plik


ÿþTemat 4 ( 2godziny): Tensometria elektrooporowa 6.1. Wstp W dziedzinie konstrukcji maszyn szczególnej doniosBo[ci i praktycznego znaczenia nabraBa w ostatnich latach do[wiadczalna analiza napr|eD. Bardzo wa|na jest sprawa dokBadnej oceny rozkBadu i wielko[ci napr|eD wystpujcych pod dziaBaniem obci|eD statycznych i dynamicznych. Rozwizanie tego zagadnienia sposobem czysto teoretycznym jest z reguBy rzecz trudn i pracochBonn, za[ w przypadku elementów o bardziej zBo|onych ksztaBtach czsto praktycznie nieosigaln. W tych przypadkach nieocenion pomoc nios metody do[wiadczalnej analizy napr|eD, z których na specjalne wyró|nienie zasBuguje metoda elektrycznej tensometrii oporowej, która w sposób punktowy okre[la stan odksztaBceD i napr|eD i mo|e by stosowana w badaniach laboratoryjnych, jak i na obiektach rzeczywistych. 6.2. Cel wiczenia Celem wiczenia jest zapoznanie si z podstawami tensometrii elektrooporowej oraz praktyczne przeprowadzenie pomiarów napr|eD w elementach o nieskomplikowanych ksztaBtach, przy prostych obci|eniach statycznych. Umo|liwi to porównanie wyników pomiarów z wynikami uzyskanymi za pomoc wzorów teoretycznych. 6.3. Typy tensometrów elektrooporowych Istniej trzy zasadnicze typy tensometrów elektrooporowych:  tensometry typu w|ykowego rys.6.1a,  tensometry typu kratowego rys. 6.1b,  tensometry foliowe (drukowane) rys. 6.2. a) b) Rys. 6.1. PrzykBadowe tensometry elektrooporowe typu: w|ykowego (a) i kratowego (b); 1  podkBadki no[ne celuloidowe lub papierowe, 2  drucik oporowy, 3  koDcówki doprowadzajce prd Tensometry typu w|ykowego i kratowego wykonywane s z drutu konstantanowego (60%Cu + 40%Ni) o [rednicy 0,05 mm na podkBadkach no[nych celuloidowych lub papierowych [17]. KoDcówki doprowadzajce tych tensometrów wykonywane s z drutu nawojowego w emalii o [rednicy 0,1 mm. WspóBczynnik czuBo[ci odksztaBceniowej k (patrz p.6.5) tych tensometrów wynosi okoBo 2,8. Drucik oporowy uBo|ony jest na dBugo[ci zwanej baz pomiarow. Stosuje si bazy pomiarowe od 2 do 70 mm i o oporach nominalnych od 20  1000 . Najcz[ciej u|ywane s czujniki o bazie pomiarowej 20 mm i o oporze 120  140 . Tensometry typu w|ykowego wra|liwe s na odksztaBcenia prostopadBe do ich dBugo[ci, natomiast tensometry typu kratowego s niewra|liwe na odksztaBcenia poprzeczne. Rys. 6.2. PrzykBadowe tensometry elektrooporowe typu foliowego; 1  podkBadki no[ne celuloidowe lub papierowe, 2  folia metalowa Tensometry foliowe wykonywane s metod fotochemiczn. Zamiast siatki oporowej wykonanej z cienkiego drutu oporowego wprowadzono tu siatk wykonan w postaci bardzo cienkiej folii metalowej uksztaBtowanej stosownie do zaBo|onego celu pomiarowego. Maksymalny prd w tensometrze foliowym mo|e by zwikszony co najmniej póBtorakrotnie w stosunku do odpowiadajcego mu tensometru drucikowego. Tensometry foliowe maj mniejsz histerez i wy|sz stabilno[ punktu zerowego. Wyrób tensometrów foliowych jest bardzo pracochBonny i kosztowny, ich cena kilkakrotnie przewy|sza cen tensometrów typu drucikowego. 6.4. Naklejanie tensometrów oporowych na badany element Powierzchnia przedmiotu, na której ma by naklejony tensometr musi by starannie oczyszczona drobnym papierem [ciernym w dwóch wzajemnie prostopadBych kierunkach lub ruchem koBowym w celu utworzenia matowej, lekko szorstkiej powierzchni, która stwarza korzystne warunki do klejenia. Po mechanicznym oczyszczeniu powierzchni poddaje si j oczyszczeniu chemicznemu w celu odtBuszczenia za pomoc toluenu lub benzyny ekstrakcyjnej. Oczyszczon powierzchni metalu pokrywa si cienk warstw specjalnego kleju, który powinien mie nastpujce wBasno[ci:  brak peBzania pod obci|eniem,  brak histerezy,  odporno[ na dziaBanie wilgoci,  odporno[ na dziaBanie podwy|szonych temperatur,  dobr przyczepno[ do podBo|a,  odporno[ na dziaBanie chemikaliów,  wysokie wBasno[ci izolacyjne. Spo[ród wielu obecnie produkowanych klejów najwiksze zastosowanie znajduj:  kleje wysychajce: nitrocelulozowo-acetonowe,  kleje twardniejce pod wpBywem polimeryzacji (dwuskBadnikowe),  kleje termoutwardzalne (utwardzenie pod wpBywem temperatury). 4.5. Zasada dziaBania tensometru elektrooporowego OdksztaBcenie materiaBu badanego elementu przenosi si przez klej i podkBadk na drucik oporowy. OdksztaBcenie drucika powoduje zmian warto[ci jego oporu elektrycznego, która w zakresie spr|ystych odksztaBceD drucika jest wprost proporcjonalna do jego odksztaBcenia. Mierzc zmian oporu drucika czujnika mo|na okre[li odksztaBcenie danego materiaBu. Pomidzy elektrycznym oporem R a jego zmian R i jednostkowym odksztaBceniem wzgldnym zachodzi zwizek: R k (4.1) R gdzie: k  wspóBczynnik czuBo[ci odksztaBceniowej, okre[lajcy czuBo[ tensometru elektrooporowego [22]. WspóBczynnik czuBo[ci odksztaBceniowej k jest wprost proporcjonalny do oporno[ci wBa[ciwej materiaBu drucika i jest podawany przez producenta jako staBa tensometru. Stosowane s czujniki o staBych k w granicach 1,6 3,6. Tensometr elektrooporowy mierzy [rednie odksztaBcenie na dBugo[ci bazy pomiarowej. Du|a baza zapewnia dokBadniejszy pomiar, ale napr|enia musz by staBe na caBej dBugo[ci bazy tensometru. Tensometry o maBej bazie pozwalaj mierzy napr|enia niemal punktowo (lokalne spitrzenie napr|eD). 4.6. Rozety tensometryczne Na powierzchni badanego elementu najcz[ciej wystpuje pBaski stan napr|enia. Aby okre[li w sposób jednoznaczny odpowiadajcy mu stan odksztaBcenia wystarczy zna warto[ci trzech wzgldnych odksztaBceD wzdBu|nych , , , wystpujcych w trzech k l m dowolnych znanych kierunkach le|cych w tej samej pBaszczyznie. Korzystajc ze wzorów teorii spr|ysto[ci mo|emy napisa nastpujc zale|no[ midzy odksztaBceniem wzgldnym , mierzonym w dowolnym kierunku tworzcym kt z osi x wybranego prostoktnego ukBadu wspóBrzdnych OXY a skBadowymi pBaskiego stanu odksztaBcenia , , , w postaci: x y xy x y x y xy cos2 sin 2 k,l,m (4.2) 2 2 2 Wyznaczajc z tych zale|no[ci , , , obliczamy wzgldne odksztaBcenia gBówne , x y xy 1 2 oraz kt zawarty midzy kierunkiem i osi x z wzorów: max 1 x y 2 2 (4.3) xy 1 max x y 2 2 1 x y 2 2 (4.4) xy 2 min x y 2 2 xy tg 2 (4.5) x y Takie ukBady tensometrów elektrooporowych nazywamy rozetami tensometrycznymi. Najcz[ciej stosuje si rozety typu delta, w których tensometry tworz z osi odniesienia kty: 0 , 60 , 120 , a tak|e rozety prostoktne, w których te kty wynosz odpowiednio: 0 , 45 , 90 . Na rys. 4.4 przedstawiono rozety tensometryczne tych dwóch typów. Rys. 4.4. Rozety tensometryczne typu prostoktnego; 1  0º, 2  45º, 3  90º; kty utworzone pomidzy osi wzdBu|n tensometru a osi odniesienia Rys. 4.5. Rozety tensometryczne typu delta; 1  0º, 2  60º, 3  120º; kty utworzone pomidzy osi wzdBu|n tensometru a osi odniesienia Z podanych warto[ci , , oraz kta stosujc uogólnione prawo Hooke a dla pBaskiego 1 2 stanu napr|eD mo|na wyznaczy warto[ci napr|eD gBównych i : 1 2 E (4.6) 1 max max min 2 1 E (4.7) 2 min min max 2 1 Je|eli mamy do czynienia z osiowym stanem napr|enia, obliczenia sprowadzaj si do jednej skBadowej. Zgodnie z prawem Hooke a zale|no[ midzy wydBu|eniem wzgldnym i napr|eniem przyjmuje prost posta: (4.8) E 4.7. Zastosowanie mostka Wheatstone a do pomiarów tensometrycznych Zmiany oporno[ci tensometru wywoBane odksztaBceniem badanego elementu mierzymy w ukBadzie mostka Wheatstone a, który przedstawiony jest na rys. 4.5. Rys. 4.5. Schemat mostka Wheatstone a Je|eli mostek bdzie w stanie równowagi, to przez galwanometr nie bdzie pBynB prd. Nastpi to wtedy, gdy iloczyny oporno[ci jego przeciwlegBych gaBzi bd sobie równe, czyli: Rc R2 Rk R1 (4.9) gdzie: Rc  oporno[ tensometru czynnego, Rk  oporno[ tensometru kompensacyjnego, R1  opornik regulowany, R2  opornik staBy. Tensometr kompensacyjny Rk sBu|y do kompensacji wpBywu zmian temperatury otoczenia i jest identyczny z tensometrem czynnym Rc. OdksztaBcenia termiczne tensometrów ujawniaj si jako zmiana oporu sugerujca zmian napr|eD w mierzonym obiekcie. Tensometry Rk i Rc pod wpBywem temperatury dodaj w obu gaBziach mostka t sam warto[ przyrostu oporu, co nie wpBywa na wskazania galwanometru. Po obci|eniu elementu badanego, odksztaBcenia tensometru czynnego Rc spowoduj zmian jego oporu o Rc, co uwidoczni si wychyleniem wskazówki galwanometru. Pomiaru zmian oporu tensometru elektrooporowego mo|na dokona dwiema metodami: zerow lub wychyBow. Metoda zerowa polega na doprowadzeniu wskazówki galwanometru do poBo|enia zerowego za pomoc regulacji potencjometrem oporu R1. Odczytany na podziaBce potencjometru przyrost oporu pozwala na okre[lenie warto[ci zmiany oporu tensometru, odpowiadajc mierzonemu odksztaBceniu. W metodzie wychyBowej galwanometr z reguBy jest wyskalowany w jednostkach odksztaBcenia, dziki czemu wychylenie wskazówki okre[la warto[ odksztaBcenia. Mostek Wheatstone a mo|e by zasilany prdem staBym lub zmiennym. Mostek zasilany prdem staBym i pracujcy w ukBadzie zerowym nadaje si tylko do pomiarów statycznych i odznacza si du| dokBadno[ci wykonywanych pomiarów. Obecnie czsto stosowane jest zasilanie mostków prdem zmiennym i posBugiwanie si metod wychyBow zarówno do pomiarów statycznych, jak i dynamicznych. SygnaBy pomiarowe pojawiajce si na wyj[ciu z mostka w postaci zmiennego napicia, kierowane s na urzdzenie rejestrujce (mechaniczne, hydrauliczne, elektryczne, elektrooptyczne, oscylografy katodowe), po uprzednim ich wzmocnieniu. SBu| do tego celu specjalne wzmacniacze. Czsto mostek i wzmacniacz wykonane s w jednej obudowie. 4.8. Pomiar napr|eD przy osiowym rozciganiu prta i przy zginaniu belki Przy osiowym rozciganiu prta mo|na stosowa dwa rodzaje wBczeD tensometrów do mostka, tak jak to jest przedstawione na rysunku 4.6. a) b) Rys. 4.6. Pomiar odksztaBceD przy dziaBaniu siBy osiowej: a)  tensometr czynny Rc naklejony wzdBu| osi rozcigania na elemencie rozciganym i tensometr kompensacyjny Rk naklejony na nieobci|ony kawaBek materiaBu identycznego z materiaBem badanym i umieszczony blisko tensometru czynnego Rc, b)  tensometr czynny Rc naklejony wzdBu| osi rozcigania na elemencie rozciganym i tensometr kompensacyjny Rk równie| naklejony na elemencie rozciganym, ale prostopadle do osi rozcigania, (1+ )-krotna czuBo[ w stosunku do przypadku a (  jest liczb Poissona) Oba ukBady a) i b) zapewniaj kompensacj wpBywu temperatury (ukBady samokompensujce). Napr|enia teoretyczne w elemencie o polu przekroju S i rozciganego siB F wynosz: t F (4.10) t S Natomiast napr|enia do[wiadczalne uzyskane dziki pomiarom tensometrycznych d wynosz: km E (4.11) d gdzie: km  staBa mostka,  jednostkowe wydBu|enie wzgldne odczytane z mostka. Uwaga: Przy korzystaniu z ukBadu jak na rys. 4.6 b) wskazania z mostka nale|y podzieli przez (1+ ), gdy| sygnaB jest wzmocniony (1+ )-krotnie, E  moduB Younga, E = 2 1011 MPa. Przy pomiarach odksztaBceD przy zginaniu stosuje si z reguBy ukBad pomiarowy jak na rys. 4.7. Identyczne tensometry Rc i Rk naklejone s w warstwie górnej i dolnej belki o przekroju prostoktnym. Tensometry te doznaj identycznych odksztaBceD, ale o przeciwnych znakach. Rys. 4.7. Pomiar odksztaBceD przy zginaniu belki Taki ukBad pomiarowy jest samokompensujcy pod wzgldem temperaturowym, ponadto daje sygnaB wzmocniony dwukrotnie w stosunku do odksztaBceD rzeczywistych. b h2 Napr|enia teoretyczne w elemencie o wskazniku przekroju na zginanie Wg i t 6 zginanego momentem M = F x wynosz: M 6 F x (4.12) t Wg b h2 Natomiast napr|enia do[wiadczalne uzyskane na drodze pomiarów tensometrycznych d wynosz: km E (4.13) d gdzie: km  staBa mostka,  jednostkowe wydBu|enie wzgldne odczytane z mostka. Uwaga: przy korzystaniu z ukBadu pomiarowego jak na rys. 4.6 b) wskazania z mostka nale|y podzieli przez 2, gdy| sygnaB jest wzmocniony 2-krotnie, E  moduB Younga, E = 2 1011 MPa. 4.9. Przebieg wiczenia Próbka rozcigana osiowo: 1) próbk z naklejonymi tensometrami (pBaskownik 30 x 6 x 500 mm) zamocowa w uchwytach maszyny wytrzymaBo[ciowej, 2) obci|y wstpnie próbk siB 500 N, wyzerowa mostek, 3) obci|a próbk kolejno siBami wzrastajcymi o 2000 N do warto[ci 12000 N i odczytywa wskazania mostka, 4) z otrzymanych pomiarów obliczy napr|enia do[wiadczalne oraz , d t 5) wyniki obliczeD umie[ci w protokole badaD. Próbka zginana  belka wspornikowa: 1) wyzerowa mostek, 2) obci|a kolejno swobodny koniec belki odwa|nikami 0,5 kg; 1,0 kg; 1,5 kg; 2,0 kg; 2,5 kg ka|dorazowo notujc wskazania mostka, 3) z otrzymanych pomiarów obliczy napr|enia do[wiadczalne oraz , d t 4) wyniki obliczeD umie[ci w protokole badaD. 4.10. Opracowanie wyników badaD Sprawozdanie powinno zawiera: 1) krótki opis zasady pomiaru napr|eD metod tensometrii elektrooporowej, 2) obliczenia napr|eD oraz , dla próbki rozciganej osiowo i próbki zginanej, d t 3) protokóB pomiarów, tabela protokoBu dostpna jest na pulpicie monitora komputerowego pod nazw tensometria.xls. ProtokóB pomiarów: tensometria elektrooporowa Badanie napr|eD w próbce rozciganej osiowo b = [mm] h = [mm] E = [Pa] Wyniki pomiarów i obliczeD siBa odczyt napr|enia rozcig. z mostka F d t [kN] [0 ] [MPa] 1 2 3 4 5 6 Badanie napr|eD w belce zginanej b = [mm] h = [mm] L = [mm] x = [mm] E = [MPa] Wyniki pomiarów i obliczeD siBa odczyt napr|enia obci|. z mostka F d t [N] [0 ] [MPa] 1 2 3 4 5 6 Data i podpis wykonujcego wiczenia:

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
4 6 Tensometria mechaniczna i elektrooporowa
elektroniczny bęben
Elektrotechnika i elektronika samochodowa Walusiak
elektronowy (2)
elektryczne gitary gon pawia
elektro zerowka
Sieci elektroenergetzcyne
song23 Elektryczne gitary Dzieci text tab
Elektroenergetyka opracowanie1
6 Gospodarka wodna elektrocieplowni
hezjod teogonia, dokument elektroniczny

więcej podobnych podstron