Измерение перемещений. Измерение деформации и определение напряжений

6.5. ИЗМЕРЕНИЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Измерение перемещений при тепловых статических   испыта- | ниях конструкций производится с целью получения    прогибов,, девиаций сечений, углов закручивания конструкций, изучения ко­робления обшивки при нагружении и нагревании и т. д. Выбор способа измерения перемещений и технических средств его реа­лизации в значительной мере зависит от величины перемещения, | требуемой точности измерения, программы испытания    и конст-⁷! руктивных особенностей летательного аппарата.

В настоящее время при статических испытаниях в условиях I нормальных температур применяются различные способы изме­рения линейных перемещений. Большинство из них после неко­торого усовершенствования может быть применено и для изме­рения перемещения при проведении тепловых статических испы­таний. Однако как универсальное средство для исследования деформированного состояния конструкций в широком диапазоне*,-температур следует рекомендовать дистанционные датчики^ линейных перемещений и фотометрический метод измере­ния.

Датчики линейных перемещений устанавливаются или непос­редственно вблизи от конструкции и находятся в условиях, ана­логичных условиям работы испытываемой конструкции, или вы­носятся на некоторое расстояние от нее и не подвергаются воз­действию высоких температур. Первый способ установка датчиков применяется при измерении малых перемещений с по­вышенной точностью при испытаниях элементов конструкций, определении девиаций опор при поагрегатных испытаниях, изме­рении перемещений отдельных узлов внутри конструкции и т. д. В случае применения второго способа установки механическая связь между конструкцией и датчиками осуществляется при по­мощи соединительных элементов, на описании которых остановим­ся ниже. Создание универсального датчика, обеспечивающего-высокую точность и надежность измерений в диапазоне переме­щений 0—1000 мм, трудно осуществимо. Поэтому разработай! ряд дистанционных датчиков на более узкие диапазоны измере­ния. В табл. 6.6 приведены некоторые характеристики дистанци­онных датчиков перемещения.

В качестве преобразователей неэлектрической величины пере­мещения в электрический сигнал в датчиках с диапазоном изме­рения до 200 мм используются прецизионные тензорезисторы, к датчиках перемещения с диапазоном измерения до 1000 мм и: выше — проволочные реостаты. Основным элементом датчика линейного перемещения с ходом до 200 мм является механиче­ский преобразователь с упругим чувствительным элементом, на который наклеен тензорезистор. В зависимости от величины пе­ремещения и требуемой точности измерений применяются меха­нические преобразователи различных схем.

Для датчиков перемещения с ходом 10 мм, работающих при нормальных температурах, может быть использован, механиче­ский преобразователь в виде клина, укрепленного на подвижном штоке (рис. 6.34, а). Чувствительным элементом является пла­стинчатая пружина с наклеенным на нее тензорезистором.   Для-

Рис. 6.34. Схемы электромеханического преобразователя датчиков переме­щений:

*   упругий  элемент; 2—тензорезисторы;  3—подвижный  клин;  4—возвратная    пружина;

—подвижный  конус;   6—наклонная  пластина;   7—направляющая подвижной   каретки;

8—подвижная каретка с упругими элементами

обеспечения высокой точности измерений клин должен быть строго ориентирован по направлению перемещений, поперечные люфты в подвижном соединении не допускаются. Повышенные требования к точности изготовления и сложность наладки следу­ет отнести к недостаткам датчиков перемещений с клиновым ме­ханическим преобразователем. Значительно проще в изготовле­нии и эксплуатации датчик перемещений с механическим преоб­разователем в виде конуса (рис. 6.34, б). Установка четырех чувствительных элементов по периметру сечения конуса позво­ляет повысить выходной сигнал датчика и соответствующим под­ключением тензорезисторов к регистрирующему прибору исклю­чить погрешности измерения, возникающие из-за радиальных люфтов в подшипниках скольжения. Конические преобразователи особенно удобны в конструкциях датчиков перемещений, рабо­тающих в условиях повышенных температур, для которых во избежание заклинивания подвижного штока в подшипниках скольжения приходится допускать повышенные радиальные за­зоры.

В конструкциях датчиков линейных перемещений с ходом 50— 200 мм рационально применять схемы механических преобразо­вателей, показанные на рис. 6.34, в, г. Основным достоинством их является простота изготовления наклонной пластины, заменя­ющей подвижный клин, возможность регулировки чувствитель­ности прибора в процессе его наладки путем изменения угла наклона пластины. Механические преобразователи, показанные на рис. 6.34, имеют нелинейную зависимость. Для некоторых типов датчиков погрешность измерений, вызванная нелинейно­стью, может достичь 1%. Эту погрешность можно снизить, при­меняя наклонные поверхности переменной кривизны, закон изменения кривизны подбирается экспериментально при градуи­ровке. Механические преобразователи с наклонными пластинами позволяют наиболее просто осуществить линеаризацию измери­тельной характеристики.

Упругий элемент датчика перемещений выполняется в виде плоской пружины из листовой стали У8А толщиной 0,2—0,25 мм, на поверхность которой наклеивается тензорезистор 1-П. В связи с тем, что толщина упругого элемента соизмерима с толщиной диэлектрической основы тензорезистора, при расчете относи­тельной деформации е_п проволоки чувствительной решетки необ­ходимо принимать действительное расстояние ее от нейтральной оси

В + 28_к + d_n
^S" ^{= £}----- 1-- '

где е — относительная деформация на поверхности чувствитель­ного элемента;