Измерение напряжений, деформаций и нагрузок с помощью тензодатчиков и методы их тарировки

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

CИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

(СФУ)

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Кафедра «Автомобили и двигатели»

Лабораторная работа №1

Измерение напряжений, деформаций и нагрузок с помощью тензодатчиков и методы их тарировки

Выполнил:

Ст-т гр. АТ55-1

Попова А. В.

Проверил:

С. А. Катаев

Красноярск 2007

Измерение напряжений, деформаций и нагрузок с помощью тензодатчиков и методы их тарировки

Цель работы: ознакомление с методикой измерения нагрузок, напряжений и деформаций в деталях автомобиля и тарировка тензодатчиков в комплексе с усилительной регистрирующей аппаратурой.

Оборудование:

1) тарировочный стенд;

2) источник питания «Агат»;

3) тензоусилитель «Топаз-3»;

4) тензодатчики;

5) детали автомобиля;

Для оценки напряженно-деформированного состояния деталей и узлов автомобилей при эксплуатации и специальных режимах их работы, определения сил и моментов, разработки расчетных режимов, позволяющих на стадии проектирования машин прогнозировать их работоспособность, широкое применение получил метод измерений с помощью тензорезисторов. В основе работы тензорезисторов лежит явление тензоэффекта, заключающееся в изменении сопротивления проводников и полупроводников при механической деформации.

Чувствительные элементы тензорезисторов могут быть выполнены в виде петлеобразной решетки из тонкой проволоки, фольги (рис. 1) или пластинки монокристалла из полупроводникового материала. Чувствительный элемент 4 обычно прикрепляют к основе 2 из изоляционного материала (бумага, лаковая пленка и т.п.) с помощью связующего 3 (клея, цемента), которые передают деформацию чувствительному элементу. Для электрического соединения тензорезистора с измерительной аппаратурой имеются выводы 1.

Рисунок  1 -  Схема тензорезистора с чувствительным проволочным элементом, L - база; 1 - выводы; 2 - основа; 3 - связующее; 4 - чувствительный элемент

Основной характеристикой тензорезисторов является их чувствитель-ность S, определяемая соотношением:

где  - относительное изменение сопротивления тензорезистора при его деформации;

- величина относительного изменения базы, в зависимости от   применяемого материала чувствительного элемента , изменяется от 0,4 до 10.

Маркировка тензодатчиков

Проволочные тензодатчики. Пример маркировки: ПКБ - 10 - 100Х, где П - тип (проволочный); К - материал проволоки (константан); Б - материал основы (бумажная); 10 - база проволочной решетки, мм; 100 - сопротивление датчика, Ом; X - способ наклейки (холодный). Для решетки проволочных датчиков наиболее часто применяются следующие материалы: константан, железохромаллюминий, платиноиридий, хромель, изоэластик, манганин и нихром.

Фольговые тензодатчики. Пример маркировки: ФКПА - 10 - 100, где Ф

- тип (фольговый); К - материал фольги; П - вид датчика (прямоугольный); А - подвид; 10 - база, мм; 100 - сопротивление, Ом. Материал фольги - тот же, что и для проволочных тензодатчиков. Преимуществами фольговых преобразователей являются меньшая чувствительность в поперечном направлении ввиду увеличения ширины поперечных участков решетки и лучшие условия охлаждения, что позволяет увеличить рабочий ток и повысить чувствительность датчиков.

Полупроводниковые тензодатчики. Пример маркировки: Ю - ЗА, Ю - 12А - кремниевые тензорезисторы с базой соответственно 1,4 и (2,4 -6,4) мм и сопротивлением 110-220 Ом и 110-750 Ом. Полупроводниковые тензорезисторы обладают высокой чувствительностью (S=50-200), что дает возможность применения их без усилительной аппаратуры, однако их сопротивление и чувствительность после приклеивания к исследуемой детали могут существенно измениться. Кроме того, преобразователи весьма чувствительны к температуре, поэтому находят применение в основном при измерении малых динамических деформаций, где решающим фактором является коэффициент тензочувствительности.

Подготовка тензодатчиков

Исходя из задач исследований, требуемой чувствительности и точности измерений, а также свойств материала исследуемой детали выбирается тип тензорезисторов. При этом необходимо помнить следующее:                                       - при малых величинах сопротивления, в большей степени начинает сказываться влияние переходных сопротивлений в измерительной цепи, вместе с тем большие сопротивления (свыше 400 Ом) являются причиной увеличения уровня электрических и магнитных помех; поэтому наиболее распространено применение датчиков с сопротивлением 100-400 Ом;