metodichka (Метода с пятью лабораторными работами по дисциплине Тех. измерения и приборы), страница 2

Так как для большинства металлов μ = 0,3, то К = 1,6 + .

4. КОНСТРУКЦИИ И НАКЛЕЙКА

Рассматривая конструкции проволочных тензорезисторов, (Рисунок.2) выделим следующие моменты:

а) материал проволоки;

б) форма преобразователей;

в) подложка;

г) клей;

д) токоподводы;

е) защита преобразователей.

Материал должен обладать высокой прочностью на растя­жение.

Распространение формы показаны на Рисунке 2. Плоская кон­струкция (Рисунке 2,а) находит преимущественное применение, т.к. решетка 2 ближе к поверхности деформируемой детали.

Намотанный на сплюснутую трубку 7 тензорезистор (Рисунок 2,б) проще в производстве при l < 10мм.

Тканый тип (Рисунок 2,в) применяется при измерении дефор­маций в тканях (в пряже 10).

Преобразователь из травленной фольги (Рисунок 2,г) имеет по сравнению с проволочными тензорезисторами: меньшую попе­речную чувствительность, более высокую допустимую плотность тока, более сложный профиль рисунка, массовость производст­ва.

Подложка 6 не должна нарушать прочной связи между иссле­дуемой деталью и решеткой. Ее выбор зависит, в основном, от клея 4, который в свою очередь должен подходит к материалу детали и материалу преобразователя.

Токопроводящие провода 3 могут быть причиной нестабиль­ности преобразователя. Точка соединения между решеткой из тонкой проволоки и более толстыми проводами является наибо­лее вероятным местом усталостного излома.

Главной проблемой защиты проволочных преобразователей при нормальной температуре является влажность. Защитным сло­ем служит клей.

5. МАРКИРОВКА ТЕНЗОПРЕ0БРА30ВАТЕДЕЙ.

Маркировка тензопреобразователей осуществляется многоэлементным шифром. Расшифровка каждого из элементов будет по­нятна из следующих примеров:

I – цифра "2" - означает, что основа бумажная, пропитанная клеем БФ2;

II – буква – характеризует тип тензопреобразователя (п – проволочный, ф – фольговый);

III – буква – характеризует материал проволоки (к – константан);

IV – буква – характеризует форму тензопреобразователя (П – прямоугольная, Р- розеточная, М – мембранная).

Буквы А,Д,В,Г характеризуют подтип фольговых тензопреобразовате­лей.

Для проволочных тензопреобразователей буквы: Б – бумажная основа, П – пленочная основа);

V – число – характеризует длину базы в мм;

VI – число – характеризует номинальное сопротивление решет­ки в Ом;

VII –буквы – характеризуют температуру наклейки тензопреобра­зователя (X - температура = 30°С; Г - температура = 180°С)

6. ИЗМЕРТЕЛЬНЫЕ ЦЕПИ С ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ.

Проволочные тензопреобразователи почти всегда использу­ются в мостовых цепях. Общая схема тензометрического моста показана на Рисунке 2а, где А, В, С, Д – плечи моста с сопротив­лениями R₁, R₂, R₃ и R₄. На вход подается напряжение пита­ния моcта Е, а к выходу подключается отсчетно - регистрирую­щее устройство (нагрузка). В тензомост может быть включен один, два или четыре тензопреобразователя.

Возможные схемы расположения тензопреобразователей на испытуемой детали, показаны на Рисунке 3

На Рисунке 3,б – единственный активный преобразователь. Это простое устройство пригодно только для динамических измерений вследствие значительного влияния температуры окружающей среды на равновесие моста, согласно которому выходной ток обращается в нуль только при R₁ * R₄ = R₂ * R₃.

Однако сопротивление R₁ тензопреобразователя A подвержено влиянию температуры, которая вызовет разбаланс моста. Если сопротивление плеч равны, т.е.

R₂ = R₃ = R₄ = R₁ = R, внутреннее сопротивление источника питания пренебрежимо мало, а сопротивление: нагрузки велико, то выходной сигнал:

,

где κ - тензочувствительность;

ε₁ - относительное изменение сопротивления R₁.

На Рисунке 3,в – один активный преобразователь А и компенсирующий (холостой) преобразователь B. Холостой преобразователь монтируется так, чтобы на него не влияли главнее деформации. Когда передача деформации совершенно недо­пустима, холостые преобразователи монтируются на неплотно прикрепленных планках, но необходимо чтобы температуры активного и холостого преобразователей были одинаковыми. В это случае изменение температуры приведет к одинаковому изменению сопротивлений, R₁ и R₂ и равенство: R₁ * R₄ = R₂ * R₃ не нарушится до тех пор, пока не будут действовать главные деформации. Выходной сигнал равен:

На Рисунке 3,г – два активных тензопреобразователя с со­противлениями R_1*R₄ и два холостых, обеспечивающих тем­пературную стабилизацию. Выходной сигнал равен:

,

где ε₁ = ε₄; ε₄ – относительное изменение сопротивле­ния R₄.

На Рисунке3,д – два активных тензопреобразователя с со­противлениями R₁*R₂, образующих дифференциальную пару. Температурная компенсация имеется, т.к. активные тензопреобразователи находятся в смежных плечах моста. Выходной сигнал равен:

.

На Рисунке3.е – два активных тензопреобразователя толь­ко для продольных напряжений. Температурная компенсация от­сутствует. Выходной сигнал равен:

.

На Рисунке3.ж – два активных тензопреобразователя для продольных напряжений и два холостых тензопреобразователя. Температурная компенсация имеется. Выходной сигнал равен:

.

На Рисунке 3.з – четыре активных тензопреобразователя для изгибных напряжений образуют двойные дифференциальные пары. Температурная компенсация имеется. Выходной сигнал наибольший:

где |ε₁| = |ε₂| = |ε₃| = |ε₄|, т.е. относительные измене­ния сопротивлений R₁, R₂, R₃, R₄ тензорезисторов А,В,С,Д численно равны. Эта схема является наиболее желательным включением тен­зорезисторов. Во многих случаях мостовая цепь с тензорезисторами под­ключается своим выходом к гальванометру (вибратору) осцил­лографа непосредственно или через усилитель постоянного тока (см., например, усилитель "ТОПАЗ").

7. ТЕНЗОРЕЗИСТИВНЫЕ ДАТЧИКИ.

Тензорезистивными датчиками в более широком смысле называется устройства, которые измеряют не только деформа­ции, но и другие физические величины с помощью тензорезис­торов. Это достигается путем наклейки тензорезисторов на де­таль (пружину), деформация которой пропорциональна измеря­емой величине. Кроме наклеиваемых, существуют "свободные" тензопреобразователи, которые содержат проволочные нити, ис­пытывающие деформацию. Рисунок4 служит иллюстрацией различия между двумя этими датчиками, предназначенными для измерения давления.

На Рисунке 4.а давление деформирует сильфон 2, который стержнем 3 через шарнир 4 воздействует на консольную пружи­ну 5 с наклеенным на нее тензорезистором 1,

На Рисунке 4,б давление перемещает платформу 7, смонтиро­ванную на пружинах 8, изменяя натяжение проволочных нитей 6. Эта конструкция отличается более эффективной работой тензопреобразователя 6 и хорошей температурной стабильностью (в случае использования полного моста из тензорезисторов).

Тензодатчики являются универсальными и могут с успехом использоваться также при измерении сил, ускорений и в дру­гих случаях. Два их основных недостатка – малый выходной си­гнал и необходимость довольно больших значений деформации при­водит к тому, что индуктивные или емкостные датчики во мно­гих случаях являются более предпочтительными.

8. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ.

Все детали для исследования тензопреобразователей смон­тированы на основании I (Рисунок5). На основании закреплены три кронштейна 2,3,4. На кронштейне 2 с помощью пластины 5, винтами 6 закре­плена консольная, упругая пластина 7 с наклеенными с обеих сто­рон тензопреобразователями и выводами 8 тензопреобразователей припаяны к контактным штырям платы 9, соединенными с контактными переключателями 10. С помощью ручки 11 переключателя достигается включение тензорезисторов в схему тензомоста. На кронштейне 4 закреплен стрелочник 12 из­мерительный наконечник которого воспринимает перемещения пластины 7. На кронштейне 3 смонтирована винтовая пара 13 таким образом, что наконечник винта упирается в пластину 7.

При вращении винта пластина 7 изгибается, что вызывает деформа­цию проволоки тензорезисторов 8 и перемещение измерительно­го наконечника индикатора 12. При крайнем правом положении ручки 11 тензорезисторы включаются в схему полумоста (см. Рисунок 3.д) При крайнем левом положении ручки 11 тензорезисторы включаются в схему полного моста (см. Рисунок 3.з).

9. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Поставить ручку 2 (Рисунок 5) в крайнее правое положе­ние (схема полумоста).

2. Вращать винт 13, изменяя при этом прогиб балки соглас­но табл. 1