги, наклеенный на фанеру, и после легкого надавливания измеряют расстояниямежду проколами по поперечному масштабу. Маяки конструкции Ф. А. Беляковапозволяют определить взаимное смещение сторон трещин в трех направлениях.

Рис.5.7. Пластинчатыймаяк из двух окрашенных пластинок

1 -пластинка, окрашенная в белый цвет; 2 - пластинка, окрашенная в красный цвет; 3 - гипсовые плитки; 4 - трещина

Рис. 5.8.Щелемер конструкции ЛенГИДЕПА

1 - скоба; 2 - измерительная шкала; 3 - трещина; 4 - зачеканка

Рис. 5.9. Маяк конструкции Ф.А. Белякова

5.3.15. Щелемер, у которого счетным механизмом служит мессура, схематически показан на рис. 5.10 . Данные измерений по мессуреувязываются с температурой воздуха, на которую вводится соответствующаяпоправка; окончательную величину отсчета S , мм, определяют по формуле

где F - отсчет по мессуре,мм;

k - коэффициент линейного расширения металла плеча мессуры;

t - температура воздуха в момент отсчета; l - длина плечамессуры, мм.

5.3.16. Щелемер для длительных наблюдений показан на рис. 5.11 . Он состоит из двух марок, каждая из которыхпредставляет собой цилиндр из некорродирующего металла с полушаровой головкой,укрепленной на квадратном фланце из листовой стали. Для закрепления фланца вбетоне к нему приваривается анкерная скоба. Пара таких марок устанавливается пообе стороны трещины. Измерение расстояния между марками во время каждогоосмотра производится штангенциркулем дважды: в обхват цилиндров и в обхватполушаровых головок с упором ножек штангенциркуля в торцы цилиндров.Однозначность изменений расстояний по обеим измерениям между циклами укажет наотсутствие ошибок при производстве замеров.

Рис. 5.10.Щелемер с мессурой

1 - мессура; 2 - трещина

Рис. 5.11.Щелемер для длительных наблюдений

1 -марка; 2 - фланец; 3 - анкерная плита

5.3.17. Щелемер для измерения деформаций широких швов схематически показан на рис. 5.12 . Он состоит из двух отрезковуголкового железа (100´100´100 мм), прикрепленных к обеим сторонам шва при помощианкерных болтов. К концам уголков прикрепляются две фасонные пластинки изнекорродирующего металла. При деформациях шва пластинки скользят одна подругой. Деформацию шва определяют как разность расстояний между вертикальными плоскостямипластинок в отдельных циклах измерений.

Рис. 5.12. Щелемер для измерения широкихтрещин и швов

5.3.18. Для наблюдений за трещинами и осадками в стенах применяют стрелочно-рычажноеустройство, схематически показанное на рис.5.13 . Оно состоит из деревянной или металлической стрелки длиной 0,7-1 м,шарниров и мерной шкалы. Шарниры, закрепляющие стрелку на стене, расположены пообе стороны от трещины. Длина остальной свободной части стрелки в 10 раз большерасстояния между указанными шарнирными креплениями. Таким образом,вертикальному смещению одного шарнира относительно другого соответствует в 10раз большее смешение вверх или вниз конца стрелки над мерной шкалой(металлической или деревянной рейкой). В этих условиях величина осадок по обестороны трещины в 1 мм соответствует смещению конца стрелки на 10 мм. Приустановке прибора на стене свободный конец стрелки помещается над нулевымделением мерной шкалы.

5.3.19. В журнале наблюдений фиксируются: номер и дата установки маяка или щелемера,место и схема их расположения, первоначальная ширина трещины, изменение современем длины и глубины трещины.

Поданным измерений строят график хода раскрытия трещин ( рис. 5.14 .).

Вслучае деформации маяка рядом с ним устанавливается новый, которомуприсваивается тот же номер, но с индексом. Маяки, на которых появились трещины,не удаляют до окончания наблюдений.

5.3.20. Если в течение 30 суток изменение размеров трещин не будет фиксировано, ихразвитие можно считать законченным, маяки можно снять и трещины заделать.

Рис. 5.13.Стрелочный рычажный прибор для определения интенсивности неравномерной осадкистены

а – положение прибора до осадки стены; б – положение прибора после осадкистены; 1 – трещина; 2 – указательная стрелка; 3 – шарнирное крепление стрелки настене; 4 – мерная шкала

Рис. 5.14.График хода раскрытия трещин

Комплексы контроля параметров ГТД. Канал измерения давления

. косвенным методом – путем измерения деформации калиброванного элемента, вызванной . Волоконно-оптическая система измерения прогиба мембраны должна быть . сопротивление. Потенциометр как преобразователь деформации в электрическое сопротивление включается .

Исследование напряженно-деформированного состояния элементов составных балок

Определение модуля упругости (модуля Юнга) по деформации изгиба

. проведении экспериментов возникающие деформации будут упругими. Стрела прогиба в данной установке . методами обработки прямых измерений. Прямыми являются и измерения массы. Однако . . Итак, абсолютная погрешность измерения стрелы прогиба во всех опытах будет .

Осмотр места пожара. Методическое пособие

. и длительности нагрева. Измерение так называемой величины относительной деформации металлоконструкций проводят в соответствии . .5.2. Измерения величины относительной деформации b - максимальный прогиб конструкции; 1 - участок, на котором произошел прогиб. .

Статическая балансировка роторов (2)

. т.п.), позволяющие осуществлять электротензометрирование, т.е. измерение электрическими методами деформаций твердых тел, называются электрическими . прокладки 3. Воздействие измеряемого давления вызывает прогиб мембраны 8, изгиб мембраны тензопреобразователя .

Понятие и виды деформаций тел. Классификация тензометров и особенности тензодатчиков. Сущность пьезоэффекта и его параметры. Условия осуществления оптимальной конструкции пьезоэлектрического преобразователя. Характеристика тензорезисторного датчика М50.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	курсовая работа
Язык	русский
Дата добавления	08.06.2015
Размер файла	393,2 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

1. Общие сведения

2. Виды деформации твердых тел

3. Классификация тензометров

4. Основные параметры преобразователей

5. Особенности тензодатчиков

6. Понятие пьезоэффекта и его основные параметры

7. Условия применения преобразователей

8. Причины неравномерности амплитудно-частотной характеристики пьезоэлектрических преобразователей

9. Условия осуществления оптимальной конструкции пьезоэлектрического преобразователя

10. Тензорезисторный датчик М50

10.1 Область применения

10.2 Описание средства измерения

10.3 Технические характеристики

10.4 Расчет погрешности

В последнее десятилетие в условиях рыночной экономики важным фактором успеха предприятий стало качество измерительной информации, которое в основном зависит от качества средств измерений.

Сегодня качество измерений характеризуется преобразователями измерений, которые обладают высокими эксплуатационными параметрами: быстродействием, малыми погрешностями, многоразрядностью.

Современные технологии требуют постоянного контроля за многими параметрами технологических процессов и контроля состояния оборудования. Не маловажными являются параметры упругого механического напряжения, а именно изменение взаимного положения частиц тела, связанное с их перемещением относительно друг друга (деформации).

Измерение деформаций называется тензометрией; измерения производятся с помощью тензометров. Кроме того, широко применяются резистивные тензодатчики, поляризационно-оптический метод исследования напряжения, рентгеноструктурный анализ.

1. Общие сведения

Деформации разделяют на обратимые (упругие) и необратимые (пластические, ползучести). Упругие деформации исчезают после окончания действия приложенных сил, а необратимые -- остаются. В основе упругих деформаций лежат обратимые смещения атомов металлов от положения равновесия (другими словами, атомы не выходят за пределы межатомных связей); в основе необратимых -- необратимые перемещения атомов на значительные расстояния от исходных положений равновесия (то есть выход за рамки межатомных связей, после снятия нагрузки переориентация в новое равновесное положение).

Пластические деформации -- это необратимые деформации, вызванные изменением напряжений. Деформации ползучести -- это необратимые деформации, происходящие с течением времени. Способность веществ пластически деформироваться называется пластичностью. При пластической деформации металла одновременно с изменением формы меняется ряд свойств -- в частности, при холодном деформировании повышается прочность.

Виды деформации тела:

В большинстве практических случаев наблюдаемая деформация представляет собой совмещение нескольких одновременных видов деформаций. В конечном счёте, любую деформацию можно свести к двум наиболее простым: растяжению (или сжатию) и сдвигу.

Деформация твёрдого тела может явиться следствием фазовых превращений, связанных с изменением объёма, теплового расширения, намагничивания (магнитострикция), появления электрического заряда (пьезоэлектрический эффект) или же результатом действия внешних сил.

Измерения производятся с помощью тензометров. Кроме того, широко применяются резистивные тензодатчики, поляризационно-оптический метод исследования напряжения, рентгеноструктурный анализ.

Тензометры - это приборы измеряющие напряжение и деформацию на локальном участке. Существует несколько видов тензометров. Среди них механический, резистивных, струнный и другие виды.

2. Виды деформации твердых тел

Деформация растяжения -- вид деформации, при которой нагрузка прикладывается продольно от тела, то есть соосно или параллельно точкам крепления тела. Проще всего растяжение рассмотреть на буксировочном тросе для автомобилей. Трос имеет две точки крепления к буксиру и буксируемому объекту, по мере начала движения трос выпрямляется и начинает тянуть буксируемый объект. В натянутом состоянии трос подвергается деформации растяжения, если нагрузка меньше предельных значений, которые может он выдержать, то после снятия нагрузки трос восстановит свою форму.

Данные испытания являются главными для всех тросов и веревок, которые используются для строповки, крепления грузов, альпинизма. Растяжение имеет значение также при строительстве сложных подвесных систем со свободными рабочими элементами.

Деформация сжатия широко используется в металлургических процессах ковки металла, в ходе процесса металл получает повышенную прочность и заваривает дефекты структуры. Сжатие также важно при строительстве зданий, все элементы конструкции фундамента, свай и стен испытывают давящие нагрузки. Правильный расчет несущих конструкций здания позволяет сократить расход материалов без потери прочности.

Деформация сдвига -- вид деформации, при котором нагрузка прикладывается параллельно основанию тела. В ходе деформации сдвига одна плоскость тела смещается в пространстве относительно другой. На предельные нагрузки сдвига испытываются все крепежные элементы -- болты, шурупы, гвозди. Простейший пример деформации сдвига - расшатанный стул, где за основание можно принять пол, а за плоскость приложения нагрузки - сидение.

Деформация изгиба -- вид деформации, при котором нарушается прямолинейность главной оси тела. Деформации изгиба испытывают все тела подвешенные на одной или нескольких опорах. Каждый материал способен воспринимать определенный уровень нагрузки, твердые тела в большинстве случаев способны выдерживать не только свой вес, но и заданную нагрузку. В зависимости от способа приложения нагрузки при изгибе различают чистый и косой изгиб.

Значение деформации изгиба важно для проектирования упругих тел, таких, как мост с опорами, гимнастический брус, турник, ось автомобиля и другие.

Деформация кручения - вид деформации, при котором к телу приложен крутящий момент, вызванный парой сил, действующих в перпендикулярной плоскости оси тела. На кручение работают валы машин, шнеки буровых установок и пружины.

3. Классификация тензометров

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.

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.

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.

4. Основные параметры преобразователей

Тензодатчик - измерительный преобразователь деформации твердого тела, вызываемой механическими напряжениями в электрический сигнал, предназначенный для последующей обработки.

Бывают металлические (проволочные, фольговые, пленочные) и полупроводниковые (пластинчатые).

В основе принципа работы металлических тензорезисторов лежит явление тензоэффекта, заключающееся в изменении электрического сопротивления проводящего материала при его механической деформации.

Основной характеристикой чувствительности материала к механической деформации является коэффициент относительной тензочувствительности , определяемый как отношение относительного изменения сопротивления к относительному изменению длины проводника:

Так как сопротивление проводника связано с удельным электрическим сопротивлением с материала, длиной и площадью поперечного сечения этого проводника зависимостью

то относительное изменение сопротивления, вызванное деформацией проводника под действием равномерного механического напряжения,

Из последнего выражения следует, что при конечном изменении напряжения относительное изменение сопротивления

При деформации твердых тел изменение их длины связано с изменением объема. При этом изменение объема в зоне упругих деформаций для каждого материала является величиной постоянной и характеризуется коэффициентом Пуассона

(здесь - диаметр проводника круглого сечения или поперечный размер проводника квадратного сечения).

получим выражение для коэффициента относительной тензочувствительности

Фольговые преобразователи представляют собой ленту из фольги толщиной 4--12 мкм, на которой часть металла выбрана травлением таким образом, что оставшаяся его часть образует решетку с выводами. Фольговые преобразователи имеют меньшие габариты, чем проволочные; известны тензорезисторы с базой до 0,8 мм. У фольговых тензорезисторов поперечная чувствительность значительно меньше за счет расширения поперечных участков . Характерные типы фольговых преобразователей показаны на рис. . Недостатком обычных фольговых преобразователей является сравнительно низкое сопротивление, не превышающее обычно 50 Ом.

Металлические пленочные тензорезисторы изготовляются путем вакуумной возгонки тензочувствительного материала с последующим осаждением его на основу (подложку). Форма тензорезистора задается маской, через которую производится напыление. Пленочные тензорезисторы имеют толщину меньше 1 мкм. Для изготовления пленочных тензорезисторов применяются металлические сплавы (например, титаноалюминиевый).

5. Особенности тензодатчиков

измерение деформация тензометр тензодатчик

Работа тензодатчика основана на простых принципах механики, и если на механическую конструкцию действуют внешние силы, то она изменяет свою форму таким образом, чтобы противостоять воздействию этих сил. Такие изменения могут быть явными и значительными, как в случае изгиба удочки при выуживании пойманной рыбы или могут быть микроскопическими, например - прогиб железнодорожного моста при проезде по нему поезда. Если в данной металлической конструкции сделать небольшое отверстие, оно будет деформироваться в эллипс при деформации самой конструкции, прямо пропорционально приложенной к конструкции силе. Если в это отверстие вклеить пленочный тензорезистор, можно с большой точностью измерить эту деформацию или нагрузку. Таким образом, тензорезистор эффективно превращает всю конструкцию в датчик для измерения силы, нагрузки или положения.

Максимальная нагрузка на тензодатчик зависит от конструкции: существующие системы измерений имеют пределы взвешивания от нескольких грамм до сотен тысяч тонн. При этом обеспечивается минимальная чувствительность к колебаниям температуры за счет схемотехнических решений. В современных тензорезисторных датчиках используется двойной мост (мост Кельвина), что позволяет снизить ошибки нелинейности, повторяемости и гистерезиса. Определенная степень точности должна быть обеспечена при выборе места установки датчиков в конструкцию используемого измерительного устройства. Необходимо учитывать, что на точность полученной системы влияют количество датчиков, нагрузка на каждый датчик, материал самой конструкции. Отметим, что минимального уровня ошибок можно достичь только при правильной установки датчиков в конструкцию.

Тензометрические датчики подразделяются:

* по типам (балочные, S-образные, таблеточные, сдвоенная балка и т.п.);

* по максимальной нагрузке ( от нескольких грамм до десятков и сотен тонн);

* по чувствительности (1..2..3 mV выходного сигнала на 1 V питающего напряжения);

* по классу точности (количество поверочных интервалов) и т.д.

Классификация тензодатчиков по области применения:

* тензодатчики для С/Х оборудования;

* тензодатчики для прокатных станов;

* тензодатчики для штамповочных прессов;

* тензодатчики для автопогрузчиков;

* тензодатчики для контроля износа оборудования;

* тензодатчики для охранных систем;

* тензодатчики для измерения нагрузок в конструкциях;

* тензодатчики для измерения моментов;

* тензодатчики для взвешивания емкостей;

* тензодатчики для монорельсовых весовых систем;

6. Понятие пьезоэффекта и его основные параметры

В настоящее время наиболее широкое применение контактные пьезоэлектрические вибропреобразователи инерционного действия. Пьезоэлектрические вибропреобразователи основаны на использовании явлений прямого и обратного пьезоэффектов. При прямом пьезоэффекте под действием механических сил на некоторые вещества с кристаллической структурой возникает деформация элементарных ячеек кристалла, приводящая к смещению положительных и отрицательных ионов относительно друг друга, что вызывает электрическую поляризацию вещества. При обратном пьезоэффекте воздействие внешнего электрического поля вызывает относительное смещение положительных и отрицательных ионов, что приводит к деформации вещества. Пьезоэффект наиболее сильно выражен у кварца, сегнетовой соли, титаната бария, цирконата титана свинца (ЦТС), ряда других материалов.

Основными параметрами, характеризующими пьезоэффект являются: напряженность электрического поля Ј, поляризация Р (или электрическая индукция D), упругое напряжение

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

5.2. Измерения прогибов и деформаций

5.2.1.Деформации и прогибы в конструкциях возникают вследствие перегрузок,неравномерной осадки фундаментов, пучения грунтов оснований, температурныхвоздействий при изменении уровня грунтовых вод и влажностного режима грунтовоснований, потерь устойчивости несущих конструкций и других внешнихвоздействий. Нередко характер развития деформаций конструкций можетсвидетельствовать о причинах их обуславливающих.

5.2.2.Отклонения от вертикали и искривления в вертикальной плоскости конструкциймогут быть измерены с помощью отвеса и линейки (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Измерение отклонений отвертикали конструкций с помощью отвеса

1 -стена, перегородка или колонна; 2 -перекрытие; 3 - отвес; 4 - сосуд с водой; 5 - измерительная линейка; 6- точка измерения

Смещенияпо горизонтали от опорных точек, а также вертикальные перемещения определяютсяизмерениями с помощью мерной ленты, линейки иди геодезической съемкой (рис. 5.2). С помощью теодолитов могут бытьизмерены также наклоны и выпучивания стен и других вертикально расположенныхконструкций.

5.2.3.Величины прогибов, искривлений конструкций и их элементов измеряются путемнатяжения тонкой проволоки между краями конструкции или ее частями, не имеющимидеформации, и измерения максимального расстояния между проволокой иповерхностью конструкции с помощью линейки.

Рис. 5.2. Измерение горизонтального ивертикального смещения двух точек с помощью теодолита

1,2 -точки; 3 - теодолит, 4 - переносная линейка

Величиныпрогибов могут быть определены также с помощью прогибомеров и гидростатическогоуровня (рис. 5.3, 5.4).

Рис. 5.3. Схема измерения прогибовгидростатическим уровнем

1-градуированная трубка; 2-телескопическая стойка; 3- сосуд; 4- резиновый шланг; 5 - краник; 6 - точкаизмерения

Рис. 5.4. Прогибомер П-1

1 -мерный диск; 2 - металлическаятрубка; 3 - стеклянная трубка сошкалой; 4 - окуляр; 5 - резиновая трубка; 6 - зажим; 7 – шток; 3 - пробка

5.2.4.Деформацию перекрытий определяют прогибомером П-1 (см. рис. 5.4) или нивелиром НВ-1 со специальной насадкой.

5.2.5.Определение кинетики развития деформаций осуществляется путем многократных ихизмерений через определенные интервалы времени (от одних до 30 суток) взависимости от скорости развития деформации.

5.2.6.Основной причиной появления общих деформаций зданий и сооружений являютсянеравномерные осадки грунтов оснований, что является следствием, как правило,изменения гидрогеологических условий, чрезмерного увлажнения грунтов,надстройки существующего здания без учета несущей способности фундаментов ит.п.

5.2.7.Наблюдения за деформациями зданий и сооружений, находящихся в эксплуатации,проводят в случаях появления трещин, раскрытия швов, перемещения и наклонастроительных конструкций, а также резкого изменения условий эксплуатации.

5.2.8.Деформации разделяют на местные, когда происходят смещение или повороты в узлахконструкций, растяжение или сжатие элементов, и общие, когда перемещаются идеформируются ряд конструкций или здание в целом.

5.3. Методы и средства наблюдения за трещинами

5.3.1.При обследовании строительных конструкций наиболее ответственным этапомявляется изучение трещин, выявление причин их возникновения и динамикиразвития. Они могут быть вызваны самыми разными причинами и иметь различныепоследствия.

Постепени опасности для несущих и ограждающих конструкций трещины можно разделитьна три группы.

1.Трещины неопасные, ухудшающие только качество лицевой поверхности.

5.3.3.Следует различать трещины, появление которых вызвано напряжениями,проявившимися в железобетонных конструкциях в процессе изготовления,транспортировки и монтажа, и трещины, обусловленные эксплуатационныминагрузками и воздействием окружающей среды.

5.3.4.При наличии трещин на несущих конструкциях зданий и сооружений необходимоорганизовать систематическое наблюдение за их состоянием и возможным развитиемс тем, чтобы выяснить характер деформаций конструкций и степень их опасностидля дальнейшей эксплуатации.

5.3.5.Трещины выявляются путем осмотра поверхностей конструкций, а также выборочногоснятия с конструкций защитных или отделочных покрытий.

5.3.6.На каждой трещине устанавливают маяк, который при развитии трещины разрывается.Маяк устанавливают в месте наибольшего развития трещины.

5.3.7.Ширину раскрытия трещин обычно определяют с помощью микроскопа МПБ-2 с ценойделения 0,02 мм , пределом измерения 6,5 мм и микроскопа МИР-2 с пределамиизмерений от 0,015 до 0,6 мм , а также лупы с масштабным делением (лупы Бринеля)(рис. 5.5) или других приборов иинструментов, обеспечивающих точность измерений не ниже 0,1 мм .

5.3.8.При применении ультразвукового метода глубина трещины устанавливается поизменению времени прохождения импульсов как при сквозном прозвучивании, так иметодом продольного профилирования при условии, что плоскость трещинообразованияперпендикулярна линии прозвучивания. Глубина трещины определяется изсоотношений:

где h - глубинатрещины (см. рис. 5.5);

V -скорость распространения ультразвука на участке без трещин, мк/с;

t_a, t_e - время прохождения ультразвука на участке без трещины и стрещиной, с;

а - базаизмерения для обоих участков, см.

5.3.9.Важным средством в оценке деформации и развития трещин являются маяки: они позволяютустановить качественную картину деформации и их величину.

5.3.10.Маяк представляет собой пластинку длиной 200- 250 мм , шириной 40- 50 мм , высотой6- 10 м , из гипса или цементно-песчаного раствора, наложенную поперек трещины,или две стеклянные или металлические пластинки, с закрепленным одним концомкаждая по разные стороны трещины, или рычажную систему. Разрыв маяка илисмещение пластинок по отношению друг к другу свидетельствуют о развитиидеформаций.

Рис. 5.5.Приборы для измерения раскрытия трещин

а -отсчетный микроскоп МПБ-2, б -измерение ширины раскрытия трещины лупой: 1- трещина; 2 - деление шкалы лупы; в - щуп

5.3.11.Осмотр маяков производится через неделю после их установления, а затем один разв месяц. При интенсивном трещинообразовании обязателен ежедневный контроль.

5.3.12.Ширина раскрытия трещин в процессе наблюдения измеряется при помощи щелемеровили трещиномеров. Конструкция щелемера или трещиномера может быть различной взависимости от ширины трещины или шва между элементами, вида и условийэксплуатации конструкций.

Рис. 5.6.Определение глубины трещин в конструкции

1 -излучатель; 2 - приемник

На рис.5.7-5.12 приведены конструктивные схемы различных типовмаяков и щелемеров.

Наиболеепростое решение имеет пластинчатый маяк (см. рис. 5.7). Он состоит из двух металлических, стеклянныхили плексигласовых пластинок, имеющих риски и укрепленных на растворе так,чтобы при раскрытии трещины пластинки скользили одна по другой. Края пластинокдолжны быть параллельны друг другу. После прикрепления пластинок к конструкцииотмечают на них номер и дату установки маяка. По замерам расстояния междурисками определяют величину раскрытия трещины.

5.3.13.Щелемер конструкции ЛенГИДЕПА (см. рис. 5.8)состоит из двух латунных пластин, одна из которых расположена в специальновыточенном пазу второй пластины. На обеих пластинах имеются шкалы смиллиметровыми делениями, причем на П-образной пластине сделана прорезь длячтения делений шкалы на внутренней (второй) пластине.

5.3.14.Маяк конструкции Ф.А. Белякова в общем виде изображен на рис. 5.9. Он состоит из двух прямоугольных гипсовых илиалебастровых плиток размером 100´60 мм и толщиной 15- 20 мм . В каждой из плиток навертикальной и горизонтальной гранях закреплены пять металлических шпилек сострым концом, выступающим на 1- 2 мм . Для наблюдения за развитием трещины дветакие плитки крепят на гипсовом или алебастровом растворе по обе сторонытрещины, чтобы шпильки были расположены на прямых, параллельных друг другу:чтобы шпильки 1, 2, 3, 4 (см. рис. 5.9) на вертикальной плоскостирасположились на одной прямой, а четыре других - 5,6,7,8 на другой прямой. Приращение трещины измеряют по изменениюположения шпилек. Для этого к шпилькам периодически прикладывают чистый листбумаги, наклеенный на фанеру, и после легкого надавливания измеряют расстояниямежду проколами по поперечному масштабу. Маяки конструкции Ф. А. Беляковапозволяют определить взаимное смещение сторон трещин в трех направлениях.

Рис.5.7. Пластинчатыймаяк из двух окрашенных пластинок

1 -пластинка, окрашенная в белый цвет; 2 -пластинка, окрашенная в красный цвет; 3 -гипсовые плитки; 4 - трещина

Рис. 5.8.Щелемер конструкции ЛенГИДЕПА

1 - скоба; 2 - измерительная шкала; 3 -трещина; 4 - зачеканка

Рис. 5.9. Маяк конструкции Ф.А. Белякова

5.3.15.Щелемер, у которого счетным механизмом служит мессура, схематически показан на рис. 5.10. Данные измерений по мессуреувязываются с температурой воздуха, на которую вводится соответствующаяпоправка; окончательную величину отсчета S, мм, определяют по формуле

где F - отсчет по мессуре,мм;

k - коэффициент линейного расширения металла плеча мессуры;

t - температура воздуха в момент отсчета; l - длина плечамессуры, мм.

5.3.16.Щелемер для длительных наблюдений показан на рис. 5.11. Он состоит из двух марок, каждая из которыхпредставляет собой цилиндр из некорродирующего металла с полушаровой головкой,укрепленной на квадратном фланце из листовой стали. Для закрепления фланца вбетоне к нему приваривается анкерная скоба. Пара таких марок устанавливается пообе стороны трещины. Измерение расстояния между марками во время каждогоосмотра производится штангенциркулем дважды: в обхват цилиндров и в обхватполушаровых головок с упором ножек штангенциркуля в торцы цилиндров.Однозначность изменений расстояний по обеим измерениям между циклами укажет наотсутствие ошибок при производстве замеров.

Рис. 5.10.Щелемер с мессурой

1 - мессура; 2 - трещина

Рис. 5.11.Щелемер для длительных наблюдений

1 -марка; 2 - фланец; 3 - анкерная плита

5.3.17.Щелемер для измерения деформаций широких швов схематически показан на рис. 5.12. Он состоит из двух отрезковуголкового железа (100´100´100 мм), прикрепленных к обеим сторонам шва при помощианкерных болтов. К концам уголков прикрепляются две фасонные пластинки изнекорродирующего металла. При деформациях шва пластинки скользят одна подругой. Деформацию шва определяют как разность расстояний между вертикальными плоскостямипластинок в отдельных циклах измерений.

Рис. 5.12. Щелемер для измерения широкихтрещин и швов

5.3.18.Для наблюдений за трещинами и осадками в стенах применяют стрелочно-рычажноеустройство, схематически показанное на рис.5.13. Оно состоит из деревянной или металлической стрелки длиной 0,7- 1 м ,шарниров и мерной шкалы. Шарниры, закрепляющие стрелку на стене, расположены пообе стороны от трещины. Длина остальной свободной части стрелки в 10 раз большерасстояния между указанными шарнирными креплениями. Таким образом,вертикальному смещению одного шарнира относительно другого соответствует в 10раз большее смешение вверх или вниз конца стрелки над мерной шкалой(металлической или деревянной рейкой). В этих условиях величина осадок по обестороны трещины в 1 мм соответствует смещению конца стрелки на 10 мм . Приустановке прибора на стене свободный конец стрелки помещается над нулевымделением мерной шкалы.

5.3.19.В журнале наблюдений фиксируются: номер и дата установки маяка или щелемера,место и схема их расположения, первоначальная ширина трещины, изменение современем длины и глубины трещины.

Поданным измерений строят график хода раскрытия трещин (рис. 5.14.).

5.3.20.Если в течение 30 суток изменение размеров трещин не будет фиксировано, ихразвитие можно считать законченным, маяки можно снять и трещины заделать.

Рис. 5.13.Стрелочный рычажный прибор для определения интенсивности неравномерной осадкистены

Для измерения деформации используются тензорезисторы, то есть такие резисторы, сопротивление которых изменяется при их линейной деформации. Существует три вида тензорезисторов: проволочные, фольговые и полупроводниковые. Механизм возникновения тензочувствительности у проволочных и фольговых тензорезисторов имеет одну природу.

Сопротивление электрического проводника длиной l, с площадью поперечного сечения S выражается формулой

При увеличении длины проволоки вследствие ее упругой деформации на ее диаметр уменьшается на Dd, причем относительные величины /l и Dd/d связаны прямо пропорционально: Dd/d = - 0.4/l. Кроме того при деформации проводника незначительно изменяется его удельное сопротивление r.

Прологарифмируем теперь исходное выражение и вычислим его дифференциал, заменив бесконечно малые на конечные приращения. В результате получим выражение, связывающее относительные приращения:

Поскольку все слагаемые в правой части линейно зависят от относительной деформации e = Dl /l, получим, что относительное изменение сопротивления тензорезистора пропорционально его деформации:

где - коэффициент тензочувствительности, его значение для разных мате-

риалов лежит в пределах , поскольку у различных материалов зависимости от деформации удельного сопротивления различаются.

Проволочные тензорезисторы изготавливаются из тонкой проволоки толщиной 10 ¸ 20 мкм и наклеиваются на тонкую бумажную подложку (рис. 59). К объекту тензорезистор на подложке приклеивается высококачественным неэластичным клеем с тем, чтобы деформация объекта передавалась на тензорезистор полностью. Ориентируется тензорезистор строго по тому направлению, в котором необходимо измерить деформацию. База тензорезистора может иметь размеры от 5 мм до 20 мм. Сопротивление недеформированного тензорезистора от 40 Ом до 800 Ом.. Свойства материалов, из которых делаются проволочные тензорезисторы, представлены в таблице 5.

Характеристики некоторых материалов тензорезисторов

Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.

Фольговые тензорезисторы изготавливаются из фольги, прокатанной из тех же материалов и обладают такими же характеристиками. Они изготавливаются фотоспособом. На фольгу наносится фоточувствительный слой, на этот слой проектируется изображение тензорезистора, затем незасвеченные участки вытравляются. В результате конфигурация фольговых тензорезисторов может быть достаточно сложной, а их база - довольно мелкой: до 0.8 мм.

Так же, как и проволочные тензорезисторы, фольговые устанавливаются на объект с помощью клея. В тех случаях, когда необходимо измерять деформацию объектов при высоких температурах, тензорезисторы к ним привариваются.

Пределы измерения относительных деформаций с помощью проволочных и фольговых тензорезисторов сверху ограничиваются пределами упругих деформаций металлов, то есть 1%. При коэффициенте тензочувствительности и начальном сопротивлении недеформированного тензорезистора, равном 100 Ом пределы изменения сопротивления при полной деформации составит всего 1 Ом, и каждое значение этого изменения необходимо измерять с относительной погрешностью (1 ¸ 2)%, что в абсолютном выражении составит величины (0.02 ¸ 0.04) Ом. По отношению к полному сопротивлению тензорезистора в относительных единицах точность измерения сопротивления окажется уже (0.02 ¸ 0.04)%.

В связи с этим остро встает вопрос о точном определении коэффициента тензочувствительности и собственного сопротивления тензорезистора при его выпуске из производства. И если точное измерение сопротивления труда не составляет, то для точного измерения коэффициента тензочувствительности необходимо приклеить тензорезистор к образцовому объекту (например, к образцовой балке) так же хорошо, как и затем к объекту. Поэтому испытанный объект к дальнейшему применению пригоден не будет. Указанная причина заставляет выполнять метрологические испытания тензорезисторов выборочно на отдельных представителях партии тензорезисторов, изготовленных при одинаковых технологических условиях. Это единственное средство измерений, которое подвергается выборочным метрологическим испытаниям с разрушением.

Понятно, что по результатам таких выборочных испытаний необходимо приписать всем тензорезисторам партии полученное значение коэффициента и характеристики разброса значений индивидуальных коэффициентов внутри партии. Эта операция выполняется статистическими методами, описанными в Лабораторном практикуме .

Указанный разброс коэффициента тензочувствительности проволочных и фольговых тензорезисторов является одной из основных причин погрешности измерения деформации.

Как мы видим, одного тензорезистора явно недостаточно для измерения деформации объекта. Необходимо преобразовать незначительное изменение его сопротивления, вызванное деформацией, в значимый сигнал напряжения или тока, который был бы пропорционален измеряемой величине, и при отсутствии деформации так же был бы равен 0. Для этого применяются мостовые схемы, которые уравновешиваются при отсутствии деформации.

В зависимости от доступности поверхностей объекта схемы включения тензорезисторов именуются "четверть моста", "половина моста" и "целый мост". Эти схемы представлены на рис. 60 а, 60 б, 60 в соответственно. На этих схемах принято, что сопротивления всех плеч моста, в том числе, сопротивления недеформированных тензорезисторов равны R. Напряжение питания моста . Выходное напряжение, вызванное деформацией тензорезисторов, возникает в измерительной диагонали и обозначено через .

Схема "четверть моста" применяется в тех случаях, когда доступной является только одна сторона объекта, например, внешняя поверхность крыла самолета при его испытаниях на прочность, внутренняя поверхность корпуса судна, наружная поверхность котла.

Тогда в заданное место на поверхность объекта наклеивается только один тензорезистор (рис. 60 г), сопротивление которого при показанной относительной деформации e увеличивается, то есть . Считая входное сопротивление усилителя , получим выражение для напряжения в диагонали данного неравновесного моста, вызванное деформацией:

Мы видим, что выходное напряжение неравновесного моста зависит от напряжения питания, и что зависимость выходного сигнала от относительной деформации нелинейна. При и при максимальной относительной деформации погрешность от нелинейности составит 0.5%.

В тех случаях, когда объект деформируется строго в одном направлении, для компенсации погрешности от температуры перпендикулярно к тензорезистору наклеивают компенсирующий тензорезистор , как это показано на рис. 60 г. Этот тензорезистор включают в мост по схеме "половина моста", показанной на рис. 60 б, но поскольку он практически не воспринимает деформацию объекта, выражение для выходного напряжения остается прежним, действительным для схемы "четверть моста".

Если объект подвергается изгибу, и обе его поверхности доступны, то тензорезисторы приклеивают на обе противоположные поверхности так, чтобы тензорезисторы испытывали деформации, равные по величине, но противоположные по направлению (рис. 60 д). Тогда при относительной деформации e, вызванной силой F, сопротивление тензорезистора будет увеличиваться , а сопротивление тензорезистора будет уменьшаться . Тогда зависимость выходного напряжения моста от деформации будет линейной, а чувствительность схемы к деформации повысится в два раза:

Еще большего повышения чувствительности можно добиться, если объект предоставляет возможность использовать тензорезисторы во всех четырех плечах моста (рис. 60 в и 60 е):

При использовании проволочных или фольговых тензорезисторов для измерения деформаций объектов возникают погрешности, обусловленные следующими причинами:

разбросом коэффициентов тензочувствительности тензорезисторов,

нагреванием тензорезисторов протекающим через них током,

различием коэффициентов теплового расширения материалов тензорезистора и объекта, из-за чего тензорезистор испытывает деформацию даже при недеформированном объекте,

термоЭДС, возникающая в месте соединения проволоки тензорезистора с подводящими медными проводами,

неверной ориентацией тензорезистора по направлению деформации,

нестабильностью напряжения питания моста,

дрейфом нуля усилителя постоянного тока и его тепловыми шумами.

Некоторые из перечисленных погрешностей удается скорректировать. О коррекции некоторых температурных погрешностей речь шла выше. Эта коррекция достигается приклеиванием на объект дополнительного тензорезистора перпендикулярно основному. Погрешности от нагревания собственным током можно уменьшить, уменьшая этот ток, но при этом снижается чувствительность моста. Компромисс здесь достигается при импульсном питании моста. Моменты измерения выходного напряжения моста синхронизируются с моментами подачи импульсов питания. За счет этого увеличивают амплитудное значение напряжения питания и тем самым увеличивается чувствительность, но при этом уменьшается действующее значение этого напряжения, и тензорезисторы нагреваются гораздо меньше. В то же время при таком питании для усиления напряжения в измерительной диагонали моста применяется усилитель переменного напряжения, у которого дрейф отсутствует. Если к тому же на вход усилителя поставить фильтр, не пропускающий напряжение на частотах ниже частоты питания моста, то таким образом могут быть отфильтрованы помехи. Частота питающих импульсов выбирается в пределах (10 ¸ 30) кГц.

Тензоэффект в полупроводниковых тензорезисторах возникает за счет того, что при их деформации изменяется удельное сопротивление r, коэффициент тензочувствительности при этом достигает 80. Но с другой стороны, предел допускаемых упругих деформаций полупроводникового тензорезистора ограничен значением 0.1%, что в десять раз меньше, чем у проволочных или фольговых тензорезисторов. В связи с этим, а также из-за трудностей установки полупроводниковых тензорезисторов на объект они не используются для собственно измерения деформаций. Полупроводниковые тензорезисторы применяются только в составе датчиков других физических величин, таких как сила, давление, ускорение. Они изготавливаются по полупроводниковой технологии, имеют очень малые размеры, большое сопротивление, сложную конфигурацию и изготавливаются либо на эластичной подложке, либо их подложка является упругим элементом датчика.

Технология изготовления полупроводниковых тензорезисторов, которые являются единым целым с подложкой, обеспечивает либо коррекцию, либо полное отсутствие некоторых погрешностей, таких как погрешность от неверной ориентации, погрешность от различия коэффициентов теплового расширения материала подложки и тензорезистора, погрешность от некачественного приклеивания. Кроме того, поскольку эти тензорезисторы входят в состав датчиков, они подвергаются не выборочным, а сплошным метрологическим испытаниям в составе датчиков, оснащенных средствами индивидуальной регулировки. В результате резко уменьшается погрешность от разброса значений коэффициентов тензочувствительности. Единственным недостатком полупроводниковых тензорезисторов является их невысокая термостойкость, что не позволяет их использовать при температурах выше (100 ¸ 200)°С.

Читайте также:

Способы измерения деформаций реферат

5.3. Методы и средства наблюдения за трещинами

Похожие страницы:

Комплексы контроля параметров ГТД. Канал измерения давления

Исследование напряженно-деформированного состояния элементов составных балок

Определение модуля упругости (модуля Юнга) по деформации изгиба

Осмотр места пожара. Методическое пособие

Статическая балансировка роторов (2)

5.2. Измерения прогибов и деформаций

5.3. Методы и средства наблюдения за трещинами