Измерение деформаций и напряжений в элементах конструкций: Методические указания к лабораторному практикуму по дисциплине «Обследование, испытание зданий и сооружений»

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Тензорезистор – это датчик сопротивления, представляющий собой проволочную или фольговую решетку 1 (рисунок 1), размещенную на подложке 2 из бумаги либо полимерной пленки.

Рисунок 1 - Устройство тензорезистора

Основными характеристиками тензорезисторов являются размер    базы датчика (длина решетки) , величина электрического сопротивления  и коэффициент тензочувствительности

,                                            (1)

где  - относительное изменение сопротивления датчика при относительной деформации  решетки;

Для измерения деформаций тензорезисторы прочно наклеивают на поверхность элементов конструкций и соединяют их по схеме измерительного моста (рисунок 2). Измерительный мост состоит из следующих элементов:  - соответственно рабочий (активный) и компенсационный тензорезисторы;  - переменные сопротивления для регулирования измерительного моста. Обычно  размещаются в регистрирующем приборе.

Исходное состояние измерительного моста характеризуется тем, что произведение сопротивлений в противоположных плечах равны между собой и на выходе измерительного моста отсутствует сигнал,   т. е. при

; .

Если сопротивление рабочего датчика  изменится, то условие равновесия противоположных плечей измерительного моста нарушается и на выходе появляется сигнал, т.е. при

; .

Рисунок 2 - Схемы измерения напряжений

с помощью тензорезисторов

При нагружении конструкции в ее элементах возникают деформации, которые передаются на решетку наклеенного на элемент тензорезистора. В результате деформации решетки сопротивление рабочего тензорезистора изменяется, при этом нарушается равновесие измерительного моста и на его выходе появляется сигнал, по которому определяют величину и знак деформаций в элементах конструкции.

Компенсационный датчик предназначен для компенсации изменения сопротивления рабочего датчика при изменении температуры элемента. Обычно этот датчик располагают таким образом, чтобы он не подвергался деформации, возникающей при нагружении элемента.

Измерительный мост подключается к регистрирующему прибору.

В зависимости от типа регистрирующего прибора измерение деформаций может производиться методом непосредственных отсчетов, при котором используется неуравновешенная мостовая схема (рисунок 2,а), и методом нулевого отсчета, предусматривающим использование уравновешенной мостовой схемы (рисунок 2,б).

В первом случае величину деформаций находят непосредственно по уровню сигнала на выходе измерительного моста при измерении сопротивления рабочего тензорезистора.

Во втором случае для измерения деформаций производят повторное уравновешивание измерительного моста с помощью реохорда и по изменению положения его движка (точка А) по отношению к первоначальному положению (точка Б) определяют величину деформаций или напряжений по шкале реохорда (см. рисунок 2,б).

В данной работе измерение деформаций и напряжений следует произвести с помощью приборов АИД-4, ЦТМ-5 и тензометром рычажного типа.

ОПИСАНИЕ ПРИБОРОВ

Цифровой тензометрический мост ЦТМ-5 служит для измерения статических деформаций в элементах конструкций методом непосредственных отсчетов. Прибор состоит из блока измерения (БИ) и блока коммутации (БК) (см. планшет на рабочем месте).

Технические данные прибора ЦТМ-5

1.Цифровой диапазон измерений от 0000 до 3999 единиц относительной деформации (ЕОД), (ЕОД=1х10^-6 ).

2.Цена единицы показаний прибора - 5 ЕОД.

3.Время одного измерения не более 1,2 сек.

4.Сопротивление применяемых тензорезисторов от 50 до 200 Ом.

5.Количество измерительных каналов - 100.

Прибор ЦТМ-5 работает в ручном и автоматическом режиме, а также в режиме повторения цикла измерения по одному каналу. Прибор может работать одновременно и раздельно с вычислительной электронной клавишной машиной «Искра-108Д» в режиме печати и с перфоратором ПЛУ-1 в режиме кодирования результатов измерений в двоично-десятичной форме.

Измерение деформаций в приборе ЦТМ-5 осуществляется следующим образом. Внешние полумосты в ручном или автоматическом режиме последовательно от 1 до 100 подключаются через блок коммутации к блоку измерения. В блоке измерения имеется высокоточный эталонный полумост. В момент измерения текущее значение сопротивления внешнего полумоста сравнивается с эталонным значением. Разница в сопротивлениях внешнего и эталонного полумоста высвечивается на  цифровом табло прибора и одновременно подается на печать и перфорацию.