Измерение статических деформаций с помощью тензорезистивных преобразователей. Четырехканальный тензорезистивный измерительный преобразователь деформации в напряжение

РАБОТА № 8

ИЗМЕРЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ С ПОМОЩЬЮ ТЕНЗОРЕЗИСТИВНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

1. Цели работы

Практическое ознакомление с устройством, методами испытаний и применением тензорезисторов для измерения механических упругих деформаций механических конструкций, с методикой калибровки тензорезистивных преобразователей, с принципами построения и методами калибровки тензорезистивных измерительных преобразователей деформации и силы в напряжение и цифровой код.

2.Объекты исследования

Тензорезисторы.

Четырехканальный тензорезистивный измерительный преобразователь деформации в напряжение.

Макет тензорезистивного измерительного преобразователя силы в напряжение.

3.Программа работы

3.1. Калибровка одиночных тензорезисторов на образцовой пластине с оценкой характеристик погрешности результатов калибровки.

3.2.* Определение предельных значений характеристик погрешности для партии однотипных тензорезисторов.

3.3 Калибровка макета тензорезистивного преобразователя силы в напряжение.

3.4 Измерение деформаций консольной балки

Примечание.

*) Выполнение п. 3.2 - по специальному заданию преподавателя.

4. Используемые приборы и оборудование

4.1. Перечень оборудования и приборов

Устройство для калибровки тензорезисторов.

Консольная балка с наклеенными на ней тензорезисторами, как пример механической конструкции, деформации которой надлежит измерить, и как упругий элемент датчика силы.

Четырехканальный вторичный измерительный преобразователь изменения сопротивления тензорезисторов в напряжение.

Ампервольтомметр цифровой ФЗО (см. часть I [1] п. 1.4.5).

Универсальный мост Е7-10 (см. часть I [1], п. 1.4.8).

Гири.

4.2. Тензорезисторы

В работе применяются тензорезисторы с номинальным сопротивлением к 425 Ом, изготовленные из константановой проволоки диаметром 0.02 мм. Сопротивление проволоки, как известно, равно

      (1)

где L, d - ее длина и диаметр, ρ - удельное сопротивление константана. При растяжении проволоки увеличивается ее длина L, уменьшается диаметр d и увеличивается ρ. Обозначим относительное увеличение длины (то есть относительную деформацию) проволоки через δL, относительное изменение ее диаметра через δd, а относительное изменение ρ - через δρ :

Относительная деформация проволоки тензорезистора не должна превышать пределов упругих деформаций, то есть 1%. Поэтому для определения относительного изменения сопротивления тензорезистора можем применить к выражению (1) первые дифференциалы:

     (2)

Слагаемые в правой части равенства (2) пропорциональны δL, откуда следует прямая пропорциональная зависимость δR от δL:

     (3)

где S - коэффициент тензочувствительности тензорезистора.

Для проволочных тензорезисторов, как правило, δd≈-0.34 δL, δρ≈0.3 δL, откуда следует, что коэффициент тензочувствительности подобных тензорезисторов может принимать значение примерно от 1.8 до 2.2.

Относительная деформация е объекта, подлежащая измерению, в идеальном случае должна вызывать точно такую же относительную деформацию δL тензорезистора, то есть δL=ε. Тогда обязательно будет

     (4)

Для обеспечения точной передачи деформации исследуемого объекта (элемента конструкции) к деформации тензорезистора его тщательно наклеивают на объект с помощью специального клея, обладающего высокими клеящими свойствами и, желательно, наименьшей эластичностью. Эти свойства клей должен сохранять длительное время под действием неблагоприятных внешних условий (температура, влажность, агрессивная среда и т.п.). Конструкция тензорезистора и его крепление на объекте показаны на рис. 1. Тензорезистор ориентируется в направлении деформации, подлежащей измерению

4.3. Устройство для калибровки тензорезисторов

Целью калибровки тензорезисторов является определение коэффициента тензочувствительности S партии однотипных тензорезисторов по результатам экспериментального определения коэффициентов тензочувствительности отдельных экземпляров из этой партии, поскольку испытания тензорезисторов выполняются с их разрушением. Обязательному определению подлежат также характеристики возможного разброса коэффициентов тензочувствительности остальных тензорезисторов (ТР) из этой же партии, которые испытаниям не подвергались. Существенно используется математическая модель тензорезистора, представленная линейной зависимостью между относительной деформацией и δR (4).

Для определения коэффициента S из (4) калибровочное устройство (КУ) должно обеспечивать точное дозирование относительной деформации ε тензорезистора и точное измерение сопротивления тензорезистора при каждом значении ε.

Установление заданных значений деформации достигается за счет изгиба консольной трапецевидной пластины, форма и размеры которой приведены на рис. 2.

Форма пластины обеспечивает постоянство деформации ее поверхности