Механическая величина (деформация) волокон преобразуется в электрическую (сопротивление).
,
где R – сопротивление проводника (Ом).
r - удельное сопротивление материала решетки датчика (Ом × см).
l – длина решетки (см).
А – площадь сечения материала решетки датчика (см2).
Конструкция тензодатчиков.
- Петлевые проволочные тензодатчики.
Датчики представляют собой плоские элементы, состоящие из тонкой от 0,012 – 0,03 мм. проволоки изготовленной из тензоактивного материала (константан, манганин, нихром) уложены в виде петель образующих решетку датчика, вклеенную между двумя бумажными или целлофановыми основами. К концам проволоки припаяны латунные выводы для соединения с измерительной аппаратурой.
1. База тензометра.
2. Решетка.
3. Бумажная или целофановая основа.
4. Латунные выводы.
,
где S – коэффициент тензочувствительности.
Физический смысл коэффициента тензочувствительности – это способность материала решетки датчика изменять свое сопротивление при его удлинении.
Для константа Sk = 2 ¸ 2,2
Rk =100 ¸ 200 Ом.
Для измерения относительной деформации на поверхность конструкции наклеивается тензодатчик, который воспринемает деформации вместе наклейки.
Проволочные тензодатчики в виду наличия петли чувствительны к поперечным деформациям, что является их недостатком. Этого недостатка лишены фольговые тензодатчики.
2. Фольговые тензодатчики.
Изготовляются из металлической фольги (материал тоже), толщиной от 0,004 ¸ 0,006 мм. Изготовляются фотолиграфическим способом (зарисовка, уменьшение, травление), с любой базой и по потребностям эксперимента.
1. База тензометра.
2. Решетка.
|
|
3. Бумажная или целофановая основа.
4. Латунные выводы.
Так как изменение сопротивления возникающее в решетке датчика при его удлинении очень мало, то обычными средствами (бытовой тестор) его померить невозможно. Для измерения используется специальная усиливающая тензометрическая аппаратура.
5. Кремневые тензодатчики.
Имеют значительный коэффициент тензочувствительности Skр = 100 ¸ 200, что позволяет для измерения приращения сопротивления пользоваться обычными средствами. Датчики изготавливаются из кремния при этом выводные проводники могут быть исключительно из золотой фольги, что значительно увеличивает стоимость эксперимента.
1. База тензометра.
2. Кремний.
3. Золотая фольга.
Изготавливаются способом шлифовки на специальном шлифовочном оборудовании.
Недостатки:
Сложность наклейки на конструкцию так как появляются трещины и необходимость специальной подготовки технического персонала.
Технология наклейки тензодатчиков.
Поверхность зачищается, обезжиривается. Для наклейки используется колонковая кисть, используется клей БФ2, Б92, циакриновый (морозостойкий).
| Для металла и дерева. | Для бетона. |
| Датчик и металл промазываются одним слоем клея с выдержкой 15 мин. затем снова промазывается датчик и прижимается специальной резиновой прокладкой. | Поверхность выравнивается гипсом, затем промазывается двумя, тремя слоями клея с выдержкой 15 мин. далее аналогично как на металле. |
Аппаратура для измерения относительной деформации.
В основу всей измерительной аппаратуры положена схема по мосту Уитсона Кепири
|
|
- Баланс моста.
Ток по диагонали BD не проходит. Гальванометр показывает нулевой отсчет.
- Разбаланс моста.
По диагонали проходит ток разбаланса. Стрелка гальванометра отклоняется на величину DRA.
Тензометрическая аппаратура.
1. Поколение тензометрической аппаратуры.
Сначала снимаем нулевой отсчет с тензометра каждого тензодатчика.
2. Поколение тензометрической аппаратуры.
Измерители деформаций с автоматической балансировкой моста.
1. Усилитель.
2. Круговой рехорд
3. Реверсивный электродвигатель.
4. Подвижный контакт.
При изменении сопротивления активного датчика на величину DRA, по диагонали моста проходит ток разбаланса, который усиливаясь подается на реверсивный электродвигатель, снабженный подвижным контактом скользящим по круговому реахорду. R1 и R2 - внутренние сопротивления прибора. Скольжение контактов будет осуществляться до тех пор пока внутреннему сопротивлению R1 не добавится сопротивление DR1 приводящее к балансу моста и остановке электродвигателя. На оси электродвигателя насажены через редуктор стрелки прибора, которые на внешней панели фиксируют измерения величины относительной деформации.
Цена деления измерителя деформаций с автоматической балансировкой моста составляет 1×10-5.
3. Поколение тензометрической аппаратуры.
Данная схема обрабатывает 100 тензодатчиков за 1,5 мин.