Ремонт принтеров, сканнеров, факсов и остальной офисной техники


назад Оглавление вперед




[0]

Применение тензодатчиков с системой RealLab!

> Вводные понятия

Деформацией твердого тела называется изменение его размеров и объема. Деформация тела под действием приложенной силы называется растяжением или сжатием. Сжатие можно рассматривать как отрицательное растяжение. Деформация называется упругой, если она исчезает после прекращения действия силы. Неупругая деформация называется пластической. Относительное растяжение (относительная деформация) e определяется как

где DL - абсолютное растяжение, L - размер образца вдоль направления приложения силы (рис.1).

Рис. 1. К понятию деформации

Напряжением s называется физическая величина, численно равная упругой силе, приходящейся на единицу площади сечения тела S (рис. 1):

s - F .(2)

При упругой деформации напряжение s пропорционально относительной деформации (закон Гука):

s - K-e,(3)

где K - модуль упругости. Величина, обратная K , называется коэффициентом упругости. Напряжение, при котором нарушается закон Гука, называется пределом пропорциональности. В случае продольного растяжения (сжатия) модуль упругости называется модулем Юнга.

Относительное продольное растяжение образца сопровождается его относительным поперечным сужением (расширением) DA-. Отношение относительного поперечного сужения к относительному продольному удлинению называется коэффициентом Пуассона дА

Для стали коэффициент Пуассона имеет величину от 0,25 до 0,3.

нил ап rlda


Пределом упругости называется максимальное напряжение, при котором еще не получается остаточной деформации (после снятия приложенной силы). Пределом текучести называется состояние деформируемого тела, при котором его удлинение происходит без увеличения приложенной силы. Пределом прочности называется напряжение, непосредственно предшествующее разрушению образца.

Относительное удлинение тензодатчика является безразмерной величиной. Однако, поскольку относительное удлинение измеряется тысячными и миллионными долями, для удобства оперирования числами используются безразмерные единицы измерения, такие как мм/м, мкм/м, а в зарубежной литературе

чаще всего используется единица микрострейн или микрос, равная 10-6 .

Тензодатчика

Среди многих методов измерения напряжения в твердых телах наиболее распространенным является измерение с помощью тензодатчиков, у которых электрическое сопротивление изменяется пропорционально величине деформации тела. Например, пьезорезистивный тензодатчик представляет собой полупроводниковый прибор, сопротивление которого нелинейно зависит от его деформации. Однако наиболее распространенные тензодатчики изготавливаются из металла.

Металлический тензодатчик состоит из очень тонкого провода или, более часто, металлической фольги, сформированной в виде змейки (рис.2) и нанесенной на подложку (носитель), которая непосредственно приклеивается к испытываемому телу. Длина тензодатчиков колеблется от 0,2 мм до 10 см.

Рис.2. Структура и фотография металлического тензодатчика

Змеевидная структура датчика обеспечивает большое относительное изменение длины фольги вдоль датчика и очень малое изменение при растяжении датчика в поперечном направлении. В такой структуре минимизировано также влияние коэффициента Пуассона на результат измерения.

Серийные тензодатчики имеют сопротивление от 30 Ом до 3 кОм при типовых значениях 120 Ом, 350 Ом, и 1 кОм.

Для точной передачи растяжения образца через подложку на металлический проводник очень важно правильно прикрепить тензодатчик к испытываемому образцу. Для этого лучше всего пользоваться информацией, предоставляемой изготовителем тензодатчика.

Основным параметром тензодатчика является его чувствительность к растяжению, характеризуемая тензорезистивным коэффициентом GF, который определяется как отношение относительного изменения сопротивления тензодатчика к его относительному удлинению:

DR / R DR / R

Тензорезистивный коэффициент для металлический тензодатчиков примерно равен 2.

нил ап rlda


Длина чувствительного элемента тензодатчика и длина подложки изменяется также в зависимости от температуры. Поэтому, несмотря на специальные меры, принимаемые при изготовлении тензодатчиков их производителями, существует проблема компенсации их температурной чувствительности.

Измерения с помощью тензодатчиков

Измерения с помощью тензодатчиков требуют регистрации очень малых изменений сопротивления. Например, относительное изменение сопротивления, вызываемое относительным растяжением 0,0005 при тензорезистивном коэффициенте, равном 2, составит 0,1%, что для тензодатчика сопротивлением 120 Ом составит всего лишь 0,12 Ом. Чтобы измерять столь малое изменение сопротивления и скомпенсировать температурную погрешность, тензодатчики практически всегда используют в мостовой схеме (мост Уитсона, рис.3), подключенной к источнику напряжения или тока (источнику питания моста).

Выходное напряжение моста равно

При условии баланса моста (R / R2 - R4 / R3) его выходное напряжение равно Vo - 0. Малейшая разбалансировка моста приводит к появлению ненулевого выходного напряжения. Поэтому если на рис.3 сопротивление R4 заменить на сопротивление тензодатчика Rq , т.е. (R4 -Rq ), то изменение сопротивления тензодатчика вследствие его растяжения приведет к появлению напряжения на выходе моста.

Обозначим абсолютное изменение сопротивления тензодатчика через DR . Тогда, как следует из (5), DR-RQ -QF-e .(7)

Если сбалансировать мост таким образом, чтобы при отсутствии растяжения тензодатчика R =R2 и R з = Rq , то из (6) получим

Vo - Rq R2 - 1

Vex Rq + Rq +DR R2 + R2 2 + QF-e

4 + 2-QF-e

или, окончательно,

Vo - QF-e

1 + QF-e J

нил ап rlda



[стр.Начало] [стр.1] [стр.2]