Методы измерения

В электротензометрии применяются тензометры как прямого действия (непосредственного отсчета), так и тензометры, работающие по принципу сравнения (нулевого отсчета).

В тензометрах прямого действия изменение сопротивления тензорезистора преобразуется в изменение напряжения или тока в измерительной диагонали, которые усиливаются усилителем. К выходу усилителя подключен показывающий (ПП) или регистрирующий (РП) прибор, с помощью которого осуществляется отсчет или регистрация величин сигналов, пропорциональных деформации тензорезистора. Схема тензометра прямого действия показана на рис. 6а.

Преимущества метода – возможность непрерывного измерения как статических, так и динамических деформаций. При необходимости может осуществляться запись поступающей информации на бумажные или магнитные носители, или в память ЭВМ для хранения и обработки.

 

 

Рис. 6. Принципиальные схемы тензорезисторов: а – прямого действия

(непосредственного отсчёта); б – сравнения (нулевого отсчёта)

 

Недостатки метода – зависимость точности измерения от изменения напряжения источника питания, коэффициента усиления усилителя, погрешностей преобразующих и регистрирующих устройств. К недостаткам также относится сложность и значительная стоимость применяемых устройств.

В тензометрах сравнения, работающих по методу нулевого отсчета осуществляется сравнение сопротивления тензорезистора с известными сопротивлениями точных резисторов БУ на рис. 5 или сравнения напряжения на измерительной диагонали моста с напряжением от калиброванного источника тока Б ₂ на рис. 6б. Состоят эти тензометры из тензометрического моста, источника питания Б ₁, устройства для балансировки моста, усилителя (может отсутствовать) и нуль-индикатора. Для выполнения одного измерения тензометром сравнения необходимо дважды балансировать мост. При необходимости начальная балансировка осуществляется изменением сопротивления переменного резистора . Первый раз мост балансируют при нулевой или начальной нагрузке, второй раз – при конечной (рабочей) нагрузке. Рабочую балансировку осуществляют изменением сопротивления переменного резистора . Показания снимают со шкалы, установленной на ручке резистора , в тот момент, когда нуль-индикатор покажет ноль. Разность показаний при конечной и начальной нагрузке характеризует изменение сопротивления тензорезистора (деформацию объекта тензометрирования).

Преимущества метода – более высокая точность измерений, чем в методе непосредственного отсчета. На точность измерения не влияют изменение напряжения источника питания и коэффициента усиления усилителя, так как в момент измерения ток в измерительной диагонали равен нулю. В этом методе используется более простая аппаратура.

Недостатки метода – невозможность измерения динамических деформаций. Метод можно использовать только для измерения статических или медленно меняющихся деформаций, так как для балансировки моста требуется определенное время.

Температурная погрешность измерений и её компенсация

При тензометрировании объектов, температура которых за время проведения исследования изменяется, может быть получена так называемая температурная погрешность. Это связано со следующими факторами:

- изменением сопротивления тензорезистора из-за его температурной деформации и температурной деформации объекта тензометрирования;

- термоэлектродвижущей силой в соединении двух проводов при разной их температуре;

Для компенсации температурной погрешности применяют следующие методы:

- схемный – в соседние плечи моста включают два одинаковых тензорезистора – рабочий и компенсационный (рис. 5), находящиеся в одинаковых температурных условиях (компенсационный тензорезистор закрепляют на недеформируемой пластинке из такого же материала, что и тензометрируемый объект);

- используют самотермокомпесированные тензорезисторы, решетки которых выполняют из двух материалов с ТКС (температурный коэффициент сопротивления) противоположных знаков.