Тензометр это: тензометрирование конструкций, принцип действия и устройство

тензометрирование конструкций, принцип действия и устройство

Тензометр – это прибор, который преобразует физическую величину силы воздействия на объект в электрический сигнал. Изменения тока в цепи отображаются на интерфейсе тензометра числовыми величинами в единицах измерения силы.

Тензорезисторы

Тензорезисторы

Содержание

Физические принципы тензометрии

Метод тензометрии – это способ определения напряжённого состояния какой-либо конструкции при возникновении локальных деформаций. Методика измерений позволяет выявить слабые места конструкции, находящейся в напряжённо-деформированном состоянии. Существует несколько способов измерения деформаций:

  • оптический;
  • пневматический;
  • акустический;
  • электрический;
  • рентгеновский.

Оптический

Оптоволоконные датчики приклеивают к массиву. С помощью оптоволоконной нити, в которой сформирована брегговская решётка, происходит фиксация изменения геометрии поверхности исследуемого объекта. В результате обработки полученного электронного сигнала результат отображается на экране прибора.

Важно! Деформации оптически прозрачных тел измеряют методами, основанными на эффекте двойного лучепреломления. Также величину фотоупругости нагруженного тела меряют способом вращения плоскости поляризации.

Пневматический

Применяют поток сжатого воздуха в сопле, направленного на исследуемую поверхность объекта под силовым напряжением. Малейшее изменение расстояния между соплом и телом вызывает изменение давления воздушного потока, которое регистрируется специальными датчиками.

Акустический

Пьезоэлектрическими элементами отмечают изменения акустических параметров объекта. То есть происходят замеры скорости звука, акустического сопротивления и его затухания. В другом случае струнные датчики под воздействием деформаций объекта меняют частоту собственных колебаний.

Электрический

Измерения деформаций фиксируются тензодатчиками. Они отражают изменения электрического сопротивления нагружаемого объекта. Измерительные элементы называют тензорезистивными датчиками.

Рентгеновский

В материалах, подвергающихся силовым воздействиям, меняются расстояния между атомами в кристаллической решётке исследуемого тела. Для фиксации динамики этих процессов применяют рентгеноструктурный метод.

Тензорезистивный метод

В основу этого самого популярного метода положен принцип измерения динамического изменения удельного электрического сопротивления испытуемой детали под нагрузкой. В качестве измерителей применяются полупроводниковые тензометрические датчики. Металлический датчик, улавливая колебания электрического сопротивления детали, сам меняет величину собственного сопротивления. Изменение характеристики тока, проходящего через датчик, отражает тензометр на своём интерфейсе.

Конструкция типичного металлического датчика

Тензометрирование осуществляется с помощью металлических датчиков плёночного типа. Их изготавливают несколькими способами, но конструкция остаётся одной и той же. В одном случае на полимерную плёнку накладывают трафарет (маску) и сверху напыляют тонкий слой металлического сплава.

По-иному токопроводящую форму резистора создают методом фотолитографии. На напылённую металлическую поверхность наносят фоторезист. Через фототрафарет просвечивают поверхность ультрафиолетом. В зависимости от вида фоторезиста, растворителем смывают засвеченные участки или необлучённые поверхности. Открытый металлизированный слой смывают кислотой, получая фигурную металлическую плёнку.

Тензометрический рисунок датчика напоминает по форме сжатую пружину в плане. Чтобы снизить влияние температуры на показания тензометра, для печатной формы датчика применяют металлические сплавы с низким коэффициентом удельного сопротивления.

Схема металлического датчика

Схема металлического датчика

Датчики имеют самоклеящуюся подложку. Плёнки приклеивают к поверхности исследуемых объектов: это могут быть рычажные весы, динамометры, валы автомобилей, секции трубопроводов. Таким же способом измеряют степень деформации валопроводов и опорных подшипников в машиностроении, и др.

Обратите внимание! Чувствительность тензорезистора зависит от ориентирования датчика по направлению приложения нагрузки к объекту. Если происходит сжатие или растяжение детали, то продольные линии тензорезистора должны располагаться по оси приложения нагрузки. В противном случае чувствительность датчика будет равна нулю.

Измерительная схема

Тензорезисторная измерительная схема включает в себя так называемый сбалансированный мост Уинстона. Ниже на рисунке он представлен со встроенным по диагонали вольтметром. Проводник A – D замкнут на источнике постоянного напряжения.

Измерительный мост тензометра

Измерительный мост тензометра

Переменный резистор R2 в отсутствие нагрузки сводит напряжение к нулю. Вольтметр диагонали B – C показывает изменение уровня напряжения в схеме при наличии нагрузки, приложенной к исследуемому объекту. Параллельно этому сигнал с линии B – C подаётся через дифференциальный усилитель в тензометр.

Применение тензометрии

Тензометрия является неотъемлемой частью испытаний макетов и экспериментальных образцов, проектируемых ответственных строительных конструкций, продукции авиапрома, космической техники и пр. Тензометрии подвергают здания и сооружения, в которых были замечены нарушения целостности конструкций.

На принципах тензометрии проектируют и производят приборы измерительного назначения. К ним относятся весы, динамометры, торсиометры (датчики крутящего момента). Тензорезисторы играют большую роль в профилактике и предупреждении возникновения возможных аварийных ситуаций, связанных с разрушением строительных конструкций, различного оборудования тяжёлой промышленности и т.п.

Тензометрические методы измерения

Тензометрические методы измерения

Принцип действия тензометра

Чтобы понять принцип действия тензометра, надо вернуться к рассмотрению вышеуказанной измерительной схемы. При возникновении деформации тензорезистор Rx меняет своё сопротивление, что вызывает падение потенциала в точке схождения R3 и Rx. В результате изменяется напряжение моста B – C. На изменение сопротивления тензорезистора Rx может оказывать побочное влияние окружающая температура. При получении результатов тестирования данные корректируют, внося поправки на изменение температуры.

Виды тензометров

Для измерения деформаций различных объектов были созданы тензометры, отличающиеся принципами действия и областями применения. По этим признакам измерительное оборудование подразделяют на следующие виды:

  • механическое;
  • резистивное;
  • струнное;
  • ёмкостное;
  • индуктивное.

Механические

Измерения основаны на фиксации изменения длины объекта под нагрузкой. Работа механического тензометра заключается в определении зависимости удлинения тела от напряжения в поперечном сечении.

Резистивные

Плёночные тензоризисторы, наклеенные в разных направлениях на теле объекта, при его сжатии или растяжении меняют своё электрическое сопротивление вместе с объектом. Точность измерений деформаций обеспечивается работой не одного датчика, а группы тензорезистров.

Плёночные тензорезисторы

Плёночные тензорезисторы

Струнные

Струнный вариант представляет собой стальную проволоку (струну), её натягивают между опорами, которые закрепляют на поверхности объекта. Суть измерений заключаются в определении отношения частоты колебания струны к степени её натяжения при изменении длины обследуемого тела под воздействием нагрузки.

Ёмкостные

В качестве датчика применяют конденсатор с переменной ёмкостью. Деформация объекта вызывает изменение зазора между пластинами конденсатора, что отражается на характеристике тока в измерительной схеме прибора.

Индуктивные

Устройство прибора основано на применении катушки индуктивности, в которой установлен подвижный сердечник. Он напрямую контактирует с поверхностью объекта. При малейшей деформации поверхности происходит смещение сердечника в катушке. Изменяющиеся параметры катушки индуктивности фиксируются через электросхему прибором.

Примеры использования тензометров

Одним из примеров может служить максимальная оптимизация степени натяжения полотна ленточной пилы. Также стоит упомянуть об обследовании железобетонных конструкций, которые производят с помощью тензометров, фиксирующих степень напряжения арматуры в массиве бетона.

Настройка тензометра

Настройку тензоизмерений производят с помощью компьютерной программы Тензометр. Операционная система позволяет осуществлять измерения с помощью тензометрических датчиков силы, крутящего момента на основе мостовых и полумостовых схем в тензостанции ZET 017-T. С её настройкой можно проводить измерения силы, крутящего момента, веса и смещений.

Самописец программы отображает фиксированные результаты в почасовом режиме. Статистика показаний отображается графически и в табличном виде.

Параметры

Комплекс измерений формируется выбором нужных характеристик в поле «Параметры» на интерфейсе программы. К ним относятся:

  • ток питания;
  • показания;
  • единицы измерений;
  • сглаживание;
  • коррекция;
  • инверсия данных.

Тензорезистор

Для его настройки пользуются окном программы – «Тензорезистор». Для выбора процесса измерений используют раздел «Файл калибровки». Высвечивается поле «Показания». В нём указываются данные датчика.

Тензодатчик

Используют поле программы – «Тензодатчик». Для настройки применяют два параметра: это чувствительность и предел измерений.

Многоканальный

Программа поддерживает многоканальные режимы измерений. Их использует при установке на объект группы датчиков.

Подсказки в программе Тензометр

Корректировщик программы укажет во всплывающем окне неправильное задание тех или иных параметров. Разработчики программного продукта учли самые распространённые ошибки и позаботились о следующих оповещениях:

  • отсутствие опорного канала;
  • неправильно заданы каналы;
  • низкий уровень опорного сигнала (ниже 3% верхнего диапазона).

Дополнительная информация. Программное обеспечение ZETLAB TENZO содержит программу Тензометр для всех тензостанций. При сбое программ подключают Ethernet. Для этого запускают панель ZETLAB, нажимают клавишу F1 и находят строку подключения к Ethernet.

Цифровой тензорезистор ZET

Цифровой тензорезистор ZET

Тензометрические обследования помогают избегать просчётов в проектировании объектов, испытывающих деформации различного характера под воздействием разных внешних факторов. Своевременное выявление причин, вызывающих изменения характеристик объекта, позволяет сохранить его эксплуатационные качества и предотвратить возникновение аварийных ситуаций.

Видео

принцип действия механического, струнного и других видов тензометров

 О чем эта статья

Тензометры это приборы измеряющие напряжение и деформацию на локальном участке. Существует несколько видов тензометров. Среди них механический, резистивных, струнный и другие виды. О них и пойдет речь в данной статье.

Вы также можете посмотреть другие статьи. Например, «Проведение измерений нутромером» или «Поверка средств измерения».

Как надежны создаваемые детали, устройства, сооружения? Как действуют на них различные внешние нагрузки? Эти вопросы волнуют конструкторов, строителей, эксплуатационников. Ответы на них можно получить с помощью тензометра.

Тензометр — это прибор, позволяющий измерить величину деформации изделия на локальном (базовом) участке. Полученная информация позволяет определять напряжения в изделии, разрабатывать более совершенные конструкции, предупреждать аварийные ситуации. Что такое деформация и какая она бывает рекомендуем прочитать в нашей статье — виды деформации твердых тел.

Тензометры используются для оптимального натяжения полотен ленточных пил, растяжек, стержневой и проволочной арматуры. В строительстве – для определения напряжений внутри железобетонных конструкций зданий, мостов, плотин, наровне с измерителями прочности бетонна. В машиностроении – для контроля наиболее ответственных деталей агрегатов, например, лопаток турбин. В текстильной промышленности – для регулирования натяжения движущейся пряжи, нитей.

Широкий круг задач и условий проведения измерений обусловил наличие тензометров, отличающихся по своему назначению и принципу действия. В работе рассмотрены два типа тензометров: механические и электрические. Последние, по принципу действия (определяется типом чувствительного элемента) подразделяются на:

  • Резистивные;
  • Струнные;
  • Емкостные;
  • Индуктивные;

 «Старейшими» тензометрами, появившимися в связи с появлением математических методов в исследовании материалов, являются механические. Поэтому рассмотрение принципа действия тензометров начнем именно с них.

Механические тензометры

Принцип работы механического тензометра базируется на прямой зависимости линейного удлинения испытуемого образца от напряжений в его поперечном сечении при действии деформирующей нагрузки.


Рис. 1.Схема механического тензометра рычажного типа.

Механический тензометр  (рис. 1) закрепляется на поверхности образца 1, опираясь на нее двумя призмами 2 и 3. Призма 2 является подвижной и расположена на расстоянии L от неподвижный призмы 3. Расстояние L является базовым. Рычажная система 4 вместе с подвижной призмой 2 воспринимает изменение размера образца при действии деформирующих сил. Она выполняет роль преобразователя незначительного изменения размера L в существенное перемещение указателя 5 по шкале 6. Коэффициент усиления определяется соотношением длин плеч рычажной системы и обычно лежит в пределах от 1000 до 12000.

Резистивный тензометр

Резистивные тензометры представляют популярную группу универсальных приборов для контроля растяжения или сжатия контролируемого изделия. В качестве чувствительного элемента в тензометрах этого типа используются тензорезисторы. Принцип действия тензорезистора базируется на изменении электрического сопротивления при деформации его вместе с изделием. Он представляет собой отрезок тонкой проволоки, уложенный змейкой на изоляционной основе. Для увеличения чувствительности в тензометрах используют по несколько тензорезисторов, включаемых по мостовой схеме.

Как и в механическом тензометре, во всех электрических тензометрах измеряется изменение базового расстояния. Тензодатчики встраиваются  в конструкцию элементов тензометра воспринимающих воздействие деформирующих сил.  Одна из конструкций тензометра, широко применяемая в строительстве и горном деле при заливке бетона, приведена на рис. 2.


Рис.2. Тензометр в исходном состоянии (а) и при действии растягивающих усилий (б).

Конструктивно тензометр состоит из мостовой схемы с тензорезисторами в ее плечах. Элементы схемы расположены внутри полого стержня 1 с базой равной расстоянию между силовоспринимающими фланцами 2 и 3 (рис. 2а) Внешние растягивающие силы внутри бетонной конструкции, воздействуя на фланцы, удлиняют стержень. Удлинение равно расстоянию перемещения фланца из положения 2 в положение 4 (рис. 2б). При этом изменяется сопротивление плеч моста и информация по кабелю 5 передается на средства обработки данных.

Струнные тензометры

Чувствительным элементом струнного тензометра служит отрезок стальной проволоки, закрепленной внутри трубки к ограничивающим  торцы крепежными блоками. Принцип работы тензометра заключается в наличии зависимости частоты колебаний проволоки (струны) от ее натяжения.

Устанавливается датчик на поверхности контролируемого изделия путем приварки шаблона, с помощью болтовых соединений или клея. Датчик является изделием многоразового использования. Съем информации с помощью кабеля.

Емкостные тензометры

В емкостных тензометрах роль чувствительного элемента выполняет конденсатор переменной емкости. Принцип работы этого вида тензометров основан на зависимости емкости конденсатора от величины зазора между его пластинами.

На рис.3 представлен один из возможных вариантов емкостного тензометра.


Рис. 3. Схема устройства емкостного тензометра.

Тензометр крепится на объекте контроля 1 посредством точечной сварки 2. Измерительный конденсатор 3 закреплен на ветвях силоизмерительной рамки 4, воспринимающей растяжение или сжатие объекта. Таким образом величина зазора однозначно связана с величиной деформирующей силы. Следует отметить, что эта зависимость носит нелинейный характер.

Индуктивные тензометры

В настоящее время выпускаются индуктивные тензометры двух видов. Первый – это тензометры с опорными призмами и регулируемой базой. Второй – с ножевыми опорами для работы с изделиями стержневого вида. В обеих чувствительным элементом служит катушка индуктивности с подвижным сердечником.

Катушка индуктивности закрепляется неподвижно на объекте. Подвижный сердечник соединен с ним через подвижную призму или нож и изменяет свое положение под воздействием деформирующей силы. Это перемещение приводит к изменению индуктивности или взаимоиндуктивности катушки. Зависимость электрических параметров катушки индуктивности от положения ее подвижного элемента положено в основу работы тензометров этого типа.

Примеры использования тензометров

На рис.4 показаны примеры использования двух типов тензометров.


Рис. 4. Тензометры в работе.

На рис.4 слева показан вариант применения механического тензометра для контроля натяжения ленточного полотна. На рис.4 справа – использование электрического тензометра для контроля несущих конструкций. Появление трещин вызывает скачкообразное увеличение показаний тензометра, что обычно предшествует разрушению материала.

Опубликована 02-03-13.


Если вам понравилась статья нажмите на одну из кнопок ниже

принцип работы, схема, примеры и т.д.

Тензометр — прибор для электрического измерения силы, который преобразует действие силы на объект в электрический сигнал, отражающий величину приложенной силы, вызывая изменения тока в цепи, который может быть измерен и отображен в единицах измерения силы.

Тензометр Тензометр
Обратите внимание на теорию автоматического регулирования и на приборы для регулирования.

Принцип действия тензометра

Для того, чтобы понять, как тензометры могут быть использованы как электрические приборы измерения силы, необходимо понять положения о давлении и растяжении.

Давление — это внутренняя реакция предмета или материала на силу. Растяжение — величина деформации, образованной в результате приложенной силы.

Если сила приложена, например, к стержню, то стержень испытывает давление и растяжением реагирует на приложенную силу путем изменения формы.

Чем больше сила, тем больше величина деформации. Это тот принцип, который позволяет использовать большинство тензометров, как электроизмерительные приборы для измерения силы.

Тензометр состоит из тонкого провода, обычно из никеля или платины, который заплетен вокруг штырей в виде сетки. Сетка встроена в бумажный или пластиковый несущий лист, который приклеивается или связывается с материалом, к которому будет приложена сила. Соединительные провода связывают сетку с цепью, которая предназначена для обеспечения показаний, приложенной силы. Таким образом, растяжение, образующееся в материале как результат приложенной силы, будет передан на тензометр, так как тензометр связан с материалом. Так как материал сдавлен, провод сетки будет растянут или сжат.

Так как сила приложена к материалу, к которому привязан тензометр, тензометр чувствует деформацию, образованную в результате давления, и изменяет свое сопротивление.

Например, если приложенная сила вызывает увеличение длины сетки, то ее поперечная область уменьшается, так как провод становится тоньше по мере его растяжения. Оба фактора в сочетании увеличивают сопротивление сетки. Изменение сопротивления тензометра вызывает изменение тока в цепи, измеряющей силу. Изменение тока в цепи измеряется и показывается прибором, шкала которого промаркирована в единицах измерения силы.

тензометр - это... Что такое тензометр?

  • тензометр — тензометр …   Орфографический словарь-справочник

  • ТЕНЗОМЕТР — прибор для измерения деформаций нагруженных механизмов и напряжений, возникающих в деталях. Чаще всего Т. представляет собою систему рычагов, которые острием опираются на поверхность деформированного тела; при удлинении тела рычаги передвигаются… …   Морской словарь

  • тензометр — сущ., кол во синонимов: 5 • пьезотензометр (1) • телетензометр (1) • тензодатчик …   Словарь синонимов

  • тензометр — Прибор для измерения упругих перемещений и деформаций нагруженных элементов сооружения и деталей машин [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] Тематики измерения неэлектр. величин прочие EN… …   Справочник технического переводчика

  • Тензометр — – прибор для измерения абсолютных удлинений или укорочений образца или элемента конструкции на определенной базе. [Справочник дорожных терминов, М. 2005 г.] Рубрика термина: Приборы Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы,… …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

  • тензометр — (от лат. tensus  напряжённый и ...метр), прибор для измерения деформации твёрдых тел (например, деталей машин, конструкций, сооружений). Наиболее распространены электрические тензометры на основе тензорезисторов. * * * ТЕНЗОМЕТР ТЕНЗОМЕТР (от лат …   Энциклопедический словарь

  • Тензометр — Extensometer Тензометр. Прибор для измерения изменений в длине образца, вызванных приложением или снятием нагрузки. Обычно используется при испытаниях на растяжение. (Источник: «Металлы и сплавы. Справочник.» Под редакцией Ю.П. Солнцева; НПО… …   Словарь металлургических терминов

  • ТЕНЗОМЕТР — прибор для измерения упругих перемещений и деформаций нагруженных элементов сооружения и деталей машин (Болгарский язык; Български) тензометър (Чешский язык; Čeština) tenzometr (Немецкий язык; Deutsch) Tensometer (Венгерский язык; Magyar)… …   Строительный словарь

  • тензометр — įtempio matuoklis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. tensometer vok. Dehnungsmesser, m rus. тензометр, m pranc. extensomètre, m ryšiai: sinonimas – tenzometras …   Automatikos terminų žodynas

  • тензометр — tenzometras statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Kietųjų kūnų deformacijos matuoklis. atitikmenys: angl. strain gage; strain gauge; strain meter; strain measuring device; tensometer vok. Dehnungsmesser, m; Tensometer, n rus …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • Тензометрия - это... Что такое Тензометрия?

    Тензометрия (от лат. tensus — напряженный и греч. metron — мера) — способ измерения напряженно-деформированного состояния конструкции. Базируется на определении напряжений и деформаций в наружных слоях детали с помощью тензодатчиков и регистрирующей аппаратуры.

    Тензодатчик представляет собой резистор, сопротивление которого изменяется при деформации. Его приклеивают к поверхности тестируемой детали, так, чтобы он деформировался вместе с ней. Используются одиночные тензорезисторы или блоки тензорезисторов, соединённые по схеме моста или полумоста.

    Регистрирующая аппаратура называется тензостанция. До 1980-х годов она представляла собой комплекс самописцев, регистрирующих значения сигналов датчиков на бумаге. Развитие компьютерной техники и АЦП изменило облик этой аппаратуры. На настоящий момент стала возможна не только регистрация сигналов тензодатчиков, но и их компьютерный анализ в реальном времени и автоматическая выдача управляющих сигналов для изменения режима работы тестируемой конструкции.

    Тензометрия широко используется для измерения веса.

    Принцип действия

    Рис. 1. Измерительный мост с вольтметром

    Тензодатчик включается в измерительный мост в качестве одного из сопротивлений (например, R2) (см. рис. 1). Если все сопротивления, составляющие мост, равны между собой, то при любых значениях напряжения между точками А и D токи через все резисторы по закону Ома будут равны между собой. Следовательно, напряжение между точками С и B будет равно нулю. Но если какое-либо сопротивление будет отличаться от трёх других, то между точками C и B появится разность потенциалов (напряжение). Если же это сопротивление будет менять своё значение под воздействием какого-либо внешнего физического фактора (изменения температуры, светового потока извне и т. д.), то напряжение между точками C и B будет менять своё значение в соответствии с изменением параметров внешнего физического фактора. Таким образом, внешний физический фактор является входным сигналом, а напряжение между точками C и B — выходным сигналом. Далее выходной сигнал можно подавать на анализирующее устройство (например, на персональный компьютер), где специальные программы могут его обрабатывать.

    В качестве резистора с переменным значением может использоваться тензодатчик — это такой «резистор», который может изменять своё сопротивление при изменении его длины или иной деформации. Если один конец тензодатчика закрепить на одной поверхности (назовём её Х), а другой конец тензодатчика закрепить на другой поверхности (назовём её Y), то с изменением расстояния между поверхностями Х и Y будет изменяться длина тензодатчика, а значит и его сопротивление, меняя напряжение между точками C и D. Таким образом, на анализирующем устройстве (например, на экране монитора компьютера) можно получить кривую, с большой точностью соответствующую колебаниям расстояния между поверхностями X и Y. Эту кривую и соответствующий ей сигнал можно анализировать. Такой способ измерения получил назваание тензометрии. Чувствительность тензометрических измерений расстояний между поверхностями Х и Y достигает долей микрометра.

    Помимо тензодатчиков, для измерения колебаний расстояния между двумя поверхностями часто используют пьезоэлектрические датчики. Последние во многих сферах вытеснили тензодатчики благодаря лучшим техническим и эксплуатационныи характеристикам.

    Ссылки

    1. Конструкция тензодатчика;

    Литература

    • Политехнический словарь / Ишлинский А. Ю. и др.. — 3 изд., перераб. и доп.. — М.: Советская энциклопедия, 1989. — С. 523. — ISBN 5-85270-003-7

    Электронное тензометрическое оборудование

    Что такое тензометрия

    Тензометрия (от латинского tensus - напряжённый и греческого μετρέω - измеряю) - это отрасль деятельности, которая изучает механическое напряжение и деформации материала, детали, а также изменение его физических свойств под влиянием нагрузки.

    Среди методов, которые использует тензометрия для определения степени деформации объекта, можно выделить:

    • Пневматический. Основан на измерении давления газа, подающегося к поверхности деформируемого материала.

    • Акустический. Измеряет изменение физических параметров звуковых волн, а также частоту собственных колебаний тела.

    • Оптический. Основан на измерении малых смещений поверхностей.

    • Рентгеновский. Регистрирует изменение атомной решетки.

    • Электрический. Измеряет физические параметры объекта при изменении механического напряжения или возникающие при деформации.

    Тензометрию нельзя назвать наукой в чистом виде, скорее это сфера деятельности человека и отрасль, основные принципы которой базируются на физических свойствах материала и объекта, а именно - на изменении физических свойств материального тела при его деформации.

    Практическое применение тензометрии

    Из всех вышеперечисленных, в практической деятельности наибольшее распространение получил принцип изучения электротехнических параметров объекта, в частности измерение изменения сопротивления при упругой деформации тела.

    На свойстве материалов изменять свое электрическое сопротивление в зависимости от конфигурации или размеров, был сделан целый класс метрологического оборудования - электронные тензометрические весы.

    Тензометрия в деталях:

    Тензорезистор Тензодатчик Тензометрические весы
    Тензорезистор
    Тензометрический датчик
    Тензометрические весы

    Тензометрическое оборудование

    Тензометрическое оборудование - это класс метрологической техники, которая производит измерение деформации чувствительного элемента в зависимости от внешней силы, приложенной к нему. Результатом измерения является определение величины этой внешней силы.

    Тензометрическое измерение может базироваться на любых свойствах материала, которые изменяются под воздействием приложенной силы:

    • Геометрическая форма

    • Скорость акустических волн

    • Изменение давления воздуха к приложенной поверхности

    • Мощность рентгеновского излучения, прошедшего сквозь тело элемента

    Но самое большое распространение в промышленности и научных исследованиях получил способ, измеряющий изменение сопротивления датчика в зависимости от приложенной нагрузки. Этот датчик называется тензорезистивный.

    Тензорезистивное устройство (датчик) представляет собой чувствительный элемент (тензорезистор), расположенный в корпусе из упругого материала, способный изменять электрическое сопротивление в зависимости от своей формы.

    Справочная информация

    В подавляющем большинстве случаев, когда речь идет о тензометрическом оборудовании, имеется в виду именно тензорезистивная техника. Поэтому ниже речь пойдет о тензорезистивных устройствах, которые по привычке будут называться тензометрическими. Все остальные типы тензометрического оборудования получили небольшое распространение и не являются массовыми образцами.

    Виды тензометрического оборудования

    Тензометрическое оборудование получило очень широкое распространение в метрологии. Так как силу нельзя измерить напрямую, тензорезистивные датчики стали основным способом измерения приложенной нагрузки, составив конкуренцию пружинным и торсионным весам и динамометрам. Тензометрическое оборудование можно поделить на следующие сферы использования:

    Электронные весы
    Электронные весы. Предназначены для измерения массы груза. Тензометрические весы - это основное направление тензометрии. В 9 случаев из 10 под тензометрическим оборудованием подразумеваются электронные весы. Тензорезистивный датчик измеряет вес и преобразует его в числовое значение. Зная вес неподвижного объекта, очень легко вычислить его массу.
    Тензометрический динамометр
    Динамометры. Предназначены для измерения усилия сжатия/растяжения. Все современные динамометры базируются на тензодатчиках, вытеснив устаревшие пружинные модели.
    Разрывная машина
    Силовоспроизводящие машины. Это промышленный аналог динамометра, который способен развивать усилие до 50 кН и более. В отличие от динамометров, которым нужны специальные крепежи на объекте (узлы встройки), разрывные машины имеют личные зажимы для испытуемого материала, соответствующие его физическим характеристикам.
    Кроме того, современные силовые машины измеряют усилие на разрыв и способны составлять график усилия/растяжения материала в режиме реального времени.
    Гидравлический пресс с регулировкой нагрузки
    Прессы. Очень часто снабжаются тензометрическим оборудованием, чтобы дозировать усилие. При этом тензооборудование может не только измерять, но и управлять давлением в системе, регулируя основные параметры пресса.

    Классификация тензометрического оборудования

    Все тензооборудование можно поделить на классы, характеризующие сложность и уровень вложенности технического устройства:

    Тензорезистор
    Тензорезистор. Является базовой единицей тензометрического оборудования. Именно на основании его измерений строится весь последующий цикл работ. При этом сам тензорезистор в большинстве случаев не является полноценным измерительным прибором и для того, чтобы он начал работать, требуется тензодатчик.
    Тензодатчик
    Тензодатчик. Это первичный прибор измерения. Представляет собой тензорезистор в специальном корпусе, который изменяет свою форму в соответствии с требованиями к его работе. Корпус сделан из специальной стали, которая обеспечивает достаточную пружинистость, возвращаемость тензорезистора в исходное положение и линейность показаний. Качество корпуса тензодатчика - это один из самых главных критериев работоспособности тензометрического оборудования. Достаточно сказать, что  именно состав и марку стали корпуса держат в секрете все производители тензометрических датчиков, а не его устройство.
    Весовой терминал
    Терминал. Вторичный прибор учета, преобразующий выходной сигнал с тензодатчиков в результат измерения и выводящий его на цифровое табло. Терминал может работать в ограниченном диапазоне точности, как и тензодатчики, поэтому необходимо подбирать модель, которая будет правильно интерпретировать показания измерительного устройства.
    Цифровые терминалы вообще привязаны к нескольким видам датчиков через протокол передачи данных и не могут быть использованы в других измерительных системах. Равно как и наоборот.
    Тензометрическое оборудование
    Измерительное устройство. Это комплекс промышленного оборудования, состоящий из тензодатчиков, грузоприемной платформы и терминала, установленный на конкретном объекте - весах, дозаторе, динамометре, машине, прессе. При этом измерительное устройство является единственным видом измерительной техники, которая сертифицируется на измерение массы груза. Нельзя группу тензодатчиков назвать весами, если она не прошла поверку и калибровку даже в том случае, если сертифицированы датчики и терминал.
    Выносной терминал
    Периферийное оборудование. Сюда относятся выносные табло, видеокамеры фиксации результатов взвешивания, программное обеспечение. Они расширяют возможности тензометрического оборудования, но напрямую в процессе измерения не участвуют.

    Преимущества тензометрического оборудования

    Тензорезистивное оборудование имеет ряд неоспоримых преимуществ, которые сделали его чуть ли не единственным видом тензометрического оборудования:

    • Низкая стоимость + высокое качество измерения. По сравнению со всеми остальными видами тензометрической аппаратуры, тензорезистивные устройства обеспечивают очень качественное измерение усилия, при этом имея простое устройство и низкую себестоимость. Лазерные или пневматические датчики, которые способны обеспечить такой же уровень точности, стоят в несколько раз дороже.

    • Высокая надежность. Все остальные типы тензометрического оборудования не выдерживают никакой конкуренции с тензорезистивными датчиками по прочности и ресурсу. Тензодатчик может работать на протяжении 3...15 лет, в полной мере сохраняя свою работоспособность.

    • Точность. Несмотря на то, что некоторые образцы тензометрического оборудования способны проводить более точные замеры, точность тензорезистивных датчиков вполне достаточна не только для каждодневных измерений в торговых, например, операциях, но и для весов I и II классов точности. Можно сказать, что оборудование на основе тензодатчиков перекрывает своими возможностями все потребности в метрологических измерениях.

    Компания МодульКомпания Модуль – Ваш персональный инженер в мире измерительного оборудования!
    Сделать запрос на тензометрическое оборудование по электронной почте



    Тензометр - это... Что такое Тензометр?

    Тензометр – прибор для измерения абсолютных удлинений или укорочений образца или элемента конструкции на определенной базе.

    [Справочник дорожных терминов, М. 2005 г.]

    Рубрика термина: Приборы

    Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы, Автодороги, Автотехника, Автотранспорт, Акустические материалы, Акустические свойства, Арки, Арматура, Арматурное оборудование, Архитектура, Асбест, Аспирация, Асфальт, Балки, Без рубрики, Бетон, Бетонные и железобетонные, Блоки, Блоки оконные и дверные, Бревно, Брус, Ванты, Вентиляция, Весовое оборудование, Виброзащита, Вибротехника, Виды арматуры, Виды бетона, Виды вибрации, Виды испарений, Виды испытаний, Виды камней, Виды кирпича, Виды кладки, Виды контроля, Виды коррозии, Виды нагрузок на материалы, Виды полов, Виды стекла, Виды цемента, Водонапорное оборудование, Водоснабжение, вода, Вяжущие вещества, Герметики, Гидроизоляционное оборудование, Гидроизоляционные материалы, Гипс, Горное оборудование, Горные породы, Горючесть материалов, Гравий, Грузоподъемные механизмы, Грунтовки, ДВП, Деревообрабатывающее оборудование, Деревообработка, ДЕФЕКТЫ, Дефекты керамики, Дефекты краски, Дефекты стекла, Дефекты структуры бетона, Дефекты, деревообработка, Деформации материалов, Добавки, Добавки в бетон, Добавки к цементу, Дозаторы, Древесина, ДСП, ЖД транспорт, Заводы, Заводы, производства, цеха, Замазки, Заполнители для бетона, Защита бетона, Защита древесины, Защита от коррозии, Звукопоглащающий материал, Золы, Известь, Изделия деревянные, Изделия из стекла, Инструменты, Инструменты геодезия, Испытания бетона, Испытательное оборудование, Качество цемента, Качество, контроль, Керамика, Керамика и огнеупоры, Клеи, Клинкер, Колодцы, Колонны, Компрессорное оборудование, Конвеера, Конструкции ЖБИ, Конструкции металлические, Конструкции прочие, Коррозия материалов, Крановое оборудование, Краски, Лаки, Легкие бетоны, Легкие наполнители для бетона, Лестницы, Лотки, Мастики, Мельницы, Минералы, Монтажное оборудование, Мосты, Напыления, Обжиговое оборудование, Обои, Оборудование, Оборудование для производства бетона, Оборудование для производства вяжущие, Оборудование для производства керамики, Оборудование для производства стекла, Оборудование для производства цемента, Общие, Общие термины, Общие термины, бетон, Общие термины, деревообработка, Общие термины, оборудование, Общие, заводы, Общие, заполнители, Общие, качество, Общие, коррозия, Общие, краски, Общие, стекло, Огнезащита материалов, Огнеупоры, Опалубка, Освещение, Отделочные материалы, Отклонения при испытаниях, Отходы, Отходы производства, Панели, Паркет, Перемычки, Песок, Пигменты, Пиломатериал, Питатели, Пластификаторы для бетона, Пластифицирующие добавки, Плиты, Покрытия, Полимерное оборудование, Полимеры, Половое покрытие, Полы, Прессовое оборудование, Приборы, Приспособления, Прогоны, Проектирование, Производства, Противоморозные добавки, Противопожарное оборудование, Прочие, Прочие, бетон, Прочие, замазки, Прочие, краски, Прочие, оборудование, Разновидности древесины, Разрушения материалов, Раствор, Ригеля, Сваи, Сваизабивное оборудование, Сварка, Сварочное оборудование, Свойства, Свойства бетона, Свойства вяжущих веществ, Свойства горной породы, Свойства камней, Свойства материалов, Свойства цемента, Сейсмика, Склады, Скобяные изделия, Смеси сухие, Смолы, Стекло, Строительная химия, Строительные материалы, Суперпластификаторы, Сушильное оборудование, Сушка, Сушка, деревообработка, Сырье, Теория и расчет конструкций, Тепловое оборудование, Тепловые свойства материалов, Теплоизоляционные материалы, Теплоизоляционные свойства материалов, Термовлажносная обработка бетона, Техника безопасности, Технологии, Технологии бетонирования, Технологии керамики, Трубы, Фанера, Фермы, Фибра, Фундаменты, Фурнитура, Цемент, Цеха, Шлаки, Шлифовальное оборудование, Шпаклевки, Шпон, Штукатурное оборудование, Шум, Щебень, Экономика, Эмали, Эмульсии, Энергетическое оборудование

    Источник: Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

    Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов. - Калининград. Под редакцией Ложкина В.П.. 2015-2016.

    Что такое тензодатчик?

    Введение в тензодатчики

    Тензодатчик (иногда его называют тензодатчиком) - это датчик, сопротивление которого изменяется в зависимости от приложенного усилия; Он преобразует силу, давление, натяжение, вес и т. Д. В изменение электрического сопротивления, которое затем можно измерить. Когда внешние силы применяются к неподвижному объекту, в результате возникают напряжение и деформация.Напряжение определяется как внутренние силы сопротивления объекта, а напряжение определяется как возникающее смещение и деформация.

    Тензодатчик является одним из наиболее важных датчиков в методике электрических измерений, применяемой для измерения механических величин. Как видно из их названия, они используются для измерения напряжения. Как технический термин «деформация» состоит из деформации растяжения и сжатия, отличающейся положительным или отрицательным знаком. Таким образом, тензодатчики могут быть использованы для определения растяжения, а также сокращения.

    Typical metal-foil strain gauges Напряжение тела всегда вызвано внешним воздействием или внутренним воздействием. Напряжение может быть вызвано силами, давлениями, моментами, нагревом, структурными изменениями материала и тому подобным. Если определенные условия выполнены, количество или значение влияющей величины может быть получено из измеренного значения деформации.В экспериментальном стресс-анализе эта особенность широко используется. Экспериментальный анализ напряжений использует значения деформации, измеренные на поверхности образца или конструктивной части, для определения напряжения в материале, а также для прогнозирования его прочности и долговечности. Специальные датчики могут быть разработаны для измерения сил или других производных величин, например, моментов, давлений, ускорений, смещений, вибраций и других. Датчик обычно содержит чувствительную к давлению диафрагму с тензометрическими датчиками.

    Узнайте больше о тензодатчиках и истории датчиков датчиков.

    Узнайте больше о тензодатчиках

    two strain gauges with differents rossetes

    Точные тензометрические датчики общего назначения


    Прецизионные тензометрические датчики общего назначения представляют собой инкапсулированные тензометрические датчики из фольги, предлагаемые в широком спектре моделей для научного, промышленного и экспериментального анализа напряжений.Эти прецизионные тензодатчики можно использовать для экспериментального анализа напряжений, контроля промышленного оборудования или различных научных применений. В разделе «Тензодатчик общего назначения» вы найдете рисунки тензодатчиков рядом с номерами деталей, чтобы вы могли увидеть геометрию тензодатчика. Размеры указываются также в единицах СИ (метрическая система, мм) и в США (англ., Дюймы). Прецизионные тензодатчики общего назначения предлагаются в виде линейных моделей, двойных параллельных решеток, тройниковых розеток (0/90 °), прямоугольных или треугольных (45 ° или 60 °), сложенных или плоских розеток и схем сдвига.

    Датчик качества тензодатчика


    Тензометрические датчики качества датчиков предназначены для клиентов, которые производят датчики или аналогичные измерительные устройства. Тензометрические датчики качества датчика имеют более жесткие допуски на размеры трима держателя, что позволяет использовать край держателя для выравнивания тензометрического датчика, если это необходимо. Они также имеют более жесткие допуски на номинальные значения сопротивления. Эти датчики можно регулировать по ползучести в соответствии со спецификациями производителя преобразователя, и они могут быть адаптированы к уникальным требованиям преобразователя.Они также являются отличными приборами для экспериментального анализа напряжений и / или проектов проверки деформации. Тензометрические датчики



    Рекомендации по выбору тензодатчика


    1. Длина датчика
    2. Количество датчиков в шаблоне датчика
    3. Расположение датчиков в шаблоне датчика
    4. Сопротивление сетки
    5. деформационно-чувствительный сплав
    6. Материал носителя
    7. Ширина манометра
    8. Паяльная лапка
    9. , тип
    10. Конфигурация вкладки припоя
    11. Наличие
    Omega предлагает полную линейку тензодатчиков Karma.Тензодатчики Karma могут использоваться для различных статических и динамических применений. Тензодатчики Karma используются для преобразователей, где требуется длительная стабильность или более высокая температура. При использовании при комнатной температуре для измерения статической деформации датчик будет иметь очень хорошую стабильность в течение нескольких месяцев или даже лет. Тензодатчики Karma также предлагаются для измерения статической деформации в широком диапазоне температур от -75 до 200 ° C (от -100 до 392 ° F) благодаря хорошей линейности в этом широком диапазоне температур.Тензодатчики Karma часто используются для датчиков с усталостным сопротивлением. Усталостная долговечность сплава Карма, как правило, намного лучше, чем у константана, поэтому датчики, использующие тензодатчики Карма, обеспечивают хорошую усталостную долговечность. Карма является никель-хромовым сплавом и был выбран в качестве материала для тензодатчиков из-за его способности компенсировать модуль, что имеет тенденцию к значительному снижению смещения диапазона в конструкции преобразователя.

    В сплавах Карма коэффициент калибровки имеет тенденцию уменьшаться с повышением температуры. Этот эффект уменьшения модуля упругости будет иметь тенденцию уменьшать сдвиг пролета.Сплавы кармы имеют недостатки, например, их трудно паять без специальных флюсов. OMEGA имеет решение. Мы устранили эту проблему, предложив наши тензодатчики Karma с покрытыми медью контактными площадками. Никакого специального потока или процедур не требуется.

    Тензодатчики из фольгированного троса


    Первый металлический тензометрический датчик проволочного типа был разработан в 1938 году. Тензометрический датчик типа металлической фольги состоит из сетки из проволочной нити (резистора), равной приблизительно 0.Толщина 001 дюйм (0,025 мм), соединенная непосредственно с напряженной поверхностью тонким слоем эпоксидной смолы. Когда нагрузка прикладывается к поверхности, результирующее изменение длины поверхности передается на резистор, и соответствующая деформация измеряется в терминах электрического сопротивления фольгированного провода, которое изменяется линейно в зависимости от деформации. Диафрагма из фольги и адгезионный связующий агент должны совместно передавать нагрузку, в то время как адгезив должен также служить электрическим изолятором между сеткой из фольги и поверхностью.При выборе тензометрического датчика необходимо учитывать не только деформационные характеристики датчика, но также его стабильность и температурную чувствительность. К сожалению, наиболее желательные тензометрические материалы также чувствительны к изменениям температуры и имеют тенденцию к изменению сопротивления по мере старения. Для кратковременных применений это не может быть серьезной проблемой, но для непрерывных промышленных измерений необходимо учитывать температуру и компенсацию дрейфа.

    Выберите правильный тензодатчик

    Pre-Wired Strain Gauges Предварительно подключенные тензодатчики
    Прецизионные датчики с присоединенным изолированным проводом длиной 1 или 3 метра для легкой установки.Датчики серии KFH доступны в линейных моделях, тройниках или плоских розетках 0/45/90. Pre-Wired Strain Gauges Тензодатчики для сдвига или крутящего момента
    Полумостовые тензометрические датчики для применений сдвига или крутящего момента.Их прочная конструкция, надежность и гибкость делают их пригодными для высокоточных статических и динамических преобразователей.

    Часто задаваемые вопросы

    Wheatstone Bridge Circuit diagram

    Измерительные тензометрические схемы


    Чтобы измерить деформацию с помощью тензометрического измерителя сопротивления, он должен быть подключен к электрической цепи, которая способна измерять незначительные изменения сопротивления, соответствующие деформации.В тензодатчиках обычно используются четыре тензометрических элемента, которые электрически соединены, образуя мостовую схему Уитстона. На рисунке 1 показана типичная диаграмма тензометрического датчика. Мост Уитстона - это разделенная мостовая схема, используемая для измерения статического или динамического электрического сопротивления. Выходное напряжение моста Уитстона выражается в милливольтах на вольт. Схема Уитстона также хорошо подходит для температурной компенсации. Количество активных тензодатчиков, которые должны быть подключены к мосту, зависит от области применения.Например, может быть полезно подключить датчики, которые находятся на противоположных сторонах балки, один на сжатие, а другой на растяжение. При таком расположении можно эффективно удвоить выходной сигнал моста для одной и той же деформации. В установках, где все плечи подключены к тензодатчикам, температурная компенсация является автоматической, поскольку изменение сопротивления (из-за колебаний температуры) будет одинаковым для всех плеч моста. Тензодатчики

    по индивидуальному заказу


    OMEGA может изготовить специальные тензодатчики.Мы понимаем, что нашим клиентам может потребоваться изготовленный по их спецификации заказной шаблон. Пользовательские тензометрические датчики могут быть разработаны для упрощения установки тензометрического датчика для конкретного применения или для среды, где пространство ограничено. Если вы не можете найти то, что вам нужно в нашем стандартном ассортименте, пожалуйста, сообщите нам об этом. Мы можем настроить ваш тензодатчик в соответствии с вашими потребностями, в том числе:
    • Модификация стандартного шаблона колеи
    • Создание настраиваемой тензометрической розетки или шаблона
    • Положите несколько датчиков на общий носитель
    • Обеспечить нестандартную длину провода
    • Использовать нестандартный материал
    • Переместите контактные площадки или предоставьте дополнительные точки подключения
    • Создание специальных размеров или форм отделки для устранения препятствий
    Мы можем предоставить индивидуальные характеристики ползучести, соответствующие элементу пружины, чтобы максимизировать производительность вашего датчика.Наша команда будет работать с вами, чтобы изменить компенсацию ползучести выше или ниже в соответствии с вашими результатами испытаний. OMEGA может предоставить 1/2 или полный дизайн моста Уитстона или изготовленные на заказ розетки. Мы стремимся сделать покупку тензодатчика на заказ быстрой и простой. Просто отправьте OMEGA свой собственный чертеж вместе с вашими техническими характеристиками и требуемым количеством тензодатчиков. Команда OMEGA будет работать с вами над вашим заявлением и предоставит ценовое предложение для пользовательских тензодатчиков.Мы можем изготовить пробные образцы пользовательских измерительных приборов всего за 2 недели. С объемами производства вскоре после этого. Для вашего тензодатчика будет создан индивидуальный номер детали, чтобы сделать будущий заказ быстрым и простым.

    Тензодатчик | Сопутствующие товары

    ↓ Просмотреть эту страницу на другом языке или в регионе ↓

    ,
    Теория тензометрических датчиков - типы, формулы и области применения

    strain gauge

    Тензодатчики основаны на резистивных свойствах металла. При растяжении металлический материал теряет или увеличивает свое электрическое сопротивление. На материал наклеивается тензометрическая фольга, которая будет проверяться с использованием специально подобранного клея для тензодатчиков. Благодаря правильному прилеганию к исследуемому материалу тензодатчик изгибается так же, как и испытуемый материал, поэтому он воспроизводит напряжения.

    Теория тензодатчиков рассказывает об элементах сопротивления, которые встречаются в большом количестве электронного оборудования. Они в основном используются для измерения различных сжимающих сил, растягивающих сил и любых напряжений материалов. Они являются основным элементом автоматических систем при измерении веса, например весы, баки, резервуары для хранения. Правильно установленные тензометрические датчики позволяют измерять массу, измерять количество дозируемого продукта и т. Д.

    Чтобы правильно выбрать тип тензодатчика, необходимо определить, в каких условиях он будет работать.Вам необходимо знать тип нагрузки, температуру, при которой она будет работать, и требования, которые она должна выдерживать для сотрудничества в этой системе. В настоящее время тензодатчики с сопротивлением заняли большую часть рынка и чаще всего выбираются для розничных и лабораторных измерений. Их преимущества:

    • чувствительность и точность измерений,
    • долговечность материалов с небольшими размерами,
    • работа при высоких температурах и с высоким давлением, гибкость
    • .

    Применения тензодатчиков

    Тензометры в основном используются для следующих измерений:

    • Измерение деформации - всякий раз, когда испытываемый материал находится под высоким напряжением или нагрузкой, он подвергается деформации, и именно в этом случае тензодатчик выполняет свою работу. работа.
    • Измерение других величин - изменение сопротивления в результате приложенной нагрузки также можно «перевести» для измерения множества других величин, таких как давление, смещение, сила, ускорение и т. Д.Они обычно прикрепляются к механическим датчикам (например, сильфонам) для измерения смещения, давления и других величин.

    Клей для тензодатчика

    Тензодатчики крепятся к подложке с помощью специального клея, который скрепляет их. Тип клея зависит от требуемого срока службы измерительной системы. Основная задача клея для тензометрического датчика (связующего материала) - получить наилучшее возможное соединение между тензометрическим датчиком и поверхностью исследуемого образца или объекта.Это позволяет перенести деформацию объекта с минимальными потерями на тензодатчик - более точное измерение. Разные измерительные среды требуют других типов тензометрического клея, потому что каждая из них влияет на процесс измерения по-своему. Одна из самых важных (если не самая важная) вещь, которую нужно сделать, - это подготовить поверхность, на которой будет производиться склеивание тензодатчика и тестируемого объекта. Вышеупомянутая поверхность должна быть сначала сглажена (например, специальной наждачной бумагой) и смазана маслом.Тензодатчик должен быть приклеен сразу же после этого процесса, чтобы избежать окисления или загрязнения подготовленного участка. Без этого процесса клейкое связывание тензометра с поверхностью может привести к ошибкам измерения и быть ненадежным.

    Тип клея для тензодатчиков и материал, используемый для производства тензодатчиков, являются запатентованными секретами компаний-производителей, благодаря этим параметрам материала достигается лучшая точность и чувствительность. Существует три типа наиболее популярных тензодатчиков: трубчатые тензодатчики

    • - изготовленные из шланговых резистивных проводов, тензодатчики
    • - последовательно соединенные резистивные провода, расположенные параллельно, соединенные медной лентой, тензодатчики сопротивления фольги
    • - построенные на основе трубчатой ​​резистивной сетки, в сочетании с поддержкой прокладкой с металлической фольгой.

    Типы тензометрического клея

    Чтобы получить наилучшее возможное качество склеивания между тензодатчиком и основанием, должны быть соблюдены различные требования. С точки зрения рабочей температуры это привело к наличию различных типов тензометрических клеевых материалов. Эти материалы можно различить в зависимости от технологии нанесения следующим образом:

    • Клеи для тензометрических датчиков холодного отверждения - Довольно легко и просто наносить.Мы можем различить однокомпонентные клеи. которые начинают отверждаться при соответствующей влажности, а также двухкомпонентные клеи, которые необходимо смешать перед нанесением. Тензометрический клей с очень коротким временем реакции называют «суперклейками», которые в основном используются в экспериментальных измерениях.
    • Клеи для тензометрических датчиков горячего отверждения - Эти клеи требуют определенной температуры отверждения для возможности склеивания, поэтому их можно использовать только в том случае, если испытуемый объект может быть помещен в такую ​​специфическую среду.Кроме того, клей горячего отверждения предлагает более широкий температурный диапазон применения, чем клей холодного отверждения, что означает, что его можно использовать более точно.

    Для обеспечения правильного процесса калибровки тензометрического датчика важно знать его наиболее важные параметры для соответствующая модель:

    • постоянная тензометрического датчика,
    • сопротивление в недеформированном состоянии (без влияния внешних сил деформации),
    • активной длины сетки (основа тензометрического датчика),
    • максимально допустимая деформация (максимальная деформация ),
    • количество циклов измерения (динамическая прочность),
    • температурный коэффициент сопротивления (TCR),
    • линейность.

    Теория тензодатчиков с электрическим сопротивлением

    Тензодатчики используют физические зависимости между электрическими параметрами и деформацией материала. В зависимости от измеряемых единиц существует разделение тензодатчиков:

    • магнитострикционный,
    • фотоэлектрический,
    • пьезоэлектрический,
    • емкостный,
    • индуктивный,
    • электрорезистивный.

    Электрорезистивные тензодатчики характеризуются хорошей точностью и чувствительностью измерений деформации испытуемого образца.Расстояние от тестового образца до тензометрического датчика может быть большим в случае электрических тензометрических датчиков, что также позволяет проводить измерения во многих местах измерения напряжений материала испытательной системы. Из-за очень низкого значения параметра инерции измерительной системы электрофузионные тензодатчики хорошо подходят для тестирования быстроизменяющихся деформаций.

    Внутренняя конструкция тензометрического датчика

    Система тензометрического датчика состоит из следующих компонентов:

    • датчик, который преобразует механические значения в электрические значения, источник питания
    • , генератор переменного тока с измерительным мостом,
    • постоянного тока и Усилители переменного тока,
    • регистратор изменений электрических величин.
    Strain gauge block schematic

    Рис. 1. Блочная система измерения усилителя тензодатчика с питанием от переменного тока

    Где: G - генератор напряжения, R1, R2, R3, R4 - тензодатчик фольги, R5 - мостовой балансировочный резистор, WS - сигнал селектора усилитель, PF - фазер, выпрямитель, FD - фильтр нижних частот, W - измерение сопротивления.

    Электрические тензодатчики основаны на принципе изменения электрического сопротивления из-за изменения длины металла, используемого в тензодатчике. Формула сопротивления тензометрического металла:

    strain gauge formula

    Где: R - сопротивление тензометрического металла, p - удельное сопротивление тензометрического датчика, l - длина тензометрического датчика, A - площадь поперечного сечения тензометрического датчика ,

    В теории тензометрического сопротивления их длина называется основанием тензометрического датчика. Во время работы образцов длина основания тензодатчика изменяется. В то же время изменяется и длина металлической проволоки, что напрямую влияет на изменение ее сопротивления.
    Формула, определяющая изменения в деформации по отношению к изменениям сопротивления, выглядит следующим образом:

    strain gauge formula

    Где: k - постоянная тензометрического датчика, ε - деформация, R / R - изменение сопротивления тензометрического датчика.

    Две предыдущие формулы описывают основные физические зависимости электрического сопротивления тензодатчиков. Погружая закон Гука, можно получить натяжение в определенной точке образца:

    strain gauge formula

    Значение константы тензометрического датчика зависит от материала, из которого изготовлен датчик, и значения константы варьируются от 1,6 до 3,6. Другими названиями константы тензометрического датчика являются «чувствительность к деформации» и «значение чувствительности тензометрического датчика».

    Отличительной особенностью электрических тензодатчиков является метод получения значений деформации из испытуемого материала. В этом процессе тензодатчик используется вместе с клеем, специально созданным для таких задач. Чтобы правильно зафиксировать тензодатчик, очистите тестовую поверхность. Весь процесс выбора фольги, формы тензодатчика и наклеивания долгий. Нужно все тщательно подготовить и рассчитать места прилипания и форму тензодатчика.

    Электрорезистивный тензодатчик хорошо работает как подмножество статических, динамических и движущихся образцов. Их чувствительность высока, а их собственный вес не влияет на несоответствие измерений. Посредством передачи деформаций непосредственно на резистивный провод предотвращается проскальзывание и проскальзывание. Значения результатов являются безразмерными, поэтому они не зависят от значения тензометрической постоянной. Обследование нескольких мест одного образца не является проблемой для электрического тензодатчика.Кроме того, результаты могут быть получены в прямом эфире через беспроводное соединение. Благодаря использованию компенсационных тензодатчиков влияние влаги и температуры на результаты измерений устраняется.

    Основные типы тензодатчиков

    Чаще всего используются три типа электрических тензодатчиков: трубчатые тензодатчики, сетчатые тензодатчики, тензометрические датчики, из которых фольга является самой популярной в отрасли.

    Трубчатый тензодатчик изготовлен из куска проволоки, который с обеих сторон покрыт фольгой или бумагой.Связность провода с электрической цепью обеспечивает медную полосу, соединенную с обоими концами провода. Его диаметр колеблется от 0,02 до 0,05 мм.

    Pic. 2. Tubular strain gauge.

    Рис. 2. Трубчатый тензодатчик

    Сетчатый тензодатчик состоит из параллельно проложенных проводов, которые соединены медной лентой с большей шириной и меньшим удельным сопротивлением. Из-за использования ленты с большим поперечным сечением сопротивление деформации ленты настолько мало, что ее нельзя измерить для прибора, откалиброванного под тензодатчиками.Следовательно, тензодатчик имеет гораздо более низкую чувствительность, когда речь идет об измерениях в поперечном направлении. Исполнение проводов постоянное и их диаметр не превышает 50 микрометров. Соединение медных полос с проводами производится с помощью оловянной пайки. Олово является проблемой при измерениях при высоких температурах выше 180 градусов по Цельсию. Базовое значение сетки тензодатчиков составляет от 5 мм до 70 мм.

    Mesh strain gauge

    Рис. 3. Сетчатый тензодатчик

    Фольговый тензодатчик изготовлен из металлической фольги, толщина которой не превышает 0.025 мм. Способ изготовления тензометрической фольги аналогичен печатным схемам на гибких пленках. Благодаря литографической технике можно создавать тензодатчики с размерами и формами, идеально подходящими для обследования.

    Foil strain gauge

    Рис. 4. Тензодатчик фольги

    Розетки тензодатчика

    Розетка тензодатчика представляет собой набор тензодатчиков, установленных заранее запланированным способом. Количество применяемых тензометрических датчиков зависит от значений, рассчитанных при выборе тензометрических датчиков для исследуемого образца.

    Strain gauge rosettes

    Рис. 5. Розетки тензодатчика

    Розетки тензодатчика можно разделить на три типа: прямоугольная розетка (измеряет деформации в многоосном состоянии), T-розетка (измеряет двухосные напряжения), завинчивающаяся розетка (измеряет кручение образцы).
    Тензодатчик должен быть надлежащим образом подготовлен путем идеального приклеивания тензодатчика к тестируемому материалу. Используемый клей должен быть специально подготовлен для использования в тензодатчике. Его толщина не должна превышать 10 микрометров.Работа клея должна изолировать провода от тестируемого материала. Клей должен выдерживать высокие рабочие температуры без изменения его физических и электрических свойств. После правильного приклеивания тензодатчика вся система покрывается защитным слоем, это может быть воск.

    Glued strain gauge

    Рис. 6. Склеенный тензодатчик

    Типы тензодатчиков

    Механический тензодатчик

    Механические тензодатчики являются одними из самых простых в изготовлении и измерении.Метод измерения состоит в измерении удлинения лопастей и считывании этого значения в масштабе, увеличенном в 1000 раз и передаваемом посредством механических рычагов. На следующем рисунке показан механический тензодатчик Huggenberger, его конструкция состоит из подвижного неподвижного лезвия, рукояток, указателя и шкалы.

    Huggenberger mechanical strain gauge

    Рис. 7. Механический тензодатчик Huggenberger

    Изменение значения деформации активирует движение рычага. Тензодатчик Huggenberger имеет основание тензодатчика со значениями от 5 до 100 мм.Тензометры немного тяжелее, потому что они весят около 50 г.

    Тензодатчик троса

    Чаще всего они используются в строительных конструкциях. Напряжение поверхности и масса испытуемого материала измеряются. Основным элементом тензодатчика является натянутая струна, регулируемая с помощью винтов. Он расположен между двумя лезвиями.

    Измерение осуществляется с помощью вибрационных и резонансных колебаний. Натянутые струны, натянутые между лопастями, подвергаются испытаниям.

    String strain gauge

    Рис. 8. Струнный тензодатчик

    Оптический тензодатчик

    Оптические тензодатчики преобладают над механическими тензодатчиками с точки зрения разрешения исследуемых деформаций. Благодаря большому коэффициенту они способны выполнять более точные измерения. Наиболее популярным типом тензодатчиков, как оптическим, является тензодатчик Мартенса.
    Работа оптического тензодатчика основана на исследовании длины измерительной базы.При изменении длины основания зеркало поворачивается, и свет падает на шкалу, которая считывается с помощью телескопа. Во время работы этого тензометрического датчика необходимо соблюдать очень строгие условия в отношении механических воздействий окружающей среды.

    Martens mirror strain gauge

    Рис. 9. Зеркальный тензодатчик Мартенса

    Пневматический тензодатчик

    Пневматические тензодатчики отличаются очень высокой точностью и разрешающей способностью измерения. Его работа основана на зависимости деформации от площади поперечного сечения сопла, которая влияет на высоту воды.Благодаря изменению высоты мы можем определить изменение напряжения на шкале.

    Формула тензометрического датчика в измерениях с использованием тензометрических датчиков Мост Уитстона

    Обычно используются измерительные системы, например. мостовая система Уитстона. Этот мост состоит из четырех резисторов, которые подключены к мостовой схеме. Источник напряжения подключен к точкам A и B. Из точки C-D измеряется напряжение дисбаланса моста.

    Wheatstone strain gauge bridge

    Рис. 10. Тензометрический мост Уитстона

    Задача тензометрического моста - измерить разницу в сопротивлении.Чтобы начать правильные измерения, мост должен быть сбалансирован. Требуется, чтобы напряжение между точками C-D составляло 0 вольт, тогда условие равновесия выполняется. Сопротивление формулы тензометрического датчика:

    strain gauge formula

    Мост сбалансирован в момент равновесия, что достигается с помощью условия равновесия, записанного выше. Несбалансированные мосты также используются для измерений тензометрических датчиков. Несбалансированный мост возникает только для одной комбинации значений сопротивления, которые удовлетворяют условию равновесия.Когда значение одного или нескольких резисторов изменяется, между точками C-D появляется напряжение, отличное от нуля.
    Напряжение ΔU можно рассчитать по формуле тензометрического датчика:

    strain gauge formula

    При измерениях с использованием тензометрических датчиков все резисторы, используемые в мостовой схеме тензометрического датчика, имеют одинаковые начальные значения сопротивления. Однако, если один тензодатчик изменяет значение своего сопротивления, то выходное напряжение рассчитывается по формуле тензодатчика:

    strain guage formula

    Активный тензодатчик, это тензодатчик, сопротивление которого является переменным под воздействием деформации.После некоторых преобразований предыдущего паттерна получаем формулу, которая показывает зависимость напряжения от ΔU от напряжения питания.

    strain guage formula

    Активные тензометрические датчики должны иметь соответствующую настройку, чтобы чувствительность моста была правильной:

    Wheatstone strain gauge configurations

    Рис. 11. Конфигурации тензометрических датчиков из точечного камня

    Для работы тензодатчиков требуются деформации с противоположными знаками в активных тензометрических датчиках правильно, это достигается путем правильного подключения тензодатчиков в мосту.Одним из способов получения такого требования является склеивание их с противоположных сторон испытуемого материала. Тензодатчики должны быть подключены к противоположным плечам моста, если сопротивление имеет тот же знак, а если изменение сопротивления является противоположным знаком, тензодатчик должен быть подключен к ближайшему рычагу моста тензометрического датчика. В случае неправильного подключения тензодатчиков, напряжение в точках C-D не появится, и, таким образом, все изменения сопротивления будут скомпенсированы, и результат не будет получен.

    Incorrect connection of strain gauge

    Рис. 12. Неправильное подключение тензодатчика к соседним дорожкам цепи

    Четыре тензодатчика, подключенные при одной рабочей температуре, одновременно дают наилучшие результаты в отношении компенсации сопротивления тензодатчиков под воздействием температуры наружного воздуха.

    Не имеет значения, действуют ли одинаковые силы на тензодатчики. Существуют также компенсирующие тензометрические датчики, задачей которых является компенсация температуры, а не измерение деформаций, как в других тензометрических датчиках.Вторым неожиданным использованием тензодатчиков является комбинация двух тензодатчиков вместе с внешними резисторами, которые вместе образуют полумост тензометрического датчика, также используемый для температурной компенсации. То же самое относится к использованию только одного тензометрического датчика, тогда вы должны подключить снаружи системы до трех резисторов, которые вместе образуют четверти моста тензодатчика Уитстона. В случае мостовой системы тензодатчики могут работать независимо в количестве четырех, двух или одного.Два или один тензодатчик могут работать на полумост. Основным принципом баланса моста является то, что в тензодатчиках в оцененных рычагах они должны изменять значения своего сопротивления в противоположных направлениях.

    Types of strain gauges bridge

    Рис. 13. Типы тензометрических мостов

    Во избежание нежелательного термоэлектрического эффекта на тензометрический мост подается переменное напряжение. Он образуется на стыке провода с медными проводами тензодатчика и в результате изменений температуры.

    Как использовать тензодатчик

    Чтобы узнать, как использовать тензодатчик, первым шагом является измерение деформаций с помощью резистивного тензодатчика, следует полагаться на явление изменения сопротивления проводника, которое влияет на его форму. Проверка элемента на предмет вибраций должна начинаться с правильного соединения тензодатчика с тестируемой поверхностью. Испытуемый элемент влияет на тензодатчик, значения сопротивления которого изменяются под влиянием изменения размера. Зависимость, определяющая сопротивление R, его изменение ΔR и деформацию ε, возникает для уравнения:

    strain gauge formula 1

    Где постоянная k - коэффициент чувствительности к деформации тензометрического датчика.

    Электрический сигнал, содержащийся в значении ΔR / R, преобразуется в сигналы напряжения в измерительных приборах. Значение этого сигнала пропорционально значению деформации ε, которое влияет на тензодатчик.

    Источники:

    1. http://www.imio.polsl.pl/Dopobrania/WM_lab_tensometry.pdf

    2. Учебные материалы MEASUREMENTS GROUP Mebtechnik GmbH, Измерительная техника в механике, Варшава, 1995 г.

    3. http: // elektron.pol.lublin.pl/djlj24/pwn/cw1.pdf

    4. Хоффманн К. Введение в измерения с использованием тензодатчиков, http://www.hbm.com/fileadmin/mediapool/techarticles/hoffmannbook/Hoffmann -book_EN.pdf

    .
    Как работают тензодатчики - Объясните, что Материал

    Крис Вудфорд. Последнее обновление: 22 мая 2020 г.

    Может ли твой дом упасть? Это было землетрясение? Будет этот самолет на самом деле летать? Это лишь некоторые из вопросов, которые вы можно учиться с помощью небольшого удобного устройства, называемого тензодатчиком (иногда пишется "датчик"). Это аккуратный способ измерения, сколько материала меняет форму, когда на него действует сила. Тензодатчики варьируются от очень просто до изумительно сложного, но все они великолепно полезен ученым и инженерам.Давайте внимательнее посмотрим как они работают!

    Фото: этот лабораторный прибор предназначен для проверки прочности материала путем медленного его разрыва. Тензометры, прикрепленные к материалу (в данном случае это кусочек алюминия в центре), позволяют ученым изучать напряжения и деформации при его деформации. Фото любезно предоставлено NASA Langley Research Center (NASA-LaRC).

    Что такое напряжение в любом случае?

    У тебя стресс? Ты чувствуешь напряжение? Когда мы говорим о «стресс» и «напряжение» в повседневной жизни, мы используем два слова взаимозаменяемые.Но в науке и технике эти два слова имеют очень точные и очень разные значения:

    • Напряжение - это измерение того, какое внутреннее давление оказывает материал, когда на него действует сила. Чем больше сила или меньше площадь над которым он действует, тем более вероятно, что материал собирается деформироваться (изменить форму). Так же, как давление, мы измеряем стресс, разделив силу, которая действует на область, в которой он действует более, так что стресс = сила / площадь.
    • - это то, что происходит как результат стресса.Если материал подвергается воздействию силы, это часто меняет форму и становится немного длиннее (если вы ее потянули друг от друга) или короче (если вы сложили это вместе). Штамм определяется как изменение длины, которую производит сила, деленная на исходная длина материала. Так что, если вы тянете кусок длиной 10 см эластичный и растягивается на 1см, деформация 0,1.

    Произведение искусства: сравниваемые понятия стресса и напряжения. Вверху: напряжение: если вы прикладываете силу натяжения к стержню определенной площади поперечного сечения, вы создаете определенное напряжение.Если вы примените ту же силу к стержню, занимающему половину площади, вы получите вдвое больше напряжения. Внизу: Напряжение: если вы не прикладываете силу к стержню, вы не растягиваете его вообще. Приложите определенную силу, и вы увеличите ее длину на определенную величину, создавая определенное напряжение. Если вы приложите больше силы, чтобы удвоить растяжение, вы получите вдвое большую деформацию (при условии, что материал ведет себя хорошо, более просто и линейно).

    Материалы под нагрузкой

    Различные материалы ведут себя очень по-разному при сходных количество стресса.Если вы подвергаете резину напряжению, потянув ее соответственно растягивается; снять стресс, и группа возвращается к своему предыдущая форма. Когда материалы возвращаются к своей первоначальной форме и размер после того, как силы напряжения удалены, мы говорим, что они подверглись упругая деформация; многие материалы ведут себя так, включая резину, некоторые пластмассы и многие металлы (которые, вы можете быть с удивлением слышат, совершенно эластичны, когда очень маленькие силы участвует). В конце концов, эластичные материалы достигают точки, где они не справляется с дополнительным стрессом и растягивается постоянно.Этот вид изменение называется пластической деформацией. (Обратите внимание, что правильное значение пластика - это то, что меняет форму относительно без труда. Вот почему пластмассы называют пластмассами: они легко формованные в различные формы, когда они изготовлены.)

    Фото: НАСА использует здесь тензодатчики для измерения того, что происходит внутри крыла самолета. Фото любезно предоставлено Центром исследования полетов Армстронга НАСА.

    Если вы инженер, стрессы и напряжения невероятны важный.Если вы разрабатываете что-нибудь из автомобильного двигателя или Мост к ветровой турбине или крылу самолета, вы знаете, что он будет подвержен некоторым довольно здоровенным силам. Можно ли материалы, которые вы хотите использовать противостоять этим силам? Будут ли они упруго деформироваться крошечным суммы и безопасно вернуться к своей первоначальной форме и размеру? Будут ли они распадаются после повторяющихся стрессов и деформаций в процессе такие как усталость металла (где повторная деформация вызывает металл ослабевает и вдруг ломается). Вам нужно что-то использовать сильнее быть на безопасной стороне? А как именно вы можете сказать? Вы можете сделать ваши расчеты в лаборатории и попытаться выяснить это в вперед.Вы даже можете создавать сложные компьютерные модели, чтобы помочь ты. Но верный способ получить ответ на то, как материалы справиться под давлением, чтобы использовать тензодатчики, чтобы измерить, как они вести себя, когда на них действуют реальные силы.

    Типы тензодатчиков

    Существует пять основных типов тензодатчиков: механический, гидравлический, электрический, оптический и пьезоэлектрический. Давайте сравним, как они работают.

    Механическая

    Фото: простой механический монитор трещин.Вы наблюдаете, как красное перекрестие движется по шкале, когда трещина расширяется. Подобные детекторы производятся такими компаниями, как Avongard; Вы можете найти другие бренды, выполнив поиск "трещины монитор" на вашем любимом поисковике или аукционе.

    Предположим, у вас есть трещина в стене вашего дома из-за проседание, и вы хотите знать, становится ли хуже. Вызывать строительные инспекторы, и они, вероятно, приклеить кусок плотного плексигласа пластик, правили линиями и шкалой, прямо над трещиной.Иногда известный как трещиномер, вы обнаружите, что он на самом деле состоит из двух отдельных пластичные слои. Нижний слой имеет линейчатую шкалу, а верхний слой имеет красную стрелку или указатель. Вы приклеиваете один слой к одной стороне трещина и один слой к другому, так что, как только трещина открывается, слои скользят очень медленно мимо друг друга, и вы можете увидеть указатель перемещается по шкале. В зависимости от того, как быстро движется трещина, вы знаете, как долго вы должны принять меры и решить вашу проблему!

    Некоторые механические тензодатчики еще более грубые, чем эта.Вы просто приклеиваете кусок пластик или стекло через трещину и подождите, пока он не разбьется, когда здание движется.

    Гидравлический

    Одной из проблем с тензометрическими датчиками является обнаружение очень малых деформаций. Вы можете себе представить, например, ситуация, когда ваш дом медленно стихает, но количество движения настолько мало, что оно не появиться - возможно, пока ущерб не будет нанесен. С простым детектором трещин, таким как описанные выше, требуется 1 мм движения здания производить 1 мм движения на поверхности детектора трещин.Но что, если мы хотим обнаружить движения меньше этого, которые не проявляются в масштабе? В этом случае нам действительно нужен тензодатчик с рычагом , который усиливает деформацию, поэтому даже незначительное движение детектирующего элемента производит очень большое и легко измеряемое движение указателя по шкале.

    Гидравлические детекторы

    предлагают решение и работают так же, как простые шприцы. Шприцы - это, по сути, гидравлические поршни, в которых небольшое движение жидкости в большом поршне (та часть, на которую вы нажимаете пальцем) вызывает гораздо большее движение жидкости в небольшом поршне, прикрепленном к нему (игла, из которой выходит жидкость).Легко увидеть, как это можно использовать в тензодатчике: вы просто подключаете свой большой поршень к тому, что он производит, и используете меньший поршень в трубке меньшего размера, помеченной шкалой, чтобы указать, сколько произошло движения , Относительный размер поршней определяет, насколько увеличено движение, которое вы пытаетесь обнаружить. Как правило, гидравлические тензодатчики, подобные этому, умножают движение примерно в 10 раз и обычно используются в геологии и науках о Земле.

    Artwork: Простой пример гидравлического тензодатчика.Напряжение, которое вы хотите измерить, давит на зеленую кнопку (вверху слева). Это заставляет большой, широкий поршень (желтый, 55) в гидравлический цилиндр (красный, 56), проталкивая захваченную жидкость (синюю) вниз через узкую трубу. Это гидравлический принцип в действии: малые движения зеленой кнопки и желтого поршня увеличиваются в гораздо большие движения за счет узости трубки. Жидкость течет в свернутую трубку Бурдона (оранжевая, 83), которая раскручивается в зависимости от давления внутри нее, натягивая рычажный рычажок (темно-синий, 84, 85), изменяя перекрытие между двумя индукционными катушками, так что они отправить более или менее электрический ток в цепь.Таким образом, сила нажатия на зеленую кнопку преобразуется в измеримый электрический сигнал. Из патента США 2600453: способ и устройство для управления теплом в процессах горячей обработки. Автор Richard Weingart. 17 июня 1952 года, любезно предоставлено Бюро по патентам и товарным знакам США.

    Электрическое сопротивление

    Если вы разрабатываете что-то вроде крыла самолета, как правило, вы необходимо сделать гораздо более сложные измерения (и многие другие их), чем позволит простой механический тензодатчик.Ты можешь хотите измерить напряжение при взлете, например, когда двигатели производят максимальную тягу. Вы не можете вставлять немного пластиковые тензодатчики на крыло и выходить, чтобы измерить их во время полета! Но вы можете использовать электрические тензометры, чтобы сделать многое то же самое из бортового регистратора в кабине.

    Фото: крупный план двух электрических тензодатчиков. На подложке из фольги хорошо видны узоры в виде лабиринтов. Они изменяют форму, вызывая изменение сопротивления проводов, когда фольга изгибается под действием напряжений и деформаций.Фото любезно предоставлено НАСА Исследовательский центр Гленна (NASA-GRC).

    Наиболее распространенные тензодатчики тонкие, полоски фольги прямоугольной формы с лабиринтными схемами разводки на они ведут к паре электрических кабелей. Ты приклеиваешь фольгу на материал, который вы хотите измерить и подключить кабели к вашему компьютер или схема контроля. Когда материал вы учитесь напрягается, полоска фольги очень слабо выгнута формы и лабиринтные провода либо разрываются (так что их провода растягиваются немного тоньше) или сдвинуты вместе (так что провода сдвигаются и становятся немного толще).Изменение Ширина металлического провода меняет его электрическое сопротивление, потому что это электронам труднее проводить электрический ток по более узким проводам. Так что все, что вам нужно сделать, это измерить сопротивление (как правило, используя мост Уитстона), и, с небольшим количеством соответствующего преобразования, вы можете рассчитать деформацию. Если задействованные силы малы, деформация упругая, и в конечном итоге тензодатчик возвращается к своей первоначальной форме - так что вы можете продолжать делать измерения в течение определенного периода времени, например, во время испытательного полета прототипа самолет.

    Тензометрические датчики резистивного типа были изобретены профессором MIT в 1938 году. Артур Руге (1905–2000) помочь с обнаружением землетрясения.

    Рисунок: справа: иллюстрация оригинального тензодатчика Артура Руге по электрическому сопротивлению из патента США, который он подал в сентябре 1939 года. Он состоит из проводящей металлической нити (желтого цвета), натянутой взад и вперед между парой гребнеобразных опор (синего цвета) и подключен к контактам (красный), которые могут быть подключены к цепи.Когда напряжение изменяется, нить накала искажается, а ее сопротивление увеличивается или падает; Измерение сопротивления - это способ косвенного измерения напряжения. Датчик содержит вторую аналогичную нить (оранжевую), которую можно использовать для компенсации любых изменений сопротивления, вызванных исключительно изменениями температуры. Идея состоит в том, чтобы выбрать разные материалы для двух нитей, чтобы их температурные изменения компенсировали друг друга. Руге изготавливал свои нити из чувствительных к деформации сплавов, таких как Advance (медь-никель) и нихром (никель-хром).Из патента США 2 350 972: тензодатчик, автор Arthur C. Ruge, 6 июня 1944 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

    Оптический

    Некоторые материалы меняют свои оптические свойства (как они пропускают или отражают свет), когда они напряжены и деформированы - хорошие примеры - стекло и пластик. Хотя стекло является удивительно полезным и универсальным материалом, оно хрупкое и хрупкое и потенциально очень опасно: если оно слишком сильно деформировано, оно может внезапно расколоться или разбиться без предупреждения.Это может быть реальной проблемой в чем-то вроде витрины витрины или лобового стекла автомобиля. Один из способов обнаружить деформацию в стекле - направить на него поляризованный свет под углом. Часть света будет отражена, а часть будет передана; относительное количество проходящего и отраженного света будет меняться в зависимости от того, насколько сильно деформировано стекло. Измеряя количество отраженного света, мы можем точно измерить нагрузку на стекло.

    Иллюстрации: оптический тензодатчик, видимый сбоку (сверху) и сверху (снизу), работает аналогично устройству, называемому полярископом (или поляриметром).Он сделан из двух полых трубок (серый 1,2), расположенных под углом к ​​стеклу (зеленый). Мощный свет (синий, 6) направляет сфокусированный луч (желтый) на стекло через поляризационный фильтр (красный, 8). В зависимости от того, является ли стекло натянутым, и насколько свет отражается от поверхности стекла через второй фильтр (оранжевый, 9) и на фотоэлемент (фиолетовый, 14). Это преобразует свет в электрический сигнал, заставляя иглу подниматься или опускаться в амперметр (темно-синий, 15).Чем больше напряжение на стекле, тем больше света отражается и тем выше показания амперметра. Из патента США 2,119,577: тензометрический датчик и метод измерения деформаций в стекле. Автор Samuel McK. Грей, 7 июня 1938 года, любезно предоставлено Бюро по патентам и товарным знакам США.

    Пьезоэлектрический

    Некоторые виды материалов, в том числе кристаллы кварца и различные виды керамики, эффективно являющиеся «естественными» тензодатчиками. Если вы толкаете их, они генерируют крошечные электрические напряжения между их противоположными лицами.Это явление называется пьезоэлектричество (произносится как пи-ауыыы-зо электричество) и, вероятно, наиболее известен как способ генерации хронометража сигнал в кварцевых часах. Измерьте напряжение от пьезоэлектрического датчик, и вы можете рассчитать напряжение очень просто. пьезоэлектрический тензодатчики являются одними из самых чувствительных (примерно в 1000 раз больше чем простые типы) и надежный и может выдержать годы повторного использования. (Вы иногда будете видеть их под названием пьезоэлектрические преобразователи, потому что они преобразуют механические энергия в электрическую энергию.)

    Фото: как работает пьезоэлектрический тензодатчик. Прикрепите его к тестируемому объекту, который может быть простым стальным стержнем (серый, 1). Датчик представляет собой плоский кристалл (синий, 3), с двумя параллельными поверхностями, на которых закреплены электроды (красного и оранжевого цветов, 4 и 5), прикрепленные к контактам (желтым, 6 и 7), которые выходят во внешнюю цепь и какой-то метр. Нижняя поверхность кристалла (красная) очень прочно связана с цементом (8) с тестируемым образцом. Когда образец деформируется, кристалл также деформируется, генерируя небольшое напряжение между его верхней и нижней гранями при изменении его формы.Чем больше напряжение, тем больше напряжение, поэтому измерение напряжения является очень точным способом измерения напряжения. Из патента США 2558563: пьезоэлектрический тензодатчик, автор William Janssen, General Electric, 26 июня 1951 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

    ,Тензодатчик

    | инструмент | Britannica

    Тензодатчик , устройство для измерения изменений расстояний между точками в твердых телах, возникающих при деформации тела. Тензометрические датчики используются либо для получения информации, на основе которой можно рассчитать напряжения (внутренние силы) в телах, либо для обозначения элементов на устройствах для измерения таких величин, как сила, давление и ускорение.

    Британика Викторина

    Гаджеты и технологии: факты или вымысел?

    Флэш-память чаще всего используется в портативных устройствах.

    До 1930-х годов большинство тензодатчиков использовали либо составные механические рычажные системы, либо зеркала и оптические рычаги. Увеличение до 1200 к 1 было обычным явлением, и измеряли деформации всего около 1 микрона (0,00005 дюйма). Длина калибров на этих инструментах составляла от 1 / 2 до 1 дюйма (1 1 / 4 до 2 1 / 2 см), и их сравнительно большой размер и вес делали их неспособными добросовестного реагирования на колебания напряжения в результате динамической нагрузки.

    Тензодатчик сопротивления является ценным инструментом в области экспериментального анализа напряжений. Он действует по принципу, обнаруженному британским физиком Уильямом Томпсоном (позднее лордом Кельвином) в 1856 году, что электрическое сопротивление медной или железной проволоки изменяется при растяжении или сжатии проволоки.

    Измеритель, показанный на рисунке, состоит из очень тонкой проволоки, скрученной в виде сетки и склеенной между двумя листами очень тонкой бумаги. Он прочно приклеен (приклеен) к поверхности, на которой должна измеряться деформация, и на нее подается электрический ток.Когда деталь деформируется, датчик следует за любым растяжением или сокращением поверхности, и его сопротивление изменяется соответственно. Это изменение сопротивления усиливается и преобразуется в деформацию после правильной калибровки.

    Тензодатчик Encyclopædia Britannica, Inc. Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 года с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

    Сетки проволочного типа были первой коммерческой формой датчика сопротивления; в настоящее время они изготавливаются в виде плоских пленок печатными методами в виде сетки на пластиковой основе.

    Измерители сопротивления изготавливаются различных форм, размеров и типов, в основном размером с почтовую марку; Возможна длина колеи до 0,015 дюйма (0,038 см), и можно обнаружить деформации до 0,000001 дюйма на дюйм. Эти датчики могут быть использованы на поверхности практически любого твердого материала или встроены в бетон; будучи легкими, они особенно подходят для измерения быстро меняющихся напряжений и напряжений во вращающихся валах.

    Датчики сопротивления можно классифицировать как преобразователи, i.е. , устройства для преобразования механического смещения в электрический сигнал.

    Двумя другими методами измерения напряжения на объекте являются фотоупругость и стресс-анализная голография. Фотоупругость обеспечивает визуальный метод наблюдения за напряжением на объекте путем наблюдения воздействия поляризованного света на двулучепреломляющий (двойной преломляющий) материал, связанный с объектом. Поскольку испытуемый объект подвергается стрессу, узорные полосы в двулучепреломляющем материале представляют области деформации внутри объекта.Стресс-голография также позволяет непосредственно визуально наблюдать нагрузку на объект. Голограмма объекта накладывается на объект. Пока исходный объект и голограмма совпадают, ничего не наблюдается. Однако, если объект находится в напряженном состоянии, образуются узорные полосы, по которым можно определить нагрузку на объект.

    Отправить ответ

    avatar
      Подписаться  
    Уведомление о