Электрические тензометры

Электрические методы измерения деформаций основаны на преобразовании механических перемещений в изменение какой-либо электрической величины. В зависимости от изменяемой электрической величины электротензометры подразделяются на тензометры омического сопротивления (тензодатчики), индуктивные, фотоэлектрические и другие.

Одним из самых простых, но вместе с тем достаточно точных методов, широко используемых на практике, является метод электрического тензометрирования. В основе этого метода лежит принцип изменения активного сопротивления проводника при его деформировании:

, или ,

где удельное сопротивление, зависящее от материала; изменение длины проводника; изменение площади сечения проводника; коэффициент Пуассона (упругая постоянная материала).

При растяжении проводника его длина увеличивается, а размеры сечения уменьшаются, в результате чего его сопротивление увеличивается. Отношение относительного изменения сопротивления к относительной продольной деформации называют коэффициентом тензочувствительности . Для большинства применяемых материалов он приблизительно равен 2: .

Тензодатчики изготавливают в основном двух видов: проволочные и фольговые. Схема проволочного датчика показана на Рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 Схема тензодатчика: 1 – проволочная решётка; 2 – бумажная подложка; 3 – исследуемый объект; 4 – выводы; длина датчика; база датчика.

Проволочная решётка 1, состоящая из нескольких петель, закреплена на подложке 2, которая приклеивается к исследуемому объекту 3. К концам решёток припаяны выводы 4, с помощью которых тензодатчик подключается в измерительную схему, состоящую из моста Уинстона, усилителя и регистрирующего прибора (миллиамперметра или осциллографа).

На Рисунке 2.6 показана принципиальная упрощённая схема тензостанции (цифровой тензометрический мост).

Четыре сопротивления соединены последовательно между собой в электрическую цепь, образующую замкнутый четырехугольник (мост Уинстона). Пассивное плечо моста, состоящее из двух регулируемых балансировочных сопротивлений и , находится внутри прибора. Активное плечо моста образуется двумя тензодатчиками равного сопротивления. Активный датчик наклеен на исследуемый объект, компенсационный датчик наклеен на ненагруженную пластинку из того же материала, что и объект. Он служит для компенсации тех изменений сопротивления активного датчика, которые вызваны температурными деформациями.

Рисунок 2.6. Схема тензостанции: 1 – балансировочные сопротивления; 2 – активный датчик; 3 – компенсационный датчик; 4 – рабочая диагональ моста; 5 – измерительная диагональ моста

Точки А и В, О и К образуют диагонали моста. В одну из диагоналей (АВ) включен источник питания U, в другую (ОК) – измерительный прибор.

При подаче напряжения на рабочую диагональ моста в измерительной диагонали появляется ток , который усиливается и регистрируется на дисплее тензостанции.Ток будет равен нулю только в том случае, если

.

Для определения величины относительной деформации исследуемого объекта производится тарировка тензодатчиков путем определения цены деления шкалы регистрирующего в единицах относительного изменения сопротивления или в еди­ницах относительной деформации на специальном тарировочном приспособлении.

Относительную деформацию, вызванную нагружением объекта исследования, находят по формуле , где разность показаний цифрового табло после до и после нагружения.

Метод электротензометрии является основным для экспериментального исследования напряженно – деформированного состояния натурных элементов конструкций.