Тензометрию необходимо проводить применительно к условиям работы исследуемого объекта с учётом диапазонов изменения деформаций, спектра частот исследуемого процесса, а также необходимости и возможности обработки информации в реальном масштабе времени. Одной из труднейших задач тензометрии является защита средств измерения от воздействия агрессивных сред, потоков теплоносителя и других физических воздействий при сохранении требуемой малой тепловой и механической инерционности.
В последнее время широкое развитие получили разнообразные устройства для электрических измерений неэлектрических величин, как непосредственно служащие для целей измерения, так и являющиеся неотъемлемой частью систем автоматизации производственных процессов.
Для электрических измерений механических усилий могут быть применены различные виды измерительных преобразователей, при этом следует различать два несколько различных метода их применения.
Во-первых, можно использовать те преобразователи, естественная входная величина которых как раз соответствует измеряемому усилию (сила, крутящий момент, давление или напряжение). Так, для измерения давления можно использовать магнитоупругие преобразователи, основанные на изменении магнитных свойств материала или пьезоэлектрические, естественной входной величиной которых является внешнее распределённое давление, или тензорезистивные, основанные на принципе тензоэффкета. Тензоэффект характеризуется величиной тензочувствительности, устанавливающей связь между относительным изменением сопротивления и относительной деформацией в направлении измерений. Для измерения внутренних напряжений (при этом масса сопоставляется с напряжённостью в материале) и малых деформаций материала (масса сопоставляется с изменением длины) – тензорезисторы, чувствительные именно к деформациям материала, на который они наклеены. В системе электрических измерений неэлектрических величин они занимают важное место. Эти приборы, позволяют измерять деформации твёрдых тел, возникающие под действием каких-либо внешних или внутренних факторов.
Во-вторых, посредством упругих элементов можно преобразовывать измеряемое усилие, давление или крутящий момент в достаточно большое (доли миллиметра) перемещение и тогда уже применять преобразователи, воспринимающие перемещение.
Оба эти метода применяют на практике, а выбор того или иного из них определяется конкретной задачей. Одним из важных условий выбора метода построения приборов для измерения усилий, давлений или деформаций является характер изменения измеряемой величины во времени. Так, например, для измерения деформаций и механических напряжений в статическом режиме наиболее часто используют тензорезисторы и струнные или индуктивные тензометры.
Электротензометрическая установка, как и всякая другая, входящая в систему электрических измерений неэлектрических величин, состоит из воспринимающего устройства, передающего устройства и индикатора. Главной частью воспринимающего устройства является чувствительный элемент, называемый датчиком, а в тензометрической аппаратуре соответственно – тензодатчиком.
Для измерения деформаций в приборах тензодатчик наклеивается на упругий элемент, а концы обмоток подводят к измерительному прибору, проградуированному в единицах веса. Использование такого электрического метода измерения неэлектрической величины позволяет получить вполне удовлетворимую точность результата измерений.
Упругим элементом для измерения давления является мембрана на которую наклеиваются тензорезисторы, имеющие мостовую схему включения. Кроме того, электрическая схема содержит специальные резисторы, с помощью которых осуществляется температурная компенсация и регулировка чувствительности всего устройства. В лучших приборах такого рода при изменении температуры на 100 С показания прибора изменяются не более чем на 0.025%.
1.2 Обзор тензорезисторов.
1.2.1. Проволочные тензорезисторы.
Проволочные тензорезисторы имеют в качестве чувствительного элемента решетку, выполненную из тонкой проволоки диаметром от 2 до 30мкм, полученной методом волочения или методом микрометаллургии. Проволочные тензорезисторы отличаются относительной простотой изготовления, не требуют сложного оборудования для производства и в равной степени пригодны при измерениях статических и динамических деформаций. Это в основном обусловлено совершенством формы сечения и поверхности тянутой и литой проволоки, используемой для изготовления решетки, что определяет её высокую деформативность и динамическую стойкость. Проволока легко поддаётся специальной термообработке, что позволяет успешно использовать её для высоко- и низкотемпературной тензометрии.
Основным недостатком проволочных тензорезисторов является трудность образования сложных форм решеток, а также с базами меньше 3мм.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.