Тензометрический метод — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Тензометрический метод

Cтраница 1

Тензометрический метод предполагает непосредственное определение усилий, вызываемых весом нефтепродуктов. Первичным прибором в устройствах этого метода является электротенэометрический датчик.  [1]

Тензометрический метод позволяет определять напряжения на внутренних поверхностях и частях сосудов при нормальных температурах. Аналогичные тензорезисторы и аппаратура могут одновременно использоваться и для измерений на внешних поверхностях сосудов.  [2]

Тензометрический метод основан на непосредственном измерении деформаций на поверхности исследуемой модели или детали с помощью электрических, механических, оптических, зеркальных, струнных, пневматических и проволочных тензометров.  [3]

Тензометрический метод использует явление деформации вала под влиянием момента вращения. На вспомогательном валу, который присоединяется между фланцами спариваемых машин, наклеиваются тензометри-ческие датчики. Четыре датчика попарно располагаются под углом 45 к оси вала и соединяются в мостиковую схему. Сигналы от тензодатчиков с помощью четырех скользящих контактов передаются на усилитель и затем осциллографируются. Для получения удовлетворительных результатов особенно важно правильно расположить и тщательно приклеить датчики, обеспечить надежный скользящий контакт и, наконец, тщательно настроить всю установку. Важно правильно подобрать усилитель сигналов от тензодатчиков, устранить дрейф нуля. Для обеспечения стабильности измерений требуется усилитель с постоянным коэффициентом усиления и линейной частотной характеристикой.  [4]

Тензометрический метод дает возможность непосредственно осциллографировать момент вращения как при работе двигателя вхолостую, так и при нагрузке, что является существенным его достоинством.  [5]

Тензометрический метод определения сил по сравнению с дренажным обладает гораздо большей мобильностью и, что особенно важно, позволяет получать информацию о нестационарных явлениях, которые характерны для критических режимов.  [6]

Сущность тензометрического метода

заключается в том, что в процессе нагружения детали измеряются деформации поверхностных волокон. По найденным деформациям на основе закона Гука вычисляются действительные напряжения. Таким образом, исходным является предположение, что материал детали упруг и изотропен. Метод тензометрирования при экспериментальном исследовании деталей машин может быть применен не только в условиях, статических нагрузок, но и в условиях динамических нагрузок, большей частью соответствующих рабочим условиям. В ряде случаев является целесообразным при измерении значительных деформаций изготовлять модель детали в увеличенном масштабе. В этом случае рассматриваемый метод обеспечивает большую точность, измерения.  [7]

Преимуществом тензометрического метода определения количества жидкости является простота, а основным недостатком — невысокая точность тензометров и как следствие — недостаточная точность измерения.  [8]

Более универсален тензометрический метод исследования на-груженности машин, обеспечивающий непрерывную запись напряженного состояния отдельных элементов механизмов и металлоконструкций на пленку ( бумажную ленту) осциллографа. Он позволяет регистрировать процессы изменения нагрузок, протекающие с большими скоростями и частотами.  [9]

Некоторой модификацией тензометрического метода является метод, основанный на определении объема жидкости, вылившейся после снятия давления опрессовки. В качестве прогностических параметров используют такие характеристики, как скорость слива, его объем, вес и толщина трубы. Для определения прочности трубы проводят статистическую обработку. Данная обработка позволяет получить многопараметровое уравнение корреляции при помощи ЭВМ.  [10]

Принципиальное отличие тензометрического метода измерения давления состоит в том, что мерой давления является не перемещение заданной точки УЧЭ в осевом направлении, а деформации поверхности УЧЭ или поверхности связанного с ним тела. Измерительный преобразователь, который преобразует деформации поверхности твердого тела в изменение его электросопротивления, называется тензорезистором.  [11]

При пользовании тензометрическим методом, который может быть приравнен к методу испытания свидетелей ( в данном случае — свидетель это тензодатчик), следует иметь в виду, что при каждом виде нагружения, форме образца ( или натурной детали) и частотах на-гружения необходимо иметь тарировочные кривые изменения электросопротивления тензодатчика и клеевого шва.  [12]

Наряду с тензометрическим методом исследования напряжений

в инженерной практике и а области научных исследований широкое применение находит также поляризационно-оптический метоД, иначе называемый методом фотоупругости.  [13]

В чем заключается тензометрический метод измерения магнитострикции.  [14]

Страницы:      1    2    3    4

Тензометрические системы для испытаний подвижного состава

Для того чтобы гарантировать безопасность в эксплуатации, механизмы и конструкции должны быть прочными, а также функциональными и легкими для экономичного использования материалов, что позволит достичь высокой экономической эффективности.

Проведение испытаний является одним из эффективных методов подтверждения обоснованности выбранных на этапе проектирования конструкторских решений и качества изготовления продукции.

Например, это может быть сделано с помощью точных исследований напряженных состояний, выполненных по общепризнанному методу тензометрических измерений, поскольку тензометрия получила широкое распространение в самых различных областях науки и техники.

Тензометрирование машин, механизмов и агрегатов необходимо для оценки напряженно-деформированного состояния элементов, деталей и узлов при эксплуатационных и специальных режимах работы. Тензорезисторы являются основой высокоточных измерений в этой области.

Методами тензометрирования можно решать следующие задачи:

• исследование напряжений и деформаций конструкции, а также проверку на соответствие расчетным данным;
• определение запасов прочности и устойчивости конструкции при кратковременных, длительных и циклических нагрузках;
• определение количественных показателей надежности узлов при нормальной эксплуатации и при специальных режимах работы;
• подтверждение соответствия показателей прочности, несущей способности конструкции.

Действие тензорезисторов основано на принципе изменения сопротивления металлов под влиянием деформаций. Основой тензорезистора служит чувствительный элемент, сопротивление которого изменяется пропорционально напряжению на поверхности измеряемого объекта. Чувствительный элемент фольговых тензорезисторов (решетка) изготавливается из фольги — тонколистового металла толщиной 0,002–0,1 мм. Материал — сплав Ni-Cu или Ni-Cr. Эти датчики имеют малые размеры и изготовлены методом фототравления. Основой тензорезистора является пленка из синтетической смолы (рис. 1). Допускается изготовление решетки практически любых требуемых размеров и форм как в одноэлементном, так и в розеточном исполнении. В фольговых датчиках переходные участки на витках петлевой решетки выполняются не круглого, а прямоугольного сечения с шириной в направлении продольных полосок, в несколько раз большей ширины этих полосок.

Рис. 1. Структура тензорезистора

Измерение деформаций с помощью тензорезисторов основано на тензоэффекте. Тензоэффектом называется свойство проводниковых и полупроводниковых материалов изменять электропроводность (электрическое сопротивление) при изменении объема или напряженного состояния. Тензорезисторы выпускаются в различной конфигурации. На рис. 2 представлены лишь некоторые из них.

Рис. 2. Конфигурация тензорезисторов

Повышение качества проводимых испытаний предполагает использование современных тензометрических систем, которые удовлетворяют возрастающим требованиям к регистрации и обработке данных, получаемых в ходе испытаний.

Тензометрические системы предназначены для сбора, преобразования, передачи, регистрации и последующей обработки сигналов от первичных преобразователей, которыми могут являться тензорезисторы, датчики ускорения, перемещения, силы, температуры, давления, а также иные датчики и сенсоры, устанавливаемые на кузовах подвижного состава, ходовых частях и/или их комплектующих, подвергаемых экспериментальным исследованиям. Как правило, тензометрические системы могут работать как независимо друг от друга, так и в стековых системах регистрации сигнала.

Основными показателями, характеризующими производительность и удобство работы с тензометрическими системами, являются:

• количество измерительных каналов;
• частота дискретизации сигнала;
• длина кабеля между датчиком/сенсором и измерительной системой;
• возможность фильтрации сигнала;
• диапазон сопротивления используемых тензорезисторов;
• достоверность получаемого сигнала;
• возможность одновременной работы с различными типами датчиков и/или сенсоров;
• масса, габаритные размеры, мобильность системы;
• возможность работы в широком диапазоне температур окружающей среды;
• возможности регистрации и обработки поступающего сигнала прилагаемым программным обеспечением.

Рассмотрим подробно каждый из вышеперечисленных показателей в отдельности.

Количество измерительных каналов — одна из самых важных характеристик при испытаниях объектов подвижного состава, особенно при исследовательских испытаниях. В последнее время создаваемые новые технически сложные конструкции подвижного состава требуют уточненных экспериментальных исследований, что в свою очередь вызывает необходимость использования тензометрических систем с увеличенным числом измерительных каналов. На рис. 3 в качестве примера показан общий вид тензометрической системы MGC+ разработки фирмы HBM (Германия) с измерительными каналами (разъемами) для подключения первичных преобразователей.

Рис. 3. Общий вид тензометрической системы MGC+ для подключения первичных преобразователей (128 измерительных каналов)

Тензометрические системы с большим количеством измерительных каналов дают возможность более детального изучения конструкции тестируемого объекта. Количество измерительных каналов, используемых при испытаниях, как правило, зависит от сложности конструкции и типа испытуемых объектов. Так, при предварительных и периодических испытаниях вагона-цистерны достаточно 60 измерительных каналов, вагона-платформы, полувагона или крытого специализированного вагона — около 100. При исследовательских испытаниях количество измерительных каналов может достигать нескольких сотен.

Частота дискретизации регистрируемого сигнала является характеристикой, которая определяет количество опросов в единицу времени одного или нескольких первичных преобразователей. В зависимости от типа (модели) тензометрической системы частота дискретизации может зависеть или не зависеть от числа опрашиваемых каналов. При испытаниях на прочность при соударении, усталостных и ходовых испытаниях частота дискретизации играет важную роль, когда необходимо провести измерение процесса, длительность которого не превышает нескольких миллисекунд.

При испытаниях на статическую прочность конструкции тестируемого объекта частота дискретизации не является определяющей характеристикой тензометрической системы, так как измерение напряжений производят в течение значительно большего времени, чем при динамических испытаниях.

Длина кабеля между первичным преобразователем сигнала и измерительным модулем не менее важная характеристика тензометрической системы, особенно при ходовых испытаниях, где необходимо формировать сцеп из испытуемых изделий подвижного состава. Возможны и другие случаи: например, при тестированиях полувагона с разгрузкой в вагоно­опрокидывателе (рис. 4) измерительная система должна находиться на достаточно большом (25–50 м) удалении от места проведения испытаний в целях обеспечения безопасности персонала, проводящего испытания.

Рис. 4. Испытуемый полувагон, установленный для подготовки к испытаниям на разгрузку в вагоноопрокидывателе

Программные цифровые фильтры (рис. 5) позволяют уменьшить влияние электромагнитных помех искусственного и естественного происхождения, искажающие полезный сигнал и возникающие в процессе испытаний, а также пиковые напряжения, не приводящие к разрушению или необратимой деформации конструкции и снижающие достоверность измерений.

Рис. 5. Результат фильтрации зарегистрированного сигнала:
а) зарегистрированный сигнал;
б) отфильтрованный сигнал

Тензометрическая система с одновременно подключенными датчиками силы и перемещений (рис. 6), генерирующими отличные друг от друга типы сигналов, позволяет провести полный цикл испытаний тележки грузового вагона с регистрацией всех необходимых параметров в максимально короткий промежуток времени без использования ручного мерительного инструмента.

Рис. 6. Тележка грузового вагона, оборудованная различными типами датчиков

Возможность одновременной работы тензометрической системы с различными типами первичных преобразователей позволяет в случае необходимости сократить номенклатуру используемых измерительных систем. Например, при проведении испытаний на прочность при соударении вагонов в ряде случаев требуется измерять не только напряжения в конструкции испытуемого объекта, но и ускорение различных узлов конструкции. Поэтому тензометрическая система, которая может работать не только с тензорезисторами, но и с датчиками ускорений, будет более актуальной, в том числе и потому, что два разных типа сигнала четко корреспондированы по времени возникновения пиковых значений.

Масса, габаритные размеры и мобильность являются важными показателями тензометрической системы, поскольку испытания объектов подвижного состава проводятся зачастую на территориях испытательных полигонов и заводов — изготовителей продукции.

Работа в широком диапазоне температур окружающей среды также представляется немаловажным показателем, влияющим на возможность применения тензометрических систем, в том числе в полевых условиях в любое время года.

Прилагаемое программное обеспечение тензометрических систем, как правило, обеспечивает возможность сбора и обработки данных (рис. 7). Современные тензометрические системы обычно поставляются с программным обеспечением, которое позволяет:

• визуализировать регистрируемый сигнал;
• настраивать внешний вид интерфейса графической визуализации;
• осуществлять обработку полученных данных.

На рис. 7 в качестве примера показан фрагмент интерфейса с оператором тензометрической системы MGC+.

Рис. 7. Пример интерфейса тензометрической системы MGC+

Одним из важных факторов при выборе тензометрической системы является возможность ее использования при сертификационных испытаниях железнодорожной продукции. Для этого тензометрическая система должна входить в перечень средств измерений, допущенных к проведению таких видов испытаний, и включена в Государственный реестр РФ средств измерений.

В таблице приведено сравнение основных характеристик наиболее распространенных тензометрических систем.

Таблица. Основные характеристики некоторых тензометрических систем

Наименование	Количество измерительных каналов	Частота опроса, Гц	Возможность наращивания (стекования)	Возможность замены модулей	Наличие в Реестре СИ
HBM MGC+ (Германия)	128	19 200 на каждый канал	Да	Да	Да
HBM QuantumX (Германия)	16	19 200 на каждый канал	Да	Нет	Да
Kyowa EDX-2000A (Япония)	32	2048 на каждый канал	Нет	Да	Да
Siemens LMS (Нидерланды)	72	25 600 на каждый канал	Да	Да	Нет
Zetlab (Россия)	32	40 000 на каждый канал	Да	Да (только в стеке)	Да
MMTS 64.01 (Россия)	64	1024 на все каналы	Да	Нет	Да
Мера MIC-236 (Россия)	128	4800 на каждый канал	Да	Да	Да

Таким образом, современные тензометрические системы позволяют регистрировать различные типы сигналов в зависимости от видов испытаний подвижного состава и решать широкий круг задач, связанных с экспериментальной оценкой прочности, надежности и других показателей в условиях как заводов-изготовителей, так и специализированных испытательных полигонов.

Facebook

Twitter

Вконтакте

Google+

Литература

1. ГОСТ 21616-91 «Тензорезисторы. Общие технические условия». 1992.
2. ГОСТ 33788-2016 «Вагоны грузовые и пассажирские. Методы испытаний на прочность и ходовые качества».
3. Шишмарев В. Ю. Технические измерения и приборы. Учебник. М.: Юрайт, 2019.
4. Тензометрический метод измерения деформаций. Учебн. пособие. Изд-во Самарского государственного аэрокосмического университета, 2011.

Как работают датчики деформации?

Тем не менее что же такое напряжение?

«Вы чувствуете напряжение? Напряги все силы! Не напрягайся!» В быту мы применяем эти понятия, закладывая в них иной смысл, нежели их принято применять в науке. Более того, это понятие оказалось настолько универсальным, что несколько разделов науки с удовольствием оперирует термином «напряжение». Оно может быть электрическим и измеряется в вольтах, а может быть механическим. Именно механическому напряжению посвящена данная статья.

Напряжение – это измерение того, какое внутреннее давление создается в материале, когда на него действует внешняя сила. Чем больше сила или меньше площадь, на которую она действует, тем больше вероятность того, что материал будет деформироваться (менять форму). Подобно давлению, мы измеряем напряжение путем деления силы, действующей на определенную область, на площадь этой определенной области, поэтому напряжение = сила / площадь.
Деформация — это то, что происходит в результате напряжения. Если материал подвергается воздействию силы, он часто меняет форму и становится немного длиннее (при растяжении) или короче (при сжатии). Деформация определяется как изменение длины (размера), вследствие воздействия силы, деленное на исходную длину (размер) материала. Поэтому, если вы потянете кусок резины длиной 10 см, и он растянется еще на 1 см и станет длиной 11 см, деформация составит 0,1.

Фото: этот лабораторный стенд предназначен для проверки прочности материала путем его разрыва. Тензометрические датчики, прикрепленные к материалу (в данном случае это алюминиевый цилиндрический образец), позволяют ученым изучать напряжения в материале и изменения при его деформации.

Напряжение материалов

Различные материалы ведут себя очень по-разному при одинаковом напряжении. Если вы натяните резиновый жгут, он соответственно растянется, перестанете тянут – жгут вернется к своей исходной длине. Когда материалы возвращаются к своей первоначальной форме и размеру после снятия усилия, мы говорим, что они претерпели упругую деформацию. Так ведут себя многие материалы, включая резину, некоторые пластмассы и многие металлы (которые, как вы, возможно, удивитесь, совершенно упруги при воздействии малых усилий). В конце концов, упругие материалы достигают точки, когда они не могут справиться с дополнительным напряжением и растягиваются постоянно. Такое изменение называется пластичной деформацией. Обратите внимание, что правильное значение пластика — это то, что сравнительно легко меняет форму. Вот почему пластмассы называют пластмассами: при изготовлении они легко формуются в разные формы.

Если вы инженер, то напряжения и деформации невероятно важны. При разработке чего-либо от автомобильного двигателя до моста, от ветряной мельницы до крыла самолета, вы знаете, что оно будет подвержено воздействию некоторых, порой довольно больших, сил. Могут ли материалы, которые вы планируете использовать, противостоять этим силам? Будут ли они незначительно упруго деформироваться и безопасно возвращаться к своей первоначальной форме и размеру? Будут ли они разрушаться после повторяющихся деформаций в следствие такого процесса, как, например, усталость металла (когда повторяющаяся деформация приводит к ослаблению металла и его внезапному разрыву). Вам нужно использовать что-то более упругое, чтобы обеспечить безопасность? А как это узнать? Вы можете сделать свои расчеты в лаборатории и попытаться выяснить это заранее. Вы даже можете создать сложные компьютерные/математические модели этого процесса. Тем не менее, только натурные испытания позволят вам проверить свои вычисления на предмет наличия ошибок, учесть ранее неучтенные факторы, применить не гипотетические образцы, а реальные вышедшие из реального производства. Надежный способ получить ответ о том, как материалы справляются с реальным напряжением — это использовать тензорезисторы, которые позволяют измерить даже самые незначительные изменения (за счет своей «аналоговости» они имеют практически бесконечную чувствительность).

Тензорезистором можно назвать датчик, который преобразует собственную деформацию в изменение собственных электрических характеристик, а поскольку его собственная деформация практически равна поверхностной деформации испытуемого материала, то можно сказать так: тензорезистор – это датчик, преобразующий поверхностную деформацию испытуемого материала в изменение собственных электрических характеристик. 

Фото: Тензометрическая колесная пара для проведения натурных испытаний. Фото предоставлено одним из ведущих предприятий разработки и испытаний ж/д техники – ТИЦ ЖТ.

Однако путь к тензорезисторам был долог и сложен. Было предпринято множество способов измерения деформации, одни из которых применяются до сих пор. Рассмотрим это ниже.

Типы датчиков деформации

Существует пять основных типов датчиков деформации: механические, гидравлические, электрические, оптические и пьезоэлектрические. Давайте рассмотрим и сравним, как они работают.

Механические

Предположим, образовалась трещина в стене дома из-за проседания грунта и необходимо проверить, развивается ли эта трещина. Позвоним специалистам, и они, вероятно, приклеят кусок твердой плексигласовой пластмассы с линиями и шкалой прямо над трещиной, иногда называемый как трещинный монитор или пластинчатый маяк. При внимательном его рассмотрении вы обнаружите, что он фактически состоит из двух отдельных пластиковых слоев: один слой имеет линейчатую шкалу, а другой слой имеет стрелку или указатель. Вы приклеиваете один слой к одной стороне трещины и один слой к другой, чтобы, когда трещина открывалась, слои очень медленно скользили друг за другом, и вы могли видеть указатель, перемещающийся по шкале. В зависимости от того, как быстро развивается трещина, вы понимаете насколько быстро это проблему нужно решить!

Фото: Пластинчатый маяк (изображение взято из интернет по следующему адресу: https://zishop.toist.ru/nabor/nabor-monitoring-treshin-lajt/)

Некоторые подобные механические датчики еще более грубые, чем этот. Просто прикрепляется кусок пластика или стекла через трещину и ожидаем, когда он разрушится при развитии трещины.

Существует огромное количество механических датчиков (экстензометров, прогибомеров, клинометров, сдвигомеров, тензометров и т.п.) Наиболее совершенным и распространённым механическим датчиком деформации является рычажный тензометр Гугенбергера. Подробно останавливаться на них не будем.

Схема: рычажный тензометр Гугенбергера

Гидравлические

Одной из проблем с датчиками деформации является обнаружение очень малых деформаций. Например, вы можете представить себе ситуацию, когда здание медленно движется, но это движение настолько мало, что оно не проявляется, возможно, пока не появятся видимые признаки – трещины, провалы земли, видимые наклоны. Для простого датчика трещин, такого как описанные выше, требуется 1 мм движения здания, чтобы произвести 1 мм движения на поверхности датчика трещин. При этом достаточно тяжело определить точку, к которой нужно прикрепить такой тензометр. Но что, если мы хотим обнаружить наименьшие движения, которые не проявляются в масштабе? В этом случае нам действительно нужен датчик с рычагом, который усиливает деформацию, поэтому даже незначительное движение элемента вызывает очень большое и легко измеряемое движение указателя по шкале (как это было реализовано в рычажном тензометре Гугенбергера).

Эту проблему попытались решить с помощью гидравлических датчиков деформации.

Гидравлические датчики деформации по сути 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 предположить, как это можно использовать в датчике деформации: вы просто подключаете свой большой поршень к тому, что он производит, и используете меньший поршень в трубке меньшего размера, помеченной шкалой, чтобы узнать, сколько произошло движения. Относительный размер поршней определяет, насколько увеличено движение, которое вы пытаетесь обнаружить. Как правило, гидравлические датчики, подобные этому, умножают движение примерно в 10 раз и обычно используются в геологии.

Простой пример гидравлического датчика деформации. Напряжение, которое вы хотите измерить, давит на зеленую кнопку (вверху слева). Это приводит в движение большой широкий поршень (желтый, 55) в гидравлический цилиндр (красный, 56), выталкивая захваченную жидкость (синего цвета, 57) 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 механизм (темно-синий, 84, 85), изменяя перекрытие между двумя индукционными катушками так, что они отправляют электрический ток в цепь. Таким образом, сила нажатия на зеленую кнопку преобразуется в измеримый электрический сигнал (из патента США 2,600,453: способ и устройство для управления теплом в процессах горячей обработки. Автор RichardWeingart. 17 июня 1952 года).

Тензорезисторы (за счет изменения электрического сопротивления)

Если вы проектируете что-то вроде крыла самолета, как правило, вам нужно проводить гораздо более сложные измерения, чем позволяет простой механический датчик деформации, тем более что усилие имеет разное направление и огромную частоту. Возможно, вы захотите измерить напряжение во время взлета, например, когда двигатели производят максимальную тягу. Вы не можете прикрепить маленькие пластиковые тензодатчики к крылу и выходить, чтобы измерить их во время полета, но вы можете использовать тензорезисторы, чтобы сделать то же самое с помощью регистратора в салоне самолета.

Наиболее распространенные электрические датчики деформации — тензорезисторы — это тонкие прямоугольные полоски фольги с лабиринтными схемами разводки, которые ведут к паре электрических кабелей. Вы прикрепляете фольгу к материалу, который хотите измерить, и подключаете кабели к контрольной цепи. Когда материал, который вы испытываете, напряжен, фольга гнется, и проволока либо растягивается (так что становится немного тоньше), либо сжимается (поэтому становится чуть толще). Изменение толщины(площади сечения) металлической фольги/провода изменяет его электрическое сопротивление, потому что электронам труднее переносить электрический ток по более узким проводам. Таким образом, все, что вам нужно сделать, это измерить сопротивление (обычно используя мост Уитстона), и, с небольшим количеством соответствующего преобразования, вы можете рассчитать деформацию. Если задействованные силы невелики, деформация будет упругой, и тензодатчик в конечном итоге вернется к своей первоначальной форме, так что вы сможете продолжать проводить измерения в течение определенного периода времени, например, во время испытательного полета самолета-прототипа.

Подобные тензометрические датчики были изобретены в 1938 году профессором Массачусетского технологического института Артуром Руге (1905–2000 гг.) для помощи в обнаружении землетрясений.

Фото: крупный план двух электрических датчиков деформации — тензорезисторов. На подложке из фольги хорошо видны узоры, похожие на лабиринты. Они изменяют форму, вызывая изменение сопротивления проводов, когда фольга изгибается под действием напряжения.

Рисунок: справа: иллюстрация оригинального тензорезистора Артура Руге из патента США, который он подал в сентябре 1939 года. Он состоит из проводящей металлической нити (желтого цвета), натянутой между парой гребнеобразных опор (синего цвета) и подключен к контактам (красный), которые могут быть подключены к цепи. По мере того как напряжение изменяется, нить деформируется, 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 не влияли друг на 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: тензорезистор, автор Arthur C. Ruge, 6 июня 1944 г.)

Тензорезисторы в настоящее время являются основой науки изучения деформаций. Большинство датчиков силы, веса, крутящего момента, давления, перемещения и ускорения (акселерометры) созданы на их основе.

Оптические датчики деформации

Некоторые материалы меняют свои оптические свойства (светопропускание или отражение), когда они напряжены и деформированы, например, стекло и пластик. Хотя стекло является удивительно полезным и универсальным материалом, оно хрупкое и потенциально очень опасно: если оно слишком сильно деформировано, оно может внезапно расколоться или разбиться. Это может быть реальной проблемой при использовании его в чём-то вроде лобового стекла автомобиля или иллюминаторов самолета. Один из способов обнаружения деформации в стекле — направить на него под углом поляризованный свет. Часть света будет отражена, а часть будет пропущена. 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.

Рисунок: 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 источник (синий, 6) направляет сфокусированный луч (желтый) на стекло через поляризационный фильтр (красный, 8). В зависимости от того, является ли стекло деформированным, и насколько деформированным, свет отражается от поверхности стекла через второй фильтр (оранжевый, 9) и попадает на фотоэлемент (фиолетовый, 14). Он, в свою очередь, преобразует свет в электрический сигнал, заставляя стрелку в амперметре подниматься или опускаться (темно-синий, 15). Чем выше напряжение в стекле, тем больше света отражается и тем выше показания амперметра. (Из патента США 2119577: тензометрический датчик и метод измерения деформации в стекле, СэмюэльМакК. Грей, 7 июня 1938 года)

Вместе с тем, указанное выше решение не нашло широкого применения. Ему на смену пришел иной принцип использования света при изучении степени деформации.

Волоконно-оптические датчики деформации (ВОДД), ставшие развитием оптического типа датчиков деформации, обычно принадлежат к двум основным типам: ВОДД на решётках Брэгга и ВОДД на интерферометре Фабри-Перро. Вторые не получили широкого признания, но вот созданные на основе волоконной брэгговской решетка (ВБР), являются современным примером поиска замены ставшим классическими тензорезисторам сопротивления. Но стоимость такого решения всё ещё в разы дороже применения тензорезисторов, оно ограничено по частоте опроса/сбора данных и имеет ряд других особенностей.

Вопросу применения ВОДД на решётках Брэгга посвятим отдельный текст.

Пьезоэлектрические датчики деформации

Некоторые типы материалов, в том числе кристаллы кварца и различные типы керамики, являются эффективными «естественными» тензометрами. Если вы прикладываете к ним усилие, они создают крошечные электрические напряжения между их противоположными сторонами. Это явление называется пьезоэлектричеством и, вероятно, наиболее известно как способ генерирования сигнала хронометража в кварцевых часах. Измерьте напряжение с пьезоэлектрического датчика, и вы можете просто рассчитать деформацию. Пьезоэлектрические тензометрические датчики являются одними из наиболее чувствительных (примерно в 1000 раз больше, чем у более простых типов) и надежными и могут выдерживать годы многократного использования (вы иногда будете встречать их как«пьезоэлектрические преобразователи», потому что они преобразуют механическую энергию в электрическую).

Изображение: Как работает пьезоэлектрический тензодатчик. Прикрепите его к тестируемому объекту, который может быть простым стальным бруском (серый, 1). Датчик представляет собой плоский кристалл (синий, 3), с двумя параллельными поверхностями, на которых закреплены электроды (красного и оранжевого цвета, 4 и 5), прикрепленные к контактам (желтый, 6 и 7), которые замыкаются на внешнюю цепь – систему сбора данных. Нижняя поверхность кристалла (красного цвета) очень прочно связана цементом (8) с тестируемым образцом. По мере того как образец деформируется, кристалл также деформируется, генерируя небольшое напряжение между его верхней и нижней гранями при изменении его формы. Чем больше напряжение, тем больше деформация, поэтому измерение электрического напряжения является очень точным способом измерения механического напряжения (из патента США 2,558,563: пьезоэлектрический тензодатчик, автор WilliamJanssen, GeneralElectric, 26 июня 1951 г.).

Существует большое количество других типов датчиков деформации: акустических, тепловых, электромагнитных, рентгеновских и т.д. Но они не нашли широкого применения и не оставили в заметный след в истории вопроса.

Тензорезисторы в настоящее время представляют собой наиболее распространённый тип датчиков деформации.

На нашем сайте вы можете купить (заказать) тензорезисторы от японской компании TML, одного из лидеров в производстве тензорезисторов в мире.

Материалы для данной статьи взяты из источника по адресу: https://www.explainthatstuff.com/straingauge.html[Woodford, Chris. (2009/2015) Strain gauges. Retrieved from https://www.explainthatstuff.com/straingauge.html. Last updated: February 27, 2019. Доступ 19.04.2019)] 

Тензометрия

Тензометрия — совокупность экспериментальных методов определения механического напряжения детали, конструкции. Основана на определении деформаций или других параметров материала, вызванных механическим напряжением.
Приборы для измерения деформаций называются тензометрами. По принципу действия тензометры делятся на электрические, оптические, пневматические, акустические. В состав тензометра входит тензометрический датчик и показывающие устройства индикаторы и/или регистрирующие устройства.
Тензометры, предназначенные для измерения деформаций во многих точках исследуемого объекта и снабжённые средствами обработки данных, их регистрации и передачи в качестве сигналов управления, часто называют тензометрическими станциями или тензостанциями.
До 1980-х годов тензостанции представляли собой комплекс самописцев, регистрирующих сигналы многих датчиков на бумажной ленте. Развитие компьютерной техники и применение АЦП изменило облик этой аппаратуры. Стала возможной не только регистрация сигналов тензодатчиков, но и их цифровая обработка в реальном времени, визуализация деформаций на экранах мониторов и автоматическая выдача управляющих сигналов для изменения режима работы тестируемой конструкции, например, для компенсации деформации деталей манипуляторов в станках с ЧПУ, что позволяет повысить точность обработки заготовки.

1. Физические принципы тензометрии
Предложено много различных способов измерения деформаций, каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, поэтому выбор того или иного метода зависит от конкретной задачи.

1.1. Физические принципы тензометрии Пневматические
Основаны на измерении давления сжатого воздуха в сопле, примыкающем к поверхности исследуемой детали. Изменение расстояния до сопла от поверхности вызывает регистрируемое изменение давления.

1.2. Физические принципы тензометрии Акустические
При нагружении деталей изменяются акустические параметры материала, такие как скорость звука, акустическое сопротивление, затухание. Эти изменения могут быть измерены пьезоэлектрическими датчиками.
Также к акустическим методам относят датчики, при нагружении которых изменяется частота собственных колебаний чувствительного элемента — например, струнные.

1.3. Физические принципы тензометрии Электрические
Используют изменение электрических параметров материала чувствительного элемента тензодатчика при нагружении, обычно изменения электрического сопротивления тензорезистивные датчики или генерирующие напряжения при деформациях пьезоэлектрические. Недостаток последних — они непригодны для измерений статических деформаций, но имеют очень высокую чувствительность.
Условно к электрическим методам можно отнести различные электрические измерители малых смещений — ёмкостные, индукционные датчики и др.

1.4. Физические принципы тензометрии Рентгеновские
При деформации материала изменяются межатомные расстояния в кристаллической решётке материала исследуемого объекта, что может быть измерено рентгеноструктурными методами.

2. Тензорезистивный метод
Сейчас это наиболее удобный и чаще других используемый метод. При деформации электропроводящих материалов металлов, полупроводников происходит изменение их удельного электрического сопротивления и, как следствие, — изменение сопротивления чувствительного элемента датчика. В качестве проводящих материалов обычно используются металлические плёнки, напылённые на гибкую диэлектрическую подложку. В последнее время находят применение полупроводниковые датчики. Сопротивление чувствительного элемента измеряется тем или иным способом.

2.1. Тензорезистивный метод Конструкция типичного металлического датчика
На диэлектрическую подложку например, полимерную плёнку или слюду в вакууме через маску напыляют плёнку металлического сплава, либо формируют проводящую конфигурацию на подложке фотолитографическими методами. В последнем случае на предварительно напылённую сплошную плёнку металла на подложке наносят слой фоторезиста и засвечивают его ультрафиолетовым излучением через фотошаблон. В зависимости от вида фоторезиста, либо засвеченные, либо незасвеченные участки фоторезиста смываются растворителем. Затем незащищённую фоторезистом металлическую плёнку растворяют например, кислотой, формируя фигурный рисунок металлической плёнки.
В качестве материала плёнки обычно используются сплавы, имеющие низкий температурный коэффициент удельного сопротивления например, манганин — для снижения влияния температуры на показания тензометра.
При использовании тензорезистор подложкой приклеивают к поверхности исследуемого на деформации объекта или поверхности упруго-деформируемого элемента в случае применения в весах, динамометрах, торсиометрах, датчиках давления и др., так, чтобы тензорезистор деформировался вместе с деталью.
Чувствительность к деформации такого тензорезистора зависит от направления приложения деформирующей силы. Так, наибольшая чувствительность при растяжении и сжатии — по вертикальной по рисунку оси и практически нулевая при горизонтальной, так как полоски металла в зигзагообразной конфигурации сильнее изменяют своё сечение при вертикальной деформации.
Тензорезистор включается с помощью электрических проводников во внешнюю электрическую измерительную схему.

2.2. Тензорезистивный метод Измерительная схема
Обычно тензорезисторы включают в одно или два плеча сбалансированного моста Уитстона, питаемого от источника постоянного напряжения диагональ моста A — D. С помощью переменного резистора R 2 производится балансировка моста, так, чтобы в отсутствии приложенной силы напряжение диагонали сделать равным нулю. С диагонали моста B — C снимается сигнал, далее подаваемый на измерительный прибор, дифференциальный усилитель или АЦП.
При выполнении соотношения R 1 / R 2 = R x / R 3 напряжение диагонали моста равно нулю. При деформации изменяется сопротивление R x например, увеличивается при растяжении, это вызывает снижение потенциала точки соединения резисторов R x и R 3 B и изменение напряжения диагонали B — C моста — полезный сигнал.
Изменение сопротивления R x может происходить не только от деформации, но и от влияния других факторов, главный из них — изменение температуры, что вносит погрешность в результат измерения. Для снижения влияния температуры применяют сплавы с низким ТКС, термостатируют объект, вносят поправки на изменение температуры и/или применяют дифференциальные схемы включения тензорезисторов в мост.
Например, в схеме на рисунке вместо постоянного резистора R 3 включают такой же тензорезистор, как и R x, но при деформации детали этот резистор изменяет своё сопротивление с обратным знаком. Это достигается наклейкой тензорезисторов на поверхности по-разному деформируемых зон детали, например, с разных сторон изгибаемой балки или с одной стороны, но со взаимно перпендикулярной ориентацией. При изменении температуры, если температура обоих резисторов равна, знак и величина изменения сопротивления вызванного изменением температуры равны, и температурный уход при этом компенсируется.
Также промышленностью выпускаются специализированные микросхемы для работы совместно с тензорезисторами, в которых помимо усилителей сигнала часто предусмотрены источники питания моста, схемы термокомпенсации, АЦП, цифровые интерфейсы для связи с внешними цифровыми системами обработки сигналов и другие сервисные функции.

3. Применение тензометрии
Используется при проектировании различных машин, деталей, сооружений. При этом, как правило, изучаются деформации не самих проектируемых объектов, а их макетов — например, макетов мостов, корпусов летательных аппаратов и др. Часто макеты выполняются в уменьшенном размере.
Также применяется в различных силоизмерительных устройствах, приборах — весах, манометрах, динамометрах, датчиках крутящего момента торсиометрах. В этих устройствах тензодатчики измеряют деформации упругих элементов.

• момента, перемещения, также, для измерения давления в манометрах и пр. Тензометрия Тензодатчик Словарь по естественным наукам. Глоссарий.ру — Тензорезистор недоступная
• парогенераторах АЭС с ВВЭР 2001 Модельные исследования и натурная тензометрия энергетических реакторов 2001 Несущая способность парогенераторов
• Тензостанция является частью комплекса измерительной аппаратуры, используемой в тензометрии Основные параметры современной тензостанции: количество каналов измерения
• дю Нуи — прибор для измерения поверхностного и межфазного натяжения. Тензометр — датчик для определения механических деформаций в твёрдом теле и преобразования
• точности. Измерение деформаций называется тензометрией измерения обычно производятся с помощью тензометров Кроме того, широко применяются резистивные
• удлинение достигает 0, 05 длины участка рабочей части образца, равного базе тензометра Определяют предел упругости расчетным по разгрузке и нагрузке и графическим
• удобный для измерения сигнал обычно электрический основной компонент тензометра прибора для измерения деформаций Существует множество способов измерения
• измерений, гармонический анализ и другие виды обработки. Основная статья: Тензометрия Тензодатчики тензорезисторы применяются в: электронных весах динамометрах
• применяются пьезокристаллы, конденсаторы, фотоэлементы, угольные датчики, тензометры и другие устройства. Для записи колебаний пользуются электрокардиографом
• электроприборов. Сопротивления потенциометры для автоматических приборов и тензометров делают из сплавов благородных металлов главным образом палладия с серебром
• электроприборов. Сопротивления потенциометры для автоматических приборов и тензометров делают из сплавов металлов платиновой группы главным образом палладия

• 0132 — 6651. Чуппина С.В. Температуроустойчивые органосиликатные клеи для тензометрии рус. Клеи. Герметики. Технологии. — 2005 — 8 — С. 14 16
• входят в набор используемых измерительных приборов. 12 оптико — волоконных тензометров были размещены у подошвы опоры Р2. Будучи самой высокой опорой виадука
• Фролов К.В., Драгунов Ю.Г. и др. Модельные исследования и натурная тензометрия энергетических реакторов. — М.: Наука. — 2001. — 293 с. — Серия Исследования
• изменение сопротивления проводниковых и полупроводниковых материалов тензометров либо изменение магнитной проницаемости ферромагнитных материалов под
• Казахская Советская Энциклопедия — Алма — Ата, 1977 — Т. 10 — С. 599. 11. Тензометр Казахская Советская Энциклопедия — Алма — Ата, 1977 — Т. 11 — С.33

Тензометрия: тензометрия в медицине, тензометрия в спорте, тензометрический датчик, тензометрический усилитель, тензометрические системы, тензометрические испытания, тензометрические измерения, тензометрический ключ

Тензометрия в медицине.

Что такое тензодатчик и есть ли разница между ним и. Датчик усилия.Преобразует деформацию твердого тела, вызванную действием механического напряжения, в электрический сигнал. Тензометрические системы. Тензометрия Сибирский Конвейерный Центр. Что такое ТЕНЗОМЕТРИЯ? Варианты определений к слову. Ответы на сканворды. Словарь кроссвордиста. Тензометрический ключ. Тензометрические испытания элементов строительных. Тензометрия, →, тензометрия – существительное, жен. р., именительный п., ед. ч. Часть речи: существительное. Единственное число, Множественное.

Тензометрия в спорте.

Тензометрические датчики Группа компаний Точновес. Портативный универсальный рентгеновской тензометрии НЕРКА предназначен для измерений механических в том числе и остаточных. Тензометрия интернет энциклопедия. Информация о правописании слова тензометрия и его грамматических формах. Правильное ударение в слове тензометрия на сайте Текстология.​ру.

КОНТРОЛЬНО ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И ТЕНЗОМЕТРИЯ.

Тензометрия раздел диагностики в ортопедической стоматологии, исследующий величины малых упругих деформаций твердых зубных тканей при. Тензометрический датчик Каталог СЕНСОРИКА М. Наша компания не только разработала целую линейку тензометрических датчиков, но так же серийно производит 8 канальные тензометрические. Тензометрия О морфологическом словаре. Говоря о тензометрии, стоит отметить, что своего стремительного развития она достигла после 1980 года, благодаря развитию. Ставилои тензометрия при травме нижних конечностей. Тензометрия. Одна из сфер деятельности НПП Промтрансавтоматика – разработка и изготовление приборов для тензометрии, т.е. для измерения. Значение слова Тензометрия в 10 онлайн словарях Даль. Тензометрия. В данном разделе вы найдёте информацию по работе с тензостанциями и тензодатчиками. Варианты исполнения и подключения.

Тензометрия ООО Месстехник.

Тензометрия в деталях PrevNext. Тензометрические датчики. Онлайн ​каталог весовых тензометрических датчиков Keli Sensing Techology. Книга Тензометрия в машиностроении. Справочное пособие. Преимущества тензометрических устройств. широкий диапазон применения​ сравнительно простое использование можно достичь очень высокой. Тензометрия асфальтобетонного завода, установка. Интерактивный список. Начните вводить искомое слово. Содержание. В этом словаре. ТЕНЗОМЕТРИЯ правописание, орфография. В других словарях. Тензометрический метод измерения деформаций Репозиторий. Тензометрический датчик сжатия имеет малые размеры. Используется в лабораториях, на испытательных полигонах, в упаковочных машинах для. Тензометрия Ортопедическая стоматология. Возраст: 43. Сообщений: 100. Вес репутации: 111 52. ZPavel will become famous soon enough. По умолчанию Тензометрия.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: тензометрия.

ООО НТП Горизонт осуществляет тензометрические измерения напряжений и деформаций строительных конструкций и их элементов. Измерения. Тензометрия Российское представительство Zemic. В состав комплекса входит 20 каналов тензоизмерений. На рельс наклеиваются тензодатчики, которые через клеммную колодку подключаются. Тензометрические датчики Тензодатчики. Виды и работа. Метод тензометрических моделей из материалов с низким модулем упругости применяется для решения следующих основных задач: а определение. Тензодатчики и тензометрическое оборудование Keli. Система тензоизмерений предназначена для испытаний строительных конструкций из различных видов бетонов, в том числе и повышенной гибкости. Тензометрия Торговый Дом ЧНСК. Тензометрия Тензометрическая система взвешивания на базе контролера SIEMENS серии S7 1200 Германия предназначена для автоматизации.

ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОКБ Гидропресс.

Тензометрические датчики тензодатчики от лат. tensus напряжённый датчики, преобразующие величину деформации в удобный для. Тензометрия САМАРСКИЙ ЗАВОД РОТОР. Исследование разрушения образцов из стеклопластика с использованием методов акустической эмиссии и тензометрии Л. Н. Степанова. Тензометрия Пикабу. Тензометрия совокупность экспериментальных методов определения механического напряжения детали, конструкции. Основана на определении деформаций или других параметров материала, вызванных механическим напряжением. Приборы для измерения деформаций.

Что такое тензодатчик, типы тензометрических датчиков, схема.

Двухопорная консоль, тензодатчик, тензометрический необходимый датчик, тензодатчик для электронных весов. тензометрия. г. Санкт Петербург. Тензодатчики тензометрические измерительные. Тензометрия Наша компания квалифицированно осуществит подбор оборудования, консультирование по техническим вопросам. Сила, тензометрия. Тензометрический датчик датчик, преобразующий величину деформации в удобный для измерения сигнал, основной компонент тензометра.

Тензометрия. Тензостанции и тензометрические системы.

Тензометрия пост пикабушника a. Комментариев 9, сохранений 6. Присоединяйтесь к обсуждению или опубликуйте. Р 50 54 46 88 Рекомендации. Расчеты и испытания на. НПП МИКС Инжиниринг предлагает следующие решения в области тензометрии: Тензометрия элементов конструкций измерение. ТЕНЗОМЕТРИЯ как пишется, правописание, орфография. Тензометрический метод исследования объектов предусматривает измерение напряжения в объекте и определения деформации,. Пьезометрия или тензометрия Kistler. Широкий выбор тензодатчиков мировых производителей TEDEA ​HUNTLEIGH, CELTRON, REVERE TRANSDUCERS, SENSORTRONICS, ZEMIC от.

Тензометрические датчики Производственная компания.

Тензометрические датчики имеют классификацию, как по форме, так и по особенностям конструкции, которая зависит от вида чувствительного. Как правильно пишется слово тензометрия правописание слова. На старых АБЗ применяются рычажные механизмы взвешивания, которые работают с помощью весовых головок. Тензометрия – это смена старого.

Область применения тензометрических систем.

Сила, тензометрия. Датчики для измерения силы натяжения и силы давления. Измерительные усилители для тензодатчиков. Каталог продукции​. Тензометрия это Что такое Тензометрия?. Тензометрия широко используется для измерения веса. Принцип действия. Рис. 1. Измерительный мост с вольтметром. Тензодатчик включается в. Тензометрический датчик. Устройство и принцип действия тензометрических датчиков. Тензометрический датчик тензодатчик – конструктивно представляет собой. Тензометрия. Какие применяются тензометрические датчики. Больше всего распространены типы тензометрических датчиков с изменением активного сопротивления. Тензометрия, тензодатчики тензометрические датчики. Тензометрия лат греч. напряжённый мера представляет собой способ, используемый для того, чтобы измерять напряжённо деформированное.

Тензометрический модуль МТМ8.

Синонимы к слову тензометрия. Найден 1 синоним. Если синонимов недостаточно, то больше можно найти, нажимая на слова. Синонимы строкой. Информация Тензометрические датчики: описание, инструкция. Книга Тензометрия в машиностроении. Справочное пособие. В справочном пособии рассмотрены методы и средства тензометрии в.

Рентгеновская тензометрия НЕРКА компания ООО РаДиаТех.

Ставилои тензометрия при травме нижних конечностей спортсмена Текст научной статьи по специальности Клиническая медицина. Арьков. Тензометрия Форум Микро Чип. Тензометрия от лат. tensus напряжённый и греч. μετρέω измеряю совокупность экспериментальных методов определения механического. Тензометрия статическая и динамическая что это такое? L Card. Тензометрия. Применение тензорезисторов. Изменение сопротивления тензорезистора при деформации определяется следующим выражением: R K.

ESIT | Статьи | Автомобильные весы, весовое оборудование

Тензометрический датчик (тензодатчик) — это специальное оборудование для измерения деформации конструкции под воздействием какой-то силы (сила тяжести, сила давления). Это основной элемент весоизмерительного оборудования. Есть много видов тензометрических датчиков: оптоволоконный, тензорезистивный, оптико-поляризационный, механический (считывающий показания с линейной шкалы).

Самыми востребованными и распространенными тензодатчиками являются датчики с электронной системой для обработки сигнала. Принцип работы таких тензодатчиков заключается в том, что сила, воздействующая на конструкцию, вызывает деформацию упругой конструкции тензодатчика. Деформация вызывает сопротивление тензорезистора, которая отражается в выходном сигнале.

При выборе тензодатчиков основное внимание уделяется точности измерений, устойчивости к химическому и физическому воздействию, сроку службы. К этим общим требованиям на нашем рынке на выбор еще влияют доступная цена, экономичность в процессе эксплуатации, работоспособность в различных природных условиях, при очень низкой или высокой температуре.

Для надежности и долгого срока службы многие тензодатчики имеют специальную защиту от грязи и влажности. Данные о защите тензодатчика от влияния внешних факторов используется рейтинг IP (Ingress protection rating), который обязательно прописывается в технической документации на тензодатчик.

Тензодатчики используются не только в весоизмерительной технике, но и для мониторинга напряженно-деформированного состояния конструкций зданий, что является основным методом контроля изменений для инженерных сооружений. Изменение напряженно-деформированного состояния таких конструкций может быть вызвано множеством причин: плохое качество строительных материалов, нарушения в проекте и в строительных работах, неравномерная осадка фундамента инженерного сооружения, просчеты в проектировании нагрузкок и многие другие. Для мониторинга динамики развития напряжений в конструкциях здания используются тензометрические датчики различных видов. Выбор тензодатчика определяется местом и способом установки, а также примерной нагрузкой на датчик.

Полученные при контроле состояния инженерных сооружений данные позволяют отслеживать в режиме реального времени динамику изменения напряжений в конструктивных элементах сооружений во время строительства или эксплуатации зданий, предотвратить несчастные случаи из-за нарушения целостности конструкции, оценить работу несущих конструкций в целом.

В строительстве и возведении сооружений наиболее удобны и популярны следующие типы тензометрических датчиков:

Струнные тензометрические датчики (изготавливаются из закаленного металла для надежности) — для контроля напряженно-деформированного состояния стальных и железобетонных несущих конструкций.

Закладные струнные тензометрические датчики — для контроля армирующих металлоконструкций непосредственно перед заливкой их бетоном для измерения деформаций в наиболее нагруженных по результатам расчетов конструктивных элементах зданий: фундаментной плите, стенах, колоннах и т.д. 

Резистивные тензометрические датчики — это 4-х электрических тензодатчика и закаленный стальной стержень. Такая конструкция позволяет минимизировать влияние температурных колебаний и изгиба несущего стержня. Есть варианты реализации таких тензометрических датчиков для установки в железобетонные конструкции и для установки на стальные несущие конструкции.

Варьируется и способ прикрепления накладных тензодатчиков: для измерения деформаций в стальных несущих конструкциях они могут устанавливаться на них при помощи аппарата точечной сварки или могут прикрепляться эпоксидной смолой на конструктивные элементы металлоконструкций.

что это? Виды и назначение тензометра, классификация. Сферы применения тензометрических датчиков

История создания.

Обычный способ оценки структурных частей машин, зданий, транспортных средств, летательных аппаратов, и т.д. основан на прочностных вычислениях для применяемых материалов.

Этот метод является подходящим при условии, что действующие нагрузки известны как качественно, так и количественно. Проблемы возникают там, где нагрузки неизвестны или где они могут быть только грубо оценены. Ранее риск перегрузки компенсировался использованием увеличенного коэффициента запаса прочности, т.е. через увеличение размеров. Тем не менее, современные подходы требуют экономного расходования материалов, частично по соображениям экономической стоимости, а отчасти, чтобы снизить вес изделия, это четко видно, например, в авиастроении. Для того, чтобы удовлетворить требования безопасности и обеспечить надлежащий срок службы компонентов, напряжения в материале должны быть измеряемы и известны. Поэтому измерения в натурных испытаниях просто необходимы.

Оценочной величиной является механическое напряжение, которому подвергается материал. Практический метод экспериментального определения механических напряжений основан на открытии, сделанном в 1678 году английским ученым Робертом Гуком (1635 – 1703). Он обнаружил связь между механическим напряжением и возникающей деформацией. Эта деформация также возникает на поверхности объектов и поэтому доступна для измерения.

Важная часть экспериментального анализа механических напряжений основана на принципе измерения деформации.

В начале применялись громоздкие механические устройства для измерения деформации, которые отображали напряжение, используя отношение рычага один к тысяче или более. Пример показан ниже.  

Рычажный тензометр Гугенбергера

Устройства подобного типа в течение долгого времени являлись единственным методом проведения измерений, которые были необходимы для анализа механических напряжений. Несмотря на оригинальный дизайн и точную конструкцию, они обладали рядом недостатков, которые ограничивали область их применения:

– Возможность наблюдать только статические процессы;

– Необходимы мощные зажимы для предотвращения скольжения устройств в условиях вибрации;

– Испытуемый образец должен быть зафиксирован в прямой видимости наблюдателя для считывания показателей;

– Условия испытаний могут исключать наличие наблюдателя;

– Размер устройства накладывает ограничения на их использование для небольших тестовых образцов, а в некоторых случаях такое измерение было в принципе невозможно;

– Относительно длинная измерительная база дает правильные результаты только для однородных условий деформации, а близко расположенные концентрации напряжений не могли быть измерены;

– Автоматическая запись результатов измерений невозможна.

В результате этих недостатков ограничивалось применение механических тензометров. Электрические методы измерения были призваны решить эти проблемы.

В второй половине 1930-хбыло обращено внимание на эффект, который Чарльз Уитстон упомянул еще в 1843 году в своей первой публикации про мостовую схему, которую он изобрел. Этот эффект был основан на изменении сопротивления электрического проводника в результате воздействия на него механической нагрузки. Эта теория позднее нашла подтверждение в экспериментах Уильяма Томсона (1824-1905, после 1892 лорд Кельвин) и в его работах, опубликованных в 1856 году.

Испытательная установка Уильяма Томсона для исследования изменения сопротивления электрических проводников при механическом воздействии.

Есть ряд причин из-за чего прошло более 80 лет, прежде чем это явление нашло техническое применение. Это была удачная теория, на тот момент не нашедшая практического применения. Изменение сопротивления проволоки при растяжении очень мало. Для его измерения Томсон использовал высокочувствительный гальванометр, который был непригоден для общего технического применения и для использования в промышленности. Он был также непригоден только для измерения динамических процессов. И только с появлением электрического усилителя этот метод получил широкое применение.

Первые исследования для объяснения этого эффекта были проведены в Германии в Научно-исследовательском институте авиации, но они не были последовательны. Разработанные им углеродные пленочные полоски для измерения деформации оказались малопригодны.

Примерно в то же время в 1938 году в США почти одновременно и независимо друг от друга над этим вопросом работали два человека, работа называлась «использование “эффекта Томсона” для целей измерения деформации».

Первый из двух людей, Эдвард Е. Симмонс, работал в Калифорнийском технологическом институте. Используя шелковую ткань в качестве основы и тонкую металлическую проволоку, он сделал прибор, который прикрепил к стальному цилиндру. Далее он изготовил электрическое устройство для измерения импульсов силы, воздействующих на образец от машины для воспроизведения удара(маятниковый плунжер). Схема из патентной заявки ниже.

Устройство измерения силы Э. Симмонса. Измеряемый импульс силы действует в осевом направлении.

Второй из американских исследователей Артур Клод Руге работал на факультете сейсмологии в Массачусетском технологическом институте. Он хотел измерить механическое напряжение, возникающее вследствие моделируемых колебаний воздействия землетрясения на модель сейсмостойких резервуаров для воды.

Имеющееся в то время оборудование для измерения деформации не могло использоваться на тонкостенной модели. Из множества различных устройств ни одно из них не подходило. В одной из попыток провести испытание Руге взял очень тонкий металлический провод, приклеил его в форме меандра к тонкой папиросной бумаге и прикрепил к концам более толстые провода. Чтобы понять свойства получившегося прототипа, он приклеил его к упругому образцу и сравнил результаты измерений с традиционным устройством измерения деформации. Руге обнаружил хорошую корреляцию линейной связи между механическим напряжением и получаемым сигналом на всем диапазоне измерения, как и в положительных, так и отрицательных фазах, то есть при сжатии и растяжении. Более того, он выявил хорошую стабильность нулевой точки. Таким образом был изобретен «электрический тензодатчик сопротивления с наклеенной сеткой». Форма тензорезистора, используемая в тех первых испытаниях, была такой же, которая, как правило, используется и в настоящее время.

Артур Клод Руге, изобретатель тензорезистора, работает над своими измерениями.

Именно Руге и Симмонса принято считать пионерами в создании тензорезистора. Основное различие между их идеями было в том, что Руге фиксировал измерительный провод на материале-носителе, что представляло собой независимый измерительный датчик, который был прост в обращении и мог быть приклеен к любой поверхности. Это было очень тонкое и легкое изделие, не требующее специальных крепежных устройств и не привносящее практически никаких сторонних эффектов в измерение, позволяя при этом производить измерения на очень тонких и миниатюрных объектах. Уже первые прототипы тензорезистора оказались лучше предыдущих устройств для измерения деформации во всех отношениях.

Второе достижение Руге состояло в том, что именно он развил свою идею дальше до стадии серийного промышленного производства. Именно это стало последним шагом, который возвестил верховенство тензорезисторов.

Поэтому именно Руге принято считать отцом современного тензорезистора. У него была не только идея, но и способность увидеть широкие возможности ее практического применения, у него была решимость, необходимая для превращения тензорезисторов в самый надежный инструмент в области анализа деформации.

Сперва идея состояла в том, что проволока с толщиной жилы 25 мкм – чувствительный элемент – должна быть закреплена на твердую подложку и должна быть защищена войлочным покрытием. Рисунок ниже показывает пример первого серийного тензорезистора.

Первый серийный тензорезистор Руге

a – измерительная решетка, приклеенная к бумаге на целлюлозный лак
b – соединительные провода
c – изоляционный носитель
d – войлок для защиты измерительной решетки
e – установочный кронштейн, удаляемый после наклеивания

Спрос на это изделие, особенно со стороны американской авиационной промышленности, был настолько велик, что от этой конструкции пришлось отказаться (в 1941 году упоминается оборот в 50 000 тензорезисторов за 2 месяца). В конце концов опыт показал, что сложная несущая конструкция не нужна и была создана упрощенная модель, показанная на рисунке ниже. Именно эта форма была сохранена на десятилетия вперед с небольшими модификациями. Многочисленные патенты Руге свидетельствуют о его продолжающихся усилиях в улучшении метрологических характеристик.

Характерный дизайн тензорезистора с его проволочной измерительной решеткой

а – материал-носитель
b – измерительная сетка
с – контакты

В последующий период предпринимались попытки упростить производство. Здесь следует упомянуть технику «печатной схемы» Пола Эйслера, которая в своей усовершенствованной форме привела к созданию современного «фольгового тензорезистора» примерно с 1952 года.

Характерный дизайн тензорезистора из травленой металлической фольги с подсоединенными выводами

а – подложка
б – измерительная решетка
с – вывода
d – эффективная длина чувствительного элемента

По сравнению с методами закрепления проволоки на подложке этот метод существенно расширил возможности проектирования, поскольку все формы чувствительного элемента могут быть представлены в одной плоскости без каких-либо дополнительных усилий.

В Советском союзе тензорезисторы начали применяться с 1940-х годов и практически сразу вытеснили все другие типы тензометров. В Союзе производство тензорезисторов было освоено в Чехословакии (предприятие Микротехна), в ГДР (TPW-Thalheim). Позднее многие предприятия самостоятельно производили тензорезисторы для собственных нужд мелкими сериями.

Схема советского тензорезистора:

1 – чувствительный элемент
2 – связующее
3 – подложка
4 – исследуемая деталь
5 – защитный элемент
6 – узел пайки (сварки)
7 – выводные проводники

В настоящее время изготавливается огромное количество типов тензорезисторов, которые соответствуют каждой конкретной задаче и условиям.
Основными областями применения тензорезисторов являются:
– экспериментальный анализ механических напряжений;
– производство датчиков.

Принимая во внимание высокую гибкость применения тензорезисторов в части изучения деформаций, не вызывает вопросов их широкое распространение во всем мире. Тензорезистор является аналоговым прибором, что обеспечивает высокую точность и чувствительность измерений. Оба типа тензорезисторов, как проволочные, так и фольговые, известны как «металлические тензорезисторы» за счет изготовления чувствительного элемента из металла.

Описание и назначение, классификация.

При измерении деформаций, напряжений и усилий при помощи тензометрических датчиков используют изменение значений омического сопротивления материала, которое вызывается упругими деформациями металлической проволоки или полупроводников стержневого исполнения. Изменение сопротивления датчика передаётся при помощи кабеля или бесконтактным путем на измерительный мост. Там оно преобразуется в усиленные электрические сигналы, которые и фиксируются прибором.

Все типы тензометрических датчиков (или, иначе – тензорезисторов) используют зависимость между напряжениями и деформациями – закон Гука – который справедлив в области упругих деформаций. Согласно закону Гука изменение электросопротивления, отнесённое к исходному значению данного параметра до деформации, пропорционально изменению удлинения, отнесённому к первоначальной длине измерительного элемента. Применяя коэффициент пропорциональности, который зависит от диапазона измеряемых параметров и материала устройства, устанавливают зависимость между нагрузкой на датчик и его удлинением:

ΔR/R = k×Δl/l,

где:

R – исходное значение электрического сопротивления;

ΔR – изменение значения электрического сопротивления в процессе деформации;

k – коэффициент пропорциональности;

Δl – изменение длины при деформировании;

l – исходная длина измерительного элемента до приложения к нему эксплуатационной нагрузки.

Указанный тип устройств используется в весоизмерительной технике, поскольку относится к тензорным, определяющим усилия и внешние нагрузки.

Что такое тензодатчик? Тензометрические датчики были разработаны для использования в составе высокоточного измерительного оборудования.  В задачи тензодатчика входит выполнение функций преобразователя для переработки физической величины измеряемого веса в электрический сигнал. Позже этот сигнал также передается на последующее преобразование, которым может заниматься весовой индикатор или процессор. Основным предметом замеров тензометрического датчика является степень деформации объекта в момент, когда его структура нарушается и перестраивается для оказания сопротивления внешней силе, что влияет на него. Датчик улавливает колебания объекта от этого процесса и преобразует их в цифровые сигналы.

Таким образом, тензометрический датчик, применим для целого спектра измерительных задач:

• Измерение веса.
• Замеры степени ускорения
• Контроль перемещения объекта.
• Замеры крутящего момента.
• Замеры давления.

Пригодность отдельно взятой модели замерочного устройства для какой-либо из перечисленных задач зависит от его архитектуры и назначения. По последним параметрам тензометрические датчики делятся на:

• S-образные датчики получили свое название из-за формы корпуса. Их принцип действия включает в себя как реакцию на сжатие объекта измерения, так и на растяжение. В большинстве приборов этот тип тензодатчиков работает именно по последнему принципу.
• Одноточечные виды в своей конструкции несут всего один датчик замер, который располагается строго по центру платформы. Это делает их одной из самых доступных разновидностей на рынке, встречающейся в торговых и вагонных весах, а также в дозаторах.
• Колонные тензометрические датчики получили корпуса в виде колонн, которые позволяют им мониторить объект во время его сжатия. Наличие в их конструкции опорных поверхностей позволяет изделию самостоятельно возвращаться в исходное положение после проведения замер. Отличаются применением на весах с высокой грузоподъемностью, позволяя замерять вес крупных транспортных средств.
• Цилиндрические используются для измерения реакции объекта на сжатие. Не самый богатый функционал этого типа объясняется отсутствием степеней свободы качения. Цилиндрические датчики полезны в вагоноизмерительных весах, т.к. могут работать с большими массами.
• Мостовые представлены в виде статично закрепленной балки, на центр которой вешается груз. Встретить такие датчики можно в весах для небольших транспортных средств.
• Балочные. Подобно мостовым, конструкция тензодатчика представлена балкой на неподвижной опоре. Однако, в отличие от аналога, в балонных устройствах основная нагрузка приходится на конец балки.
• Миниатюрные тензодатчики разработаны для использования в условиях ограниченного пространства и являются самой мобильной разновидностью. Часто применяются в лабораторных условиях и на испытательных стендах.

Виды

Применяемость рассматриваемых измерительных элементов определяется материалом, из которого выполнен датчик. Чаще всего исходным материалом служит сплав константан, состоящий из 40% никеля и 60% меди. Для константана k ≈ 2; таким же порядком значений (1.5…3,5) обладают и другие сплавы постоянного электросопротивления.

Датчики полупроводникового типа имеют более высокие значения коэффициента пропорциональности. В зависимости от материала полупроводника (кремний или германий), а также состава легирующих добавок значения коэффициента достигают 50…70. В связи с этим полупроводниковые тензометрические датчики более чувствительны, и их применяют для оценки малых удлинений. Вместе с тем полупроводниковые датчики характеризуются повышенными отклонениями своего удлинения в диапазонах 1,5…9 % относительного удлинения. Для проволочных датчиков этот показатель не превышает 0,5%.

Конструкции тензометрических датчиков проволочного типа разрабатываются с учетом следующих ограничений:

• С целью получения достаточной точности измерений величина сопротивления проволочного элемента должна находиться в пределах 100…1000 Ом;
• Диаметр проволоки целесообразно иметь в диапазоне 0,01…0,03 мм;
• Длина проволочного элемента не должна превышать 250…300 мм.

В некоторых случаях приведенные ограничения не позволяют устанавливать тензометрические датчики в виде проволок, поэтому измерительные устройства изготавливают из фольги или плоских измерительных решеток. Для предохранения от повреждений, которые могут возникнуть при транспортировке или сборке таких датчиков, для их крепления в напольном исполнении применяют подложку из бумаги или тонкого пластика.

Чтобы обеспечить электрический контакт с измерительной решеткой, на подложке размещают проволочные выводы, которые затем присоединяются к датчику при помощи пайки.

Виды тензодатчиков, включающих в себя активный измерительный элемент, контактные выводы и подложку:

1. Плоский проволочный.
2. Фольговый.
3. Полупроводниковый, с одним или двумя стержнями.
4. Трубчатый.

Краткая характеристика наиболее распространённых исполнений тензодатчиков приводится далее.

• Консольные. Предназначены для измерения крутящих и изгибающих моментов, устанавливаются в метах наибольшего прогиба конструкций.
• Цилиндрические. Наименее компактны, зато позволяют определять значительные напряжения, приближающиеся по своим значениям к пределу текучести лимитирующего материала.
• S-образные. Дают возможность оценивать трехмерные деформации при объемном напряженно-деформированном состоянии. Чаще других нуждаются в поверке.

Классификация тензометров осуществляется по принципу их действия, который, в свою очередь, зависит от типа чувствительного элемента, по изменению состояния которого и определяется фиксация величины деформации измеряемого объекта. По данному критерию приборы этого типа делятся на следующие базовые разновидности.

Механические. Это старейший вид тензометров. Принцип работы подобных приборов основан на зависимости линейного удлинения контролируемых образцов от напряжений, которые возникают в их поперечном сечении под воздействием деформации.

1. Место крепления на поверхности образца, 2. и 3. призма, 4. рычажная система, 5. перемещение указателя по шкале 6.

Резистивные. Такие тензометры представляют собой универсальные удобные в использовании приборы для фиксации сжатия либо растяжения. Функцию чувствительных элементов в них выполняют тензорезисторы, электрическое сопротивление которых изменяется в зависимости от размеров деформации. По конструкции тензорезистор – это фрагмент тонкой проволоки, которая змейкой укладывается на основе-изоляторе. Для повышения чувствительности в одном приборе обычно применяется несколько таких элементов, подключаемых по мостовой схеме. В резистивных тензометрах, как и в механических моделях, при определении деформации фиксируется изменение основного расстояния. Тензодатчики монтируются в конструкцию элементов прибора, которые воспринимают воздействие сил деформации.

а. Прибор в исходном состоянии, б. тензометр под действием растягивающих усилий.

Струнные. В качестве чувствительного элемента в подобных тензометрах задействуется фрагмент стальной проволоки, которая фиксируется к крепежным блокам, ограничивающим торцы внутри трубки. Принцип действия струнных моделей заключается в снятии зависимости частоты колебаний проволоки от величины ее натяжения. На поверхности измеряемого изделия устанавливается многоразовый датчик (посредством клея, приварки шаблона или использования болтовых соединений). Информация снимается с помощью провода.

Емкостные. Как следует из названия, в таких тензометрах чувствительным элементом служит конденсатор. Емкость последнего изменяется в зависимости от размеров зазора между конденсаторными пластинами. В свою очередь, величина зазора привязывается к параметрам деформирующей силы. Данная зависимость является нелинейной. Чтобы провести измерения, тензометр закрепляется на контролируемом объекте с применением точечной сварки.

1. контролируемый объект, 2. измерительный конденсатор, 3. место крепления на ветвях, 4. силоизмерительная рамка.

Индуктивные. Чувствительным элементом в них выступает катушка индуктивности, имеющая подвижный сердечник. В зависимости от модели бывают тензометры с опорными призмами и стержневого типа. Для снятия измерений катушка индуктивности неподвижно закрепляется на контролируемом элементе, с которым посредством ножа или призмы соединяется сердечник. Под воздействием деформирующей силы последний изменяет свое положение, что провоцирует изменение индуктивности или взаимоиндуктивности катушки, по которому и определяют силу деформации.

Конструкция

В качестве примера рассмотрим наиболее простой вариант тензодатчика, где в роли чувствительного элемента выступает тензорезистор. Конструктивно его можно представить в виде тонкой упругой проволоки или пленки, распределенной по контролируемой поверхности. 

Работа тензорезистора основывается на законе Гука, гласящем, что изменение электрического сопротивления по отношению к исходному положению элемента пропорционально удлинению или сжатию сенсора. Руководствуясь данным принципом определяется коэффициент пропорциональности:

K = Δl / l = ΔR / R

Где:

• K – коэффициент пропорциональности;
• Δl – величина изменения длины в ходе деформации;
• l – длина измеряемого элемента в состоянии покоя;
• ΔR – изменение величины сопротивления при деформации;
• R – значение сопротивления тензорезистора в нормальном положении.

На практике это реализуется следующим образом (рисунок 1):

Рис. 1. Устройство тензорезистора

При нахождении в состоянии покоя дорожки тензорезистора имеют определенное сечение и длину проводника. Сопротивление всего резистивного элемента тензодатчика будет определяться по формуле:

R = (ρ*l)/S , где

• ρ – удельное сопротивление материала, как правило, в качестве металла с постоянным удельным сопротивлением используют константан; 
• l – длина проводника тензодатчика;
• S – поперечное сечение проводника тензодатчика.

Таким образом, в случае удлинения тензодатчика длина проводящих дорожек увеличивается, а поперечное сечение уменьшается. Как результат, омическое сопротивление тензорезистора будет повышаться. При сжатии произойдет обратный процесс – длина проводящих элементов уменьшиться, а их поперечное сечение увеличиться. В результате сжатия сопротивление тензодатчика уменьшиться, что и лежит в основе принципа его работы.

Характеристика

Для изготовления тензометрических датчиков необходимо использовать материалы проволок, относительное изменение сопротивления которых пропорционально удлинению в максимальном диапазоне деформаций. При этом коэффициент пропорциональности k должен иметь большие значения. Для компактных устройств со значительной чувствительностью приходится применять материалы, обладающие высоким удельным сопротивлением. При этом температурная зависимость удельного сопротивления при изменении внешних условий должна быть незначительной, а лучше и вовсе отсутствовать.

Условия оптимального использования тензорезисторов:

• Малое различие между коэффициентами теплового расширения материала конструкции (или узла) и измерительной проволоки устройства.
• Нечувствительность к термическим напряжениям, которые возникают при соединении измерительного элемента с контролируемой частью оборудования или конструкции (для такого присоединения чаще всего используют пайку).
• Хорошая обрабатываемость паяных соединений, которая не изменяет эксплуатационные параметры оборудования.
• Надежность соединения, учитывающая возможные динамические удары и перемещения.

На параметр пропорциональности k влияют коэффициент Пуассона ε (представляющий собой условную меру изменения поперечного сечения детали при приложении к ней растягивающих напряжений) и теплофизические параметры материала, из которого изготовлен тензометрический прибор.

Что такое тензодатчик?

Тензометрический датчик, в соответствии с п.2.1.2 ГОСТ 8.631-2013 представляет собой весоизмерительный элемент, который реагирует на изменение величины физического воздействия (усилия) и переводит его в электрический сигнал. Фактически это резистор, меняющий параметр омического сопротивления, по отношению к прилагаемой силе. На практике широко используются для измерения массы и нагрузки в весоизмерительных системах. В зависимости от сферы применения используются различные типы тензодатчиков, отличающихся как принципом действия, так и конструктивными особенностями.

Технические особенности

Даже при внушительном разнообразии различных моделей тензометрических датчиков, у них есть технические особенности, объединяющие между собой все разновидности устройств. В первую очередь речь о погрешности результатов замер, которая в той или иной степени присуща любому типу весовых тензодатчиков. Тем не менее, в самых современных устройствах для измерения веса устанавливаются электронные модели, которые отличаются повышенной точностью замер степени деформации. Такие устройства относятся к классу С3, который предлагает возможность проведения измерения с погрешностью всего в 0.02 %. Ещё одной интересной деталью функционала тензометрических датчиков является возможность измерительного устройства с несколькими датчиками сохранять свою работоспособность, если один из них выйдет из строя.

Отдельно стоит подчеркнуть и материалы, из которых выполнены компоненты тензодатчиков. Чаще всего в эксплуатации встречаются изделия на основе легированной стали или алюминия, благодаря которым датчики обладают отличной долговечностью. Для весов, используемых в пищевой промышленности, принято применять датчики из нержавеющей стали, которые отличаются высокой устойчивостью к коррозии и защитой от влаги уровня IP68.

Устройство и принцип работы

Основу тензодатчика составляет тензорезистор, оснащенный специальными контактами, закрепленными на передней части измерительной панели. В процессе измерения чувствительные контакты панели соприкасаются с объектом. Происходит их деформация, которая измеряется и преобразуется в электрический сигнал, передаваемый на элементы обработки и отображения измеряемой величины тензометрического датчика.

В зависимости от сферы функционального использования датчики различаются как по типам, так и по видам измеряемых величин. Важным фактором является требуемая точность измерения. Например, тензодатчик грузовых весов на выезде с хлебозавода совершенно не подойдет к электронным аптекарским весам, где важна каждая сотая часть грамма.

Датчики крутящего момента предназначены для измерения крутящего момента на вращающихся частях таких систем, как коленвал двигателя или рулевой колонки. Тензодатчики крутящего момента могут определять как статический, так и динамический момент контактным либо бесконтакным (телеметрическим) способом.

Эти типы датчиков изготавливают обычно на основе параллелограммной конструкции со встроенным элементом изгиба для высокой чувствительности и линейности измерений. Тензорезисторы в них закрепляются на чувствительных участках упругого элемента датчика и соединяются по схеме полного моста.

Конструктивно балочный тензодатчик имеет специальные отверстия для неравномерного распределения нагрузки и выявления деформаций сжатия и растяжения. Для получения максимального эффекта тензорезисторы по специальным меткам строго ориентируют на поверхности балки в ее самом тонком месте. Высокоточные и надежные датчики этого типа используют для создания многодатчиковых измерительных систем в платформенных или бункерных весах. Нашли они свое применение и в весовых дозаторах, фасовщиках сыпучих и жидких продуктов, измерителях натяжения тросов и других измерителях силовых нагрузок.

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.

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.

Читайте также Тахометр промышленный прибор, измеряющий скорость вращения ПИД-регулятор прибор для управления технологическим процессом, основанный на трех законах регулирования: пропорциональном, интегральном и дифференциальном Уставка срабатывания установленное в регуляторе значение регулируемой переменной процесса Исполнительный механизм устройство, преобразующее выходной сигнал регулятора в перемещение регулирующего органа Электрический исполнительный механизм устройство, преобразующее выходной сигнал регулятора при помощи электрической энергии, чтобы произвести механическое движение

Преимущества и недостатки тензодатчиков

Широкое применение тензодатчики получили благодаря своим свойствам:

• возможности монолитного соединения датчика деформации с исследуемой деталью;
• малой толщине измерительного элемента, что обеспечивает высокую точность измерения с погрешностью 1-3 %;
• удобстве крепления, как на плоских, так и на криволинейных поверхностях;
• возможности измерения динамических деформаций, меняющихся с частотой до 50000 Гц;
• возможности проведения измерений в сложных условиях окружающей среды в температурном интервале от -240 до +1100˚С;
• возможности измерений параметров одновременно во многих точках деталей;
• возможности измерения деформации объектов, расположенных на больших расстояниях от тензометрических систем;
• возможностью измерения деформаций в движущихся (крутящихся) деталях.

Из недостатков следует отметить:

• влияние метеоусловий (температуры и влажности) на чувствительность датчиков;
• незначительные изменения сопротивления измерительных элементов (около 1%) требует применение усилителей сигналов.
• при работе тензодатчиков в условиях высокотемпературной или агрессивной среды необходимы специальные меры их защиты.

Сфера применения тензометров

Тензометр позволяет измерить размеры деформации какого-либо изделия на базовом (локальном) участке. Это необходимо для определения напряжения в контролируемом изделии, предупреждения поломок или аварийных ситуаций, модернизации конструкции оборудования и т. д.

Металлообработка. С помощью тензометров Honsberg определяют оптимальное натяжение ленточных полотен. Благодаря этому продлевается срок эксплуатации ленточных пил.

Строительство. Тензометры используются для фиксации внутренних напряжений в железобетонных конструкциях (мостах, элементах здания и т. д.). Обычно они применяются вместе с измерителями показателей прочности бетона. Такой контроль позволяет обнаружить дефекты или перегрузку, чтобы своевременно выполнить ремонт или исправление, не допустив разрушения конструкции.

Промышленность. В машиностроении посредством тензометров контролируют состояние ответственных элементов (турбинных лопаток, нагруженных деталей различных агрегатов и др.). На текстильных производствах подобные приборы служат для регулировки натяжения нитей.

Как подключить тензодатчик к весовому терминалу

Большинство тензодатчиков поставляется с документацией, в которой указывается цветовая маркировка идущих от него проводов и их назначение. 4-х проводные тензодатчики, судя по названию, имею 4 соединительных линии:

   +EXC – +Питание
   -EXC – -Питание
   +SIG – +Сигнал
   -SIG – -Сигнал

Т.е. две линии это цепи питания и две это выходной сигнал датчика. Для корректной работы необходимо подать питающее напряжение на линии +EXC и –EXC, в соответствии с техническими характеристиками датчика, обычно оно составляет от 5 до 12 вольт. После подачи питания на сигнальных линиях SIG меняется напряжение, и это изменение необходимо фиксировать весоизмерительным прибором.

На рисунке приведена схема подключения тензодатчика четырёхпроводного типа, на примере датчика фирмы Zemic и весоизмерительного прибора КВ-001.

Некоторые тензодатчики могут иметь не четыре, а шесть соединительных проводов. Две дополнительные линии называются – линиями обратной связи, и имеют маркировку SENSE. Эти две дополнительные линии позволяют осуществлять компенсацию потерь на длинных проводах. Как видно из рисунка выше, в случае подключения четырехпроводного тензометрического датчика, функция компенсации потерь не используется, и необходимо использовать перемычки для подключения тензодатчика к прибору.

Четырехпроводные тензодатчики датчики лучше использовать на короткие расстояния передачи сигнала. Шестипроводные датчики, благодаря линиям обратной связи, обладают большей точность и их можно использовать для больших расстояний, т.к. эти две дополнительные линии позволяют осуществлять компенсацию потерь на длинных проводах.

На рисунке приведена схема подключения тензодатчика шестипроводного типа, на примере датчика фирмы Zemic и весоизмерительного прибора КВ-001.

Определение маркировки проводов тензодатчика без документации

Если у вас отсутствует описание тензодатчика, для определения маркировки проводов можно использовать обыкновенный мультиметр, при условии, что датчик аналоговый, а не цифровой.

• Измерьте сопротивление между всеми проводами. В 4-проводном тензодатчике имеется шесть комбинаций проводов, следовательно, вы получите 6 значений сопротивлений, одна пара проводов будет иметь сопротивление больше, чем все остальные.
• Пара с самым большим сопротивлением – это линия питания, оставшаяся пара проводов – линия сигнала.
• Подключите линию питания к весоизмерительному прибору, или подайте напряжение.
• Измерьте напряжение на линии сигнала, определив тем самым полярность подключения.

Подключение нескольких тензодатчиков при помощи соединительной (балансировочной) коробки

Как подключать несколько тензодатчиков при помощи балансировочной коробки можно посмотреть на видео

Заземление и экранирование при подключении тензодатчика.

Организация заземления и экранирования важный вопрос успешного создания весовой системы с использованием тензодатчиков. Надёжное решение данной задачи – ключ к правильной работе тензометрического датчика, генерирующего слаботочные сигналы. Кабели тензодатчиков должны иметь экранирующую оплетку, которая, при правильном подключении, обеспечивает защиту от электростатических и других помех.

Основное правило, которое нельзя нарушать: необходимо избегать «земляных» петель, т. е. заземлять устройства нужно в ОДНОЙ общей точке. Петли могут возникать если экран кабеля подключать к заземляющему контуру с двух концов. Поэтому, если корпус датчика надёжно заземлён и одновременно соединён с экраном – этого достаточно, в противном случае – соединить экран с заземлением только с любого ОДНОГО конца, например, в электрощите, где установлен прибор отдельным жёлто-зелёным проводом. Под «заземлением» мы понимаем защитное заземление, желто-зелёный провод. Использовать «нейтраль» в качестве «земли» очень нежелательно.

Если датчики соединяются параллельно, то необходимо не забывать соединять друг с другом и экранные оплётки кабелей через соответствующий контакт клеммы в соединительной коробке, и тут же их заземлять вместе с корпусом коробки. Общий кабель, идущий от соединительной коробки к прибору, соединять с заземлением также с ОДНОЙ стороны, как описано выше, не допуская образования «земляной» петли, желательно возле входа в измерительный прибор, то есть заземлять со стороны приёмника.

На кабель датчика, прямо поверх изоляции, на расстоянии 4-5 см от клеммы измерительного прибора, желательно защёлкнуть ферритовый фильтр для блокировки возникающих в цеху разнообразных помех по «земле». Такие фильтры производятся под кабели разных диаметров. Фильтры желательно защёлкнуть и на других длинных линиях, например RS-485, на приёмном и передающем устройстве. Если индуктивности одного фильтра недостаточно для надёжного уменьшения уровня помехи, такие фильтры можно защёлкивать последовательно на небольшом расстоянии друг от друга, наращивая тем самым индуктивность до необходимого уровня.

 

Весовой контроллер «КВ-011.05» предназначен для управления технологическим процессом автоматического приготовления многокомпонентных смесей по заданным рецептам. Контроллер может формировать сигналы об окончании процесса дозировки и опустошении бункера дозатора, а также управлять перемешиванием смеси после дозирования каждого из 8-ми компонентов. В программе дозирования этого весового терминала предусмотрен режим импульсной досыпки продукта до…

 

Контроллер осуществляет управление процессом автоматической выгрузки фиксированных доз из накопительного бункера. Производит загрузку по заданным параметрам трёх компонентов в бункер и выгрузку полученной смеси из весовой системы по заданному весу по команде оператора. Контроллер обратного дозирования по весу

 

Весовой контроллер «КВ-001 v1.xx» предназначен для управления простым однокомпонентным автоматическим дискретным дозатором. Контроллер формирует следующие управляющие сигналы (типа открытый коллектор 24В): Точная и Грубая дозировка, Бункер пуст, Выгрузка дозы, Перегруз весовой системы. Обладает возможностью счёта количества отвесов и суммы отгруженного материала, имеет малые габариты для удобства встраивания в щиты…

 

«УДАВ-001» (Управление Дозированием Автоматическое Весовое) – это блок управления дозатором на базе весовых контроллеров серии «КВ-001», предназначен для работы с любыми простыми дозаторами и фасовщиками, а именно для управления загрузкой и выгрузкой бункерных весов с возможностью формирования заданной дозы продукта, загружаемого в любую тару: в биг-бэги, коробки, мешки и…

 

Набор тензодатчиков и дополнительных элементов для построения классической весовой системы из четырёх тензодатчиков. В комплекте использован самый популярный балочный тензодатчик SH8C, на нагрузки от 50 кг до 3 тонн, 4 подкладных пластины, 4 ножки, сводящая коробка и 4-х жильный экранированный кабель 4 м.

Выбрать тензометрический датчик

Как и у любого другого точного прибора, у тензодатчиков веса есть ряд важных технических и пользовательских критериев, которые должны соблюдаться покупателем, который хочет правильно подобрать себе это устройство:

• Материал. Основная роль материала, из которого изготовлен корпус и компоненты датчика, сводится к его долговечности и способности выдерживать механические нагрузки. Большинство разновидностей устройств сделано из стали, будь то легированной или нержавеющей. Исключение составляют недорогие одноточечные классы тензодатчиков, которые производятся из алюминия, что не убавляет их технических качеств. Тем не менее, тот или иной вид материала имеет влияние на итоговую стоимость устройства.
• Схема подключения тензометрического датчика. Тут выбирать придется между четырех- и шестижильной схема подключения датчика. Как правило, последняя требуется в случае, если установка устройства происходит на измерительный прибор с большим количество смежных датчиков, чей уровень сопротивления заметно отличается от устанавливаемой модели.
• Наибольший предел измерения. Самое важное, что нужно знать об этом критерии — он определяет механическую прочность и грузоподъемность весов под управлением тензометрического датчика. Если замеряемый груз серьезно превышает НПИ, есть риск порчи и деформации самого датчика. Потому следует учитывать то, для каких целей собираются конкретные весы и какие предметы будут проходить замеры на них.
• Класс точности измерения. Этот параметр обозначается буквами латинского алфавита и цифрами от D1 до С6. Большинство востребованных тензодатчиков обладают погрешностью в пределах указанных классов. При этом, самым распространенным классом является С3, в который входит большинство доступных измерительных устройств.
• Способ закрепления. По этому критерию выбор довольно разнообразен и должен опираться на удобство пользователя. Среди вариантов есть датчики с фланцевым, линейным и боковым фиксациями. Также возможна установка тензодатчиков через внутреннюю или внешнюю резьбу, в зависимости от того, что позволяет конструкция устройства, в которому он крепится.
• Тип защиты корпуса от вредных воздействий окружающей среды. Если измерительному прибору предстоит работать в экстремальных условиях или в иной среде, наполненной агрессивными факторами, стоит позаботиться о наличии соответствующей защиты на тензодатчике. Например, подбирать устройство с устойчивостью к химическому воздействию, перепаду температур, грязи и пыли, электромагнитного воздействия и так далее.
• Номинальный выходной сигнал выражается в mV/V. Именно этот сигнал посылается и преобразуется тензодатчиком в момент, когда происходят замеры груза и его деформации.
• Гистерезис является максимальным показателем разницы между значениями измерения одной нагрузки при ее увеличении с нуля и отклонении от номинального уровня.

Таким образом, выбор тензодатчика веса требует тщательного изучения его технических параметров и понимания принципов работы устройства, чтобы иметь представления о том, какие показатели обладают наибольшей важностью и при отборе.

Как подключить

Подключение тензодатчика легко выполняется своими руками в соответствии с простой инструкцией. Важную роль в процессе играет длина кабеля подключения, которую нужно учитывать ещё на стадии подбора датчика. Может потребоваться усилитель в виде контроллера SE 01, который уменьшит погрешность измерений в случае, если потребуется увеличивать размеры контакта для подключения. Провода самих датчиков должны быть заземлены с помощью блока для разветвления, устанавливаемого в одной точке, где они все пересекаются. Данная мера обязательна для предотвращения возможного замыкания.

Схема для подключения тензодатчика достаточно проста и подразумевает соединение контактов устройства с измерительным прибором в соответствии с их значениями, описанными на рисунке выше. Кабель, которым монтируется прибор, также нуждается в обязательном экранировании.

После подключения останется провести проверку и калибровку тензометрического датчика. Последняя выполняется одним из двух методов — стандартным или электронным. При первом пользователь записывает значения датчика при нулевой загрузке, после чего устанавливает на весы предмет с эталонным весом, который также вписывается в качестве штатного показателя. Электронный вариант подразумевает ручной ввод минимального и максимального допустимого веса.

Проверка тензодатчика.

Проверка весовых тензодатчиков является обязательным этапом подготовки измерительного прибора к работе и проводится сразу после подключения всех контактов устройства. Исправность изделия проверяется тремя способами:

• Диагностика тензометрического моста-Уитстона осуществляется замерами с помощью омметра сопротивления на его входе и выходе.
• Проверка в нагруженном состоянии производится милливольтметром, когда датчик подключен к стабильному источнику питания с напряжением от 5 до 12 V.
• Испытание при нулевой нагрузке проводится с помощью вольтметра при отсутствии нагрузки. Если такового под рукой нет, подойдет хороший мультиметр. В процессе потребуется подключить замерное устройство и подать сигнал, чтобы проверить его значение на выходе. Оно должно соответствовать значениям в паспорте датчика.

Источники:

• https://www.tmljp.ru/information/istoriya_sozdaniya_tenzorezistorov/
• https://ProDatchik.ru/vidy/tenzometricheskij-datchik/
• https://www.asutpp.ru/tenzodatchik.html
• https://osensorax.ru/davleniye/tenzometricheskij-datchik
• https://odinelectric.ru/kipia/chto-takoe-tenzodatchik
• https://amperof.ru/instrument/tenzometr-raznovidnosti-pribora.html
• https://www.kipiavp.ru/pribori/tenzometr.html
• https://www.Praktik.ru/katalog-produktsii/aksessuari-dlya-rezhushchego-instrumenta/izmeritelnyy_instrument/tenzometr/
• https://interel.ru/skhema-podklyucheniya-tenzodatchikov-k-indikatoru-vesa.html

Предыдущая

ИнформацияПравила эксплуатации мультиметра — подробная инструкция для новичков

Тензометрические измерения деформаций карданных передач на испытательном стенде Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.22

ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ КАРДАННЫХ ПЕРЕДАЧ

НА ИСПЫТАТЕЛЬНОМ СТЕНДЕ

Т. Т. Ереско, Е. В. Кукушкин*, А. А. Орлов

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Была разработана методика тензометрических измерений деформаций карданных передач на испытательном стенде, получен график зависимости величин показаний датчика измерения деформаций от длины карданной передачи, график зависимости величин показаний датчика измерения деформаций от значений крутящего момента, график зависимости момента торможения от давления рабочей жидкости гидравлической системы.

Ключевые слова: испытательный стенд, карданная передача, погрешность измерений.

TENSOMETRIC MEASUREMENTS OF THE DEFORMATIONS OF UNIVERSAL JOINT TRANSMISSIONS AT THE TEST STAND

T. T. Eresko, E. V. Kukushkin*, A. A. Orlov

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

The method of tensometric measurements of deformations of universal joint gears on the test bench is developed. The article demonstrates a graph of the dependence of the values of the strain gage readings on the length of the universal joint gear, a graph of the values of the strain gage readings from the torque values, a plot of the deceleration time versus the hydraulic fluid pressure.

Keywords: test bench, universal joint, measurement error.

Использовался стенд [1-3] для испытаний карданных передач на игольчатых подшипниках. В качестве измерителей крутящего и тормозного моментов использовались тензорезисторы марки 2ФКРВ-5-100ГБ ГОСТ 21616-91 [4].

Закрепление тензорезисторов осуществлялось с помощью «суперклея», позволяющего приклеивать тен-зорезисторы без дополнительной температурной обработки. Тензорезисторы наклеивались на участки вала трубчатого и круглого сечения, так как при изменении длины карданной передачи, шлицевое соединение влияет на деформацию тензорезистора [5]. Правильно наклеенный тензорезистор обладает практически линейной характеристикой и обеспечивает достаточно высокую точность измерений, если деформация не превышает уровня ±0,3 %. Тем не менее, имеют место небольшие отклонения от линейности при циклическом деформировании, причем кривая разгрузки располагается ниже кривой нагружения, образуя петлю гистерезиса. Поэтому замер моментов выполнялся с учетом циклического деформирования тензорезисто-ров. При чистом сдвиге касательные напряжения численно равны главным напряжениям т = Cj = -с2.

Наибольшее значение относительной деформации используемых тензорезисторов ±3000 мкм/м, в отношении которой завод-изготовитель гарантирует надежную работу тензорезисторов и строгую линейность их характеристики преобразования.

Для тарирования тензорезисторов использовался динамометрический ключ, который для создания нагрузки был установлен на выходной вал раздаточной коробки. График зависимости величин показаний датчика измерения деформаций от длины карданной передачи показан на рис. 1.

Величины деформаций карданного вала на длине от 490 мм до 530 мм изменяются по линейной зависимости, поэтому испытания карданных шарниров следует проводить в диапазоне длин карданной передачи от 490 мм до 530 мм.

Для построения графика зависимости средних величин показаний датчика измерения деформаций от значений крутящего момента (рис. 2), были использованы средние значения показаний деформаций.

Для настройка и тарирования манометра гидравлического устройства нагружения использовался график зависимости величин показаний датчика измерения деформаций от значений крутящего момента, таким образом, для измерения момента торможения гидравлической системы использовался манометр, который градуировался следующим образом: известная величина крутящего момента фиксировалась датчиком измерения деформации карданного вала при измерении величины в единицах давления на манометре, в результате чего был получен график зависимости момента торможения от единиц давления рабочей жидкости гидравлической системы (рис. 3).

Решетневскуе чтения. 2017

VI 1 : Ни

5( I- М

Л Ю Нм

г- к

485 490 495 500 505 510 515 520 525 530 ММ.

Рис. 1. График зависимости величин показаний датчика измерения деформаций от длины карданной передачи

У, мВ

У

140 ■ 120

100

60 ■

40

■Л

1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 М, Н(

Рис. 2. График зависимости величин показаний датчика измерения деформаций от значений крутящего момента

Р, МПЕ

20 ►

15 ► ♦

9

►

10

■ £

В

1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 5 5 6 0 м

Рис. 3. График зависимости момента торможения от давления рабочей жидкости гидравлической системы

На графике зависимости момента торможения от давления рабочей жидкости гидравлической системы видно, что изменение нагрузки зависимости осуществляется по вычисленному уравнению:

У = 0,0074Р +1,8897.

В системе возникает небольшая погрешность, за счет погрешности измерений, зазоров соединений, люфтов и со временем за счет нагрева рабочей жидкости гидравлической системы торможения.

В результате проведенных исследований была разработана методика тензометрических измерений деформаций карданных передач на испытательном стенде, получен график зависимости величин показаний датчика измерения деформаций от длины карданной передачи, график зависимости величин показаний датчика измерения деформаций от значений крутящего момента, график зависимости момента торможения от давления рабочей жидкости гидравлической системы. Достоверность и адекватность полученных результатов измерительной системы стенда для испытаний карданных передач подтверждается выполненным расчетом.

Библиографические ссылки

1. Кукушкин Е. В., Меновщиков В. А., Ереско Т. Т. Конструкция стенда для проведения испытаний карданных шарниров на игольчатых подшипниках // Решетневские чтения: материалы XIX Междунар. науч. конф.: в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова. Красноярск, 2015. С. 337-339.

2. Конструкция стенда для проведения испытаний карданных шарниров на игольчатых подшипниках в широком диапазоне размеров с изменением угла излома карданной передачи / Е. В. Кукушкин [и др.] // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. 2016. № 2. С. 58-73. Б01: 10.15593/24111678/2016.02.05.

3. Расчет гидравлической системы тормозного устройства стенда для испытания трансмиссий транс-портно-технологических машин / А. С. Ереско [и др.] // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. 2016. № 4. С. 60-79. Б01: 10.15593/24111678/2016.04.06.

4. Шушкевич В. А. Основы электротензометрии. Минск : Вышейш. школа, 1975. 352 с.

5. Адамович А. И., Кукушкин Е. В., Кукушкин C. В. Влияния шлицевого соединения карданной передачи на изгиб карданного вала // Интеграция науки, общества, производства и промышленности : материалы Междунар. науч.-практ. конф.; Уфа : Омега сайнс, 2017. C. 4-9.

References

1. Kukushkin E. V., Menovshchikov V. A., Eresko T. T. [Booth design for testing universal joints with needle bearings]. MaterialyXIXmezhdunarodnoy nauchnoy kon-ferentsii «Reshetnevskie chteniya» [Materials XV Intern. Scientific. Conf «Reshetnev reading»]. Krasnoyarsk, 2015. Pp. 337-339. (In Russ.)

2. [Stand construction for testing the universal joint on needle bearings in wide range of sizes with the angle changing driveline] / E. V. Kukushkin [et al.]. Transport. Transportnye sooruzheniya. Ekologiya. 2016. no. 2. Pp. 58-73. DOI: 10.15593/24111678/2016.02.05. (In Russ.)

3. [Calculation of the hydraulic system of brake device of stand for the test of transmissions of transport-technological machines] / A. S. Eresko [et al.]. Transport. Transportnye sooruzheniya. Ekologiya. 2016, no. 4. Pp. 60-79. DOI: 10.15593/24111678/2016.04.06. (In Russ.)

4. Shushkevich V. A. Osnovi elektrotenzometrii [Bases electro-tensometry measuring]. Minsk : Vishaa skola Publ., 1975, 352 p.

5. Adamovich A. I., Kukushkin E. V., Kukushkin C. V. [Influence of splined joint of cardan transmission on the bending of cardan shaft]. Materialy mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii «Integratsiya nauki, obshchestva, proizvodstva i promyshlennostf [Materials of the International Scientific and Practical Conference «Integration of science, society, production and industry»]. Krasnoyarsk, 2017, P. 4-9. (In Russ.)

© Ереско Т. Т., Кукушкин Е. В., Орлов А. А., 2017

тензодатчиков, как это работает?

Тензодатчик — это датчик, сопротивление которого зависит от приложенной силы; Он преобразует силу, давление, натяжение, вес и т. Д. В изменение электрического сопротивления, которое затем можно измерить. Когда к неподвижному объекту прикладываются внешние силы, в результате возникают напряжение и деформация. Напряжение определяется как внутренние силы сопротивления объекта, а деформация — как возникающие смещение и деформация.

Тензодатчик — один из важнейших инструментов электроизмерительной техники, применяемой для измерения механических величин.Как указывает их название, они используются для измерения деформации. Технический термин «деформация» состоит из деформации растяжения и сжатия, различающихся положительным или отрицательным знаком. Таким образом, тензодатчики можно использовать для измерения расширения, а также сжатия.

Напряжение тела всегда вызвано внешним или внутренним воздействием. Деформация может быть вызвана силами, давлением, моментами, теплом, структурными изменениями материала и т.п. Если выполняются определенные условия, количество или значение влияющей величины может быть получено из измеренного значения деформации.Эта функция широко используется в экспериментальном анализе напряжений. Экспериментальный анализ напряжений использует значения деформации, измеренные на поверхности образца или детали конструкции, для определения напряжения в материале, а также для прогнозирования его безопасности и прочности. Специальные преобразователи могут быть разработаны для измерения сил или других производных величин, например моментов, давлений, ускорений, перемещений, вибраций и других. Преобразователь обычно содержит чувствительную к давлению диафрагму с прикрепленными к ней тензодатчиками.

Подробнее о тензодатчиках

Прецизионные тензодатчики общего назначения
Прецизионные тензодатчики общего назначения представляют собой инкапсулированные тензодатчики из константановой фольги, предлагаемые в большом количестве моделей для научного, промышленного и экспериментального анализа напряжений. Эти прецизионные тензодатчики могут использоваться для экспериментального анализа напряжений, мониторинга промышленного оборудования или различных научных приложений. В разделе «Тензодатчики общего назначения» вы найдете образцы тензодатчиков рядом с номерами деталей, чтобы вы могли видеть геометрию тензодатчика.Габаритные размеры также представлены в единицах СИ (метрическая система, мм) и стандартная система США (английский язык, дюймы). Прецизионные тензодатчики общего назначения предлагаются в линейных моделях, двойных параллельных сетках, тройниковых розетках (0/90 °), прямоугольных или дельтовых (45 ° или 60 °), штабелированных или плоских розетках, а также на сдвигах.

Тензодатчики качества преобразователя
Тензодатчики качества преобразователя предназначены для клиентов, которые производят преобразователи или аналогичные чувствительные устройства. Тензодатчики, соответствующие качеству преобразователя, имеют более жесткие допуски на размеры трима держателя, что позволяет при необходимости использовать край держателя для выравнивания тензодатчика.Они также имеют более жесткие допуски на номинальные значения сопротивления. Эти датчики могут быть настроены на ползучесть в соответствии со спецификациями производителя преобразователя, а также могут быть настроены в соответствии с уникальными требованиями преобразователя. Они также являются отличными стандартными приборами для экспериментального анализа напряжений и / или проектов проверки деформаций.

СООБРАЖЕНИЯ ПО ВЫБОРУ ДАТЧИКА

1. Длина манометра
2. Количество калибров в шаблоне шкалы
3. Расположение калибров по типу калибра
4. Сопротивление сети
5. Чувствительный к деформации сплав
6. Несущий материал
7. Ширина колеи
8. Язычок под пайку, тип
9. Конфигурация выступа для пайки
10. Наличие

Тензодатчики Karma
Omega предлагает полную линейку тензодатчиков Karma.Тензодатчики Karma могут использоваться для различных статических и динамических приложений. Тензодатчики Karma используются для датчиков, где требуется долговременная стабильность или использование при более высоких температурах. При использовании при комнатной температуре для измерения статической деформации преобразователь будет иметь очень хорошую стабильность в течение 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) из-за их хорошей линейности в этом широком диапазоне температур.Тензодатчики Karma часто используются в конструкциях датчиков, рассчитанных на усталость. Усталостная долговечность сплава Karma, как правило, намного лучше, чем у константана, поэтому датчики, использующие тензодатчики Karma, обеспечивают хороший усталостный ресурс. Karma — это никель-хромовый сплав, который был выбран в качестве материала для тензодатчиков из-за его способности компенсировать модуль упругости, что способствует значительному уменьшению сдвига диапазона в конструкции датчика. Для сплавов Karma коэффициент толщины имеет тенденцию уменьшаться с повышением температуры. Этот эффект уменьшения модуля упругости приведет к уменьшению сдвига пролета.У сплавов Karma есть недостатки, например, их трудно паять без специальных флюсов. У OMEGA есть решение. Мы устранили эту проблему, предложив наши тензодатчики Karma с медными контактными площадками под пайку. Никаких специальных флюсов или процедур не требуется.

Тензорезисторы из фольги со скреплением
Первый тензодатчик с металлической проволокой был разработан в 1938 году. Тензодатчик из металлической фольги состоит из сетки из проволочной нити (резистора) приблизительно 0.001 дюйм (0,025 мм) толщиной, приклеенный непосредственно к деформируемой поверхности тонким слоем эпоксидной смолы. Когда к поверхности прикладывается нагрузка, результирующее изменение длины поверхности передается на резистор, и соответствующая деформация измеряется в единицах электрического сопротивления фольгированного провода, которое изменяется линейно с деформацией. Диафрагма из фольги и адгезивный связующий агент должны работать вместе, передавая напряжение, в то время как адгезив также должен служить в качестве электрического изолятора между сеткой из фольги и поверхностью.При выборе тензодатчика необходимо учитывать не только деформационные характеристики датчика, но также его стабильность и температурную чувствительность. К сожалению, наиболее желательные материалы для тензодатчиков также чувствительны к колебаниям температуры и имеют тенденцию изменять сопротивление по мере старения. Для кратковременных применений это может не быть серьезной проблемой, но для непрерывных промышленных измерений необходимо включать компенсацию температуры и дрейфа.

Выберите подходящий тензодатчик

Прецизионные тензодатчики
Прецизионные датчики с присоединенным изолированным проводом длиной 1 м или 3 м для упрощения установки.Манометры серии KFH доступны в линейных формах, тройниковых розетках или плоских розетках 0/45/90.

Учить больше

Тензодатчики для приложений сдвига или крутящего момента
Полумостовые тензодатчики для приложений сдвига или крутящего момента. Их прочная конструкция, надежность и гибкость делают их подходящими для высокоточных статических и динамических преобразователей.

Учить больше

Сверхдлинная сетка для неоднородных материалов
Тензодатчики с очень длинной сеткой для измерения деформации в неоднородных материалах (т.е.е. Бетон, наполненные пластмассы и т. Д.)

Учить больше

Часто задаваемые вопросы

Цепи измерения тензодатчиков
Чтобы измерить деформацию с помощью тензодатчика сопротивления, он должен быть подключен к электрической цепи, способной измерять мельчайшие изменения сопротивления, соответствующие деформации. В тензодатчиках обычно используются четыре элемента тензодатчика, которые электрически соединены и образуют мостовую схему Уитстона.На рисунке показана типичная диаграмма тензодатчика. Мост Уитстона — это схема с разделенным мостом, используемая для измерения статического или динамического электрического сопротивления. Выходное напряжение моста Уитстона выражается в выходных милливольтах на входной вольт. Схема Уитстона также хорошо подходит для температурной компенсации. Количество активных тензодатчиков, которые необходимо подключить к мосту, зависит от области применения. Например, может быть полезно соединить датчики, которые находятся на противоположных сторонах балки, один при сжатии, а другой при растяжении.В такой конфигурации можно эффективно удвоить выходную мощность моста при той же деформации. В установках, где все рычаги подсоединены к тензодатчикам, температурная компенсация выполняется автоматически, поскольку изменение сопротивления (из-за колебаний температуры) будет одинаковым для всех плеч моста.

Тензодатчики по индивидуальному заказу
Компания OMEGA может изготовить тензодатчики по индивидуальному заказу. Мы понимаем, что нашим клиентам может потребоваться нестандартный узор, изготовленный в соответствии с их спецификациями. Пользовательские тензодатчики могут быть разработаны для упрощения установки тензодатчиков для конкретного применения или для среды с ограниченным пространством.Если вы не найдете то, что вам нужно в нашем стандартном ассортименте, сообщите нам об этом. Мы можем настроить ваш тензодатчик в соответствии с вашими потребностями, в том числе:

• Изменить стандартный шаблон датчика
• Создание пользовательского шаблона размера
• Поместите несколько манометров на общий держатель
• Обеспечьте нестандартную длину вывода
• Использовать нестандартный материал
• Переставьте контактные площадки или установите дополнительные точки подключения
• Произведите обрезку определенного размера или формы для устранения препятствий

Мы можем предоставить индивидуальные характеристики ползучести в соответствии с вашим пружинным элементом, чтобы максимизировать производительность вашего датчика.Наша команда будет работать с вами над повышением или понижением компенсации ползучести в зависимости от результатов ваших испытаний. OMEGA может предоставить 1/2 или полные мосты Уитстона или индивидуальные розетки. Мы стремимся сделать покупку нестандартного тензодатчика быстрой и простой. Просто отправьте в OMEGA свой индивидуальный чертеж вместе с вашими спецификациями и требуемым количеством тензодатчиков. Команда OMEGA будет работать с вами над вашим приложением и предоставить расценки на специальные тензодатчики. Мы можем изготовить контрольные образцы нестандартных калибров всего за 2 недели.С объемами производства вскоре после этого. Для вашего тензодатчика будет создан индивидуальный номер детали, чтобы сделать будущий заказ быстрым и легким.

Техническое обучение Пример использования Просмотреть эту страницу на другом языке или в другом регионе

Что такое тензодатчик?

Введение в тензодатчики

Тензодатчик (иногда называемый тензодатчиком) — это датчик, сопротивление которого зависит от приложенной силы; Он преобразует силу, давление, натяжение, вес и т. Д., в изменение электрического сопротивления, которое затем можно измерить. Когда к неподвижному объекту прикладываются внешние силы, в результате возникают напряжение и деформация. Напряжение определяется как внутренние силы сопротивления объекта, а деформация — как возникающие смещение и деформация.

Тензодатчик — один из наиболее важных датчиков в технике электрических измерений, применяемых для измерения механических величин. Как указывает их название, они используются для измерения деформации.Технический термин «деформация» состоит из деформации растяжения и сжатия, различающихся положительным или отрицательным знаком. Таким образом, тензодатчики можно использовать для измерения расширения, а также сжатия.

Напряжение тела всегда вызвано внешним или внутренним воздействием. Деформация может быть вызвана силами, давлением, моментами, теплом, структурными изменениями материала и т.п.Если выполняются определенные условия, количество или значение влияющей величины может быть получено из измеренного значения деформации. Эта функция широко используется в экспериментальном анализе напряжений. Экспериментальный анализ напряжений использует значения деформации, измеренные на поверхности образца или детали конструкции, для определения напряжения в материале, а также для прогнозирования его безопасности и прочности. Специальные преобразователи могут быть разработаны для измерения сил или других производных величин, например моментов, давлений, ускорений, перемещений, вибраций и других.Преобразователь обычно содержит чувствительную к давлению диафрагму с прикрепленными к ней тензодатчиками.

Узнайте больше о тензодатчиках и истории измерительных датчиков.

Подробнее о тензодатчиках

Прецизионные тензодатчики общего назначения

Прецизионные тензодатчики общего назначения — это тензодатчики из константановой фольги, предлагаемые в широком спектре моделей для научного, промышленного и экспериментального анализа напряжения.Эти прецизионные тензодатчики могут использоваться для экспериментального анализа напряжений, мониторинга промышленного оборудования или различных научных приложений. В разделе «Тензодатчики общего назначения» вы найдете образцы тензодатчиков рядом с номерами деталей, чтобы вы могли видеть геометрию тензодатчика. Габаритные размеры также представлены в единицах СИ (метрическая система, мм) и стандартная система США (английский язык, дюймы). Прецизионные тензодатчики общего назначения предлагаются в линейных моделях, образцах с двойной параллельной сеткой, тройниковых розетках (0/90 °), прямоугольных или дельтовидных (45 ° или 60 °), штабелированных или плоских розетках и на сдвигах.

Тензодатчики качества преобразователя

Тензодатчики уровня преобразователя предназначены для клиентов, которые производят преобразователи или аналогичные чувствительные устройства. Тензодатчики, соответствующие качеству преобразователя, имеют более жесткие допуски на размеры трима держателя, что позволяет при необходимости использовать край держателя для выравнивания тензодатчика. Они также имеют более жесткие допуски на номинальные значения сопротивления. Эти датчики могут быть настроены на ползучесть в соответствии со спецификациями производителя преобразователя, а также могут быть настроены в соответствии с уникальными требованиями преобразователя.Они также являются отличными стандартными приборами для экспериментального анализа напряжений и / или проектов проверки деформаций.

Тензодатчики Karma

Рекомендации по выбору тензодатчиков

1. Длина манометров
2. Количество калибров в шаблоне шкалы
3. Расположение калибров по типу калибра
4. Сопротивление сети
5. Чувствительный к деформации сплав
6. Несущий материал
7. Ширина колеи
8. Язычок под пайку, тип
9. Конфигурация выступа для пайки
10. Наличие

Omega предлагает полную линейку тензодатчиков Karma.Тензодатчики Karma могут использоваться для различных статических и динамических приложений. Тензодатчики Karma используются для датчиков, где требуется долговременная стабильность или использование при более высоких температурах. При использовании при комнатной температуре для измерения статической деформации преобразователь будет иметь очень хорошую стабильность в течение 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) из-за их хорошей линейности в этом широком диапазоне температур.Тензодатчики Karma часто используются в конструкциях датчиков, рассчитанных на усталость. Усталостная долговечность сплава Karma, как правило, намного лучше, чем у константана, поэтому датчики, использующие тензодатчики Karma, обеспечивают хороший усталостный ресурс. Karma — это никель-хромовый сплав, который был выбран в качестве материала для тензодатчиков из-за его способности компенсировать модуль упругости, что позволяет значительно уменьшить сдвиг диапазона в конструкции преобразователя.

Для сплавов Karma коэффициент толщины имеет тенденцию уменьшаться с повышением температуры. Этот эффект уменьшения модуля упругости приведет к уменьшению сдвига пролета.У сплавов Karma есть недостатки, например, их трудно паять без специальных флюсов. У OMEGA есть решение. Мы устранили эту проблему, предложив наши тензодатчики Karma с медными контактными площадками под пайку. Никаких специальных флюсов или процедур не требуется.

Тензодатчики со склеенной фольгой

Первый тензодатчик с металлической проволокой был разработан в 1938 году. Тензорезистор с металлической фольгой состоит из сетки из проволочной нити (резистора) приблизительно 0 Ом.001 дюйм (0,025 мм) толщиной, приклеенный непосредственно к деформируемой поверхности тонким слоем эпоксидной смолы. Когда к поверхности прикладывается нагрузка, результирующее изменение длины поверхности передается на резистор, и соответствующая деформация измеряется в единицах электрического сопротивления фольгированного провода, которое изменяется линейно с деформацией. Диафрагма из фольги и адгезивный связующий агент должны работать вместе, передавая напряжение, в то время как адгезив также должен служить в качестве электрического изолятора между сеткой из фольги и поверхностью.При выборе тензодатчика необходимо учитывать не только деформационные характеристики датчика, но также его стабильность и температурную чувствительность. К сожалению, наиболее желательные материалы для тензодатчиков также чувствительны к колебаниям температуры и имеют тенденцию изменять сопротивление по мере старения. Для кратковременных применений это может не быть серьезной проблемой, но для непрерывных промышленных измерений необходимо включать компенсацию температуры и дрейфа.

Выберите подходящий тензодатчик

Тензодатчики с предварительно подключенной проводкой
Прецизионные манометры с присоединенным изолированным проводом длиной 1 м или 3 м для упрощения установки.Манометры серии KFH доступны в линейных формах, тройниковых розетках или плоских розетках 0/45/90. Тензодатчики для приложений сдвига или крутящего момента
Полумостовые тензодатчики для приложений сдвига или крутящего момента.Их прочная конструкция, надежность и гибкость делают их подходящими для высокоточных статических и динамических преобразователей.

Часто задаваемые вопросы

Цепи тензодатчиков

Чтобы измерить деформацию с помощью тензодатчика сопротивления, он должен быть подключен к электрической цепи, способной измерять мельчайшие изменения сопротивления, соответствующие деформации.В тензодатчиках обычно используются четыре элемента тензодатчика, которые электрически соединены и образуют мостовую схему Уитстона. На рисунке 1 показана типичная диаграмма тензодатчика. Мост Уитстона — это схема с разделенным мостом, используемая для измерения статического или динамического электрического сопротивления. Выходное напряжение моста Уитстона выражается в выходных милливольтах на входной вольт. Схема Уитстона также хорошо подходит для температурной компенсации. Количество активных тензодатчиков, которые необходимо подключить к мосту, зависит от области применения.Например, может быть полезно соединить датчики, которые находятся на противоположных сторонах балки, один при сжатии, а другой при растяжении. В такой конфигурации можно эффективно удвоить выходную мощность моста при той же деформации. В установках, где все рычаги подсоединены к тензодатчикам, температурная компенсация выполняется автоматически, поскольку изменение сопротивления (из-за колебаний температуры) будет одинаковым для всех плеч моста.

Тензодатчики на заказ

OMEGA может изготовить тензодатчики на заказ.Мы понимаем, что нашим клиентам может потребоваться нестандартный узор, изготовленный в соответствии с их спецификациями. Пользовательские тензодатчики могут быть разработаны для упрощения установки тензодатчиков для конкретного применения или для среды с ограниченным пространством. Если вы не найдете то, что вам нужно в нашем стандартном ассортименте, сообщите нам об этом. Мы можем настроить ваш тензодатчик в соответствии с вашими потребностями, в том числе:

• Изменение стандартной ширины колеи
• Создание собственной розетки или шаблона тензодатчика
• Поместите несколько манометров на общий держатель
• Обеспечьте нестандартную длину вывода
• Использовать нестандартный материал
• Переставьте контактные площадки или установите дополнительные точки подключения
• Произведите обрезку определенного размера или формы для устранения препятствий

Мы можем предоставить индивидуальные характеристики ползучести в соответствии с вашим пружинным элементом, чтобы максимизировать производительность вашего датчика.Наша команда будет работать с вами над повышением или понижением компенсации ползучести в зависимости от результатов ваших испытаний. OMEGA может предоставить 1/2 или полные мосты Уитстона или индивидуальные розетки. Мы стремимся сделать покупку нестандартного тензодатчика быстрой и простой. Просто отправьте в OMEGA свой индивидуальный чертеж вместе с вашими спецификациями и требуемым количеством тензодатчиков. Команда OMEGA будет работать с вами над вашим приложением и предоставить расценки на специальные тензодатчики.Мы можем изготовить контрольные образцы нестандартных калибров всего за 2 недели. С объемами производства вскоре после этого. Для вашего тензодатчика будет создан индивидуальный номер детали, чтобы сделать будущий заказ быстрым и легким.

Тензодатчик | Сопутствующие товары

↓ Посмотреть эту страницу на другом языке или регионе ↓

Что такое тензодатчик и как он работает? • Michigan Scientific

Что измеряют тензодатчики?

Первое, что нужно понять при обсуждении тензодатчиков, — это то, что они измеряют.Тензодатчик — это датчик, измеренное электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от деформации. Деформация — это деформация или смещение материала в результате приложенного напряжения. Напряжение — это сила, приложенная к материалу, деленная на площадь поперечного сечения материала. Тензодатчики предназначены для фокусировки напряжения через элементы балки, на которых расположены тензодатчики. Тензодатчики преобразуют приложенную силу, давление, крутящий момент и т. Д. В электрический сигнал, который можно измерить. Сила вызывает деформацию, которая затем измеряется тензодатчиком по изменению электрического сопротивления.Затем измерения напряжения собираются с помощью сбора данных.

Как измеряется деформация?

Теперь, когда процесс измерения деформации установлен, следующим шагом при использовании тензодатчиков является получение полезных данных. Тензодатчик должен быть подключен к электрической цепи, способной точно реагировать на мельчайшие изменения сопротивления, связанные с деформацией. В схеме с разделенным мостом можно использовать несколько тензодатчиков для измерения небольших изменений электрического сопротивления.Это называется мостом Уитстона. В конфигурации моста Уитстона напряжение возбуждения прикладывается к цепи, а выходное напряжение измеряется в двух точках в середине моста. Когда на тензодатчик не действует нагрузка, мост Уитстона сбалансирован и выходное напряжение равно нулю. Любое небольшое изменение материала под тензодатчиком приводит к изменению сопротивления тензодатчика по мере того, как он деформируется вместе с материалом. Это приводит к нарушению баланса моста, что приводит к изменению выходного напряжения.Как указывалось ранее, изменение сопротивления незначительное, а это означает, что для правильного определения изменений часто требуется усиление сигнала. Процесс усиления усиливает изменения сигнала деформации; однако это также приводит к обнаружению большего количества нежелательного шума в сигнале. Обработка сигнала отфильтровывает избыточный шум, обеспечивая точные и понятные данные.

Michigan Scientific предоставляет ресурсы, необходимые для получения наилучших результатов измерения силы и крутящего момента.Мы производим одноканальные тензометрические усилители и многоканальные тензометрические усилители для наших сборок контактных колец. Эти усилители отличаются высокой точностью возбуждения моста, регулируемыми извне шунтирующим сопротивлением и усилением, а также возможностью дистанционного включения / выключения возбуждения моста. Наши усилители создают сильные сигналы с минимальным шумом. Наряду с нашими продуктами, наш штат высококвалифицированных технических специалистов способен измерить различные детали и области применения. Чтобы узнать больше о наших продуктах или услугах или сделать запрос, свяжитесь с Michigan Scientific сегодня.

Представленное изображение любезно предоставлено Кристианом В. / CC BY.

Что такое тензодатчик?

Что такое тензодатчик? Тензодатчик — это разновидность электрического датчика. Его основное использование — измерение силы или деформации.

Сопротивление тензодатчика изменяется при приложении силы, и это изменение дает другой электрический выход. Тензодатчики используют этот метод для измерения давления, силы, веса и натяжения.

При приложении внешних сил к неподвижному объекту присутствуют две силы; стресс и напряжение. Напряжение — это сила сопротивления объекта (например, отталкивание) деформация — это смещение и деформация объекта, и это сила, которую можно измерить с помощью тензодатчика. Поскольку они маленькие и высокочувствительные, тензодатчики могут измерять сжатие или расширение объекта, даже если это всего лишь небольшая величина, когда они правильно прикреплены к объекту или устройству.

Тензодатчики

очень тонкие и бывают самых разных форм и размеров, что делает их пригодными для различных применений.

Функция тензодатчика

Тензодатчик используется в качестве меры предосторожности во многих испытательных приложениях. Обычно, когда тензодатчик выдает определенное значение, срабатывает предупреждение, чтобы проинформировать пользователя о том, что емкость была достигнута, это означает, что проблема может быть решена до того, как она станет опасной.

Тензодатчики Технология тензодатчиков

имеет огромное количество применений — практически неограниченное. Тензодатчики являются основным чувствительным элементом и используются во многих различных типах датчиков. Они хорошо используются в таких отраслях, как; железнодорожный, аэрокосмический, машиностроительный и научно-исследовательский. Некоторые из приложений, для которых они использовались, включают;

• Напряжение на железнодорожных путях
• Напряжения при прогибе крыла самолета
• Испытания компонентов самолета
• Вращательная нагрузка на турбины, колеса, вентиляторы, гребные винты и двигатели
• Испытание корпусов судов
• Испытания конструктивных элементов мостов и зданий
• Автомобильные испытания

Тензодатчики от Variohm

Наши тензодатчики поставляются нашим поставщиком Zemic.Они используют резистивную фольгу, закрепленную на материале основы. Смотрите наши тензодатчики здесь.

Для получения дополнительной информации о тензодатчиках или любом из продуктов, которые мы можем предложить, свяжитесь с нами

Измерение деформации тензодатчиками

Деформацию можно измерить несколькими методами, но наиболее распространенным является тензодатчик. Электрическое сопротивление тензодатчика изменяется пропорционально величине напряжения в устройстве. Самым распространенным тензодатчиком является металлический тензодатчик.Металлический тензодатчик состоит из очень тонкой проволоки или, чаще, металлической фольги, расположенной в виде сетки. Сетчатый рисунок максимизирует количество металлической проволоки или фольги, подверженной деформации в параллельном направлении. Сетка приклеивается к тонкой основе, называемой держателем, которая прикрепляется непосредственно к образцу для испытаний. Таким образом, напряжение, испытываемое испытуемым образцом, передается непосредственно на тензодатчик, который реагирует линейным изменением электрического сопротивления.

Рисунок 3. Электрическое сопротивление металлической сетки изменяется пропорционально степени деформации испытательного образца.

Основным параметром тензорезистора является его чувствительность к деформации, количественно выражаемая как коэффициент измерения (GF). GF — это отношение частичного изменения электрического сопротивления к частичному изменению длины или деформации:

GF для металлических тензодатчиков обычно составляет около 2. Фактический GF конкретного тензодатчика можно получить у поставщика датчика или в документации по датчику.

На практике измерения деформации редко включают величины, превышающие несколько миллиштренов (e x 10 ^-3 ). Следовательно, чтобы измерить деформацию, вы должны точно измерить очень небольшие изменения сопротивления. Например, предположим, что испытуемый образец подвергается деформации в 500 мэ. Тензорезистор с GF, равным 2, показывает изменение электрического сопротивления всего на 2 (500 x 10 ^-6 ) = 0,1%. Для манометра на 120 Ом это изменение составляет всего 0,12 Ом.

Для измерения таких небольших изменений сопротивления конфигурации тензодатчиков основаны на концепции моста Уитстона.Общий мост Уитстона, показанный на рисунке 4, представляет собой сеть из четырех резистивных плеч с напряжением возбуждения V _EX , которое прикладывается к мосту.

Рис. 4. Тензодатчики сконфигурированы в схемах моста Уитстона для обнаружения небольших изменений сопротивления.

Мост Уитстона является электрическим эквивалентом двух параллельных цепей делителя напряжения. R ₁ и R ₂ составляют одну цепь делителя напряжения, а R ₄ и R ₃ составляют вторую цепь делителя напряжения.Выходной сигнал моста Уитстона, Vo , измеряется между средними узлами двух делителей напряжения.

Из этого уравнения видно, что когда R ₁ / R ₂ = R ₄ / R ₃ , выходное напряжение В _O равно нулю. В этих условиях считается, что мост уравновешен. Любое изменение сопротивления в любом плече моста приводит к ненулевому выходному напряжению.Следовательно, если вы замените R ₄ на Рисунке 4 активным тензодатчиком, любые изменения в сопротивлении тензодатчика приведут к дисбалансу моста и получению ненулевого выходного напряжения, которое является функцией деформации.

Как они работают, приложения и типы

Тензодатчики — это устройства, которые обычно используются инженерами для измерения воздействия внешних сил на объект. Они измеряют деформацию напрямую, что может использоваться для косвенного определения напряжения, крутящего момента, давления, прогиба и многих других измерений.

В этом посте я расскажу, что такое тензодатчики и как они работают. Затем я немного углублюсь в различные типы тензодатчиков, приведу несколько примеров приложений, а затем рассмотрю подробный пример одного приложения, в котором я работаю. Если вы заинтересованы в покупке тензодатчика для использования в вашем проекте, я также предоставлю несколько мест для их покупки.

---

Что такое тензодатчики и как они работают?

Деформация — это безразмерное измерение, представляющее собой отношение изменения длины к исходной длине объекта.Следовательно, положительная деформация является результатом растяжения материала, а отрицательная деформация — результатом сжатия. Напряжение — это измерение приложенной силы, деленной на начальную площадь поперечного сечения объекта, или внутреннюю сопротивляемость объекта.

Рисунок 1. Слева: Состав тензодатчика (источник) Справа: Пример тензодатчика (источник)

Каждый тензодатчик состоит из металлической фольги, изолированной гибкой подложкой, как показано на рисунке выше.Два провода пропускают ток через датчик, и когда поверхность измеряемого объекта растягивается или сжимается, измеряется изменение сопротивления. Это изменение сопротивления пропорционально изменению длины на поверхности тестируемого объекта, как показано в уравнении ниже. Тензодатчики работают, измеряя изменение электрического сопротивления на тонкой проводящей фольге. Коэффициент измерения (или «коэффициент измерения») — это чувствительность тензодатчика (обычно 2). Он преобразует изменение сопротивления в изменение длины.

Уравнение 1: Уравнение калибровочного фактора (источник).

Рис. 2. Сжатие и растяжение, испытанные на тензометрическом датчике (источник).

Когда тензодатчик испытывает изгиб, растяжение или скручивание, изменение сопротивления металлической фольги измеряется мостом Уитстона. Измеряемое изменение сопротивления пропорционально деформации, испытываемой объектом. Пользователь может определить напряжение, испытываемое объектом, используя закон Гука (уравнение, показанное ниже), зная модуль упругости материала.

Уравнение 2: Уравнение закона Гука.

---

Типы тензодатчиков

Несмотря на то, что существует множество типов тензодатчиков — для различных применений и степени свободы, которую необходимо измерить, все они используют мост Уитстона для расчета изменения сопротивления.

Тензодатчик с четвертью моста

Если вы измеряете одну ось, используется четвертьмостовой тензодатчик, как показано на рисунке ниже. Четвертьмост относится к тому факту, что только один из четырех резисторов является переменным (Rx), а остальные три резистора являются фиксированными.Схема определяет значение переменного резистора таким образом, чтобы схема была сбалансированной и ток не проходил между точками B и C.

Рис. 3. Диаграмма четверти моста Уитстона (источник изображения: авторское право DEWESoft из их серии PRO Training Series).

Розетки тензометрических датчиков

В некоторых тензодатчиках, называемых розетками тензодатчиков, используются дополнительные датчики для измерения деформации в нескольких направлениях. Розетки используются для определения полного деформированного состояния объекта на поверхности.Состояние полной деформации состоит из нормальной деформации, деформации сдвига и основной деформации. В двухосной розетке используются два датчика, а тензодатчики установлены перпендикулярно друг другу. Для трехосной розетки необходимы три градуса измерения. Эти датчики устанавливаются под углом 0 ° -45 ° -90 ° или 0 ° -60 ° -120 ° относительно друг друга, в зависимости от требуемых измерений. Ниже приведены некоторые распространенные конфигурации розеток тензодатчиков (вы можете увидеть оригинал

Рис. 4. Примеры розетки тензодатчика (источник изображения: авторское право DEWESoft из их серии PRO Training).

Пьезорезистор

При измерении деформации в малых масштабах пьезорезистор часто является лучшим измерительным инструментом. Эти измерения часто настолько малы, что выражаются в микродеформации (µε или ε x 10-6). Когда используются эти датчики, чувствительность меняется, поэтому коэффициент измерения часто выше, чем у типичного тензодатчика из фольги. Хотя эти датчики регистрируют меньшие изменения длины, они также более чувствительны к изменениям температуры и с большей вероятностью сломаются, чем датчики из фольги.

---

Где купить тензодатчики

Если вы заинтересованы в использовании тензодатчиков для вашего приложения, их можно найти в разных местах, вот лишь некоторые из них, которые мы обычно используем:

Теперь с тензодатчиками вам также понадобятся очень специфические приборы для питания и кондиционирования выходного сигнала тензодатчика. Вот несколько вариантов от HBM и другие от Omega. Мы знаем, что многие клиенты enDAQ также заинтересованы в добавлении к нашим устройствам возможностей измерения тензодатчиков вместе с акселерометрами и другими датчиками, и мы планируем разработать такое решение в течение следующих нескольких лет (подробнее см. В нашей дорожной карте)!

---

Приложения для тензодатчиков

В области гражданского строительства и геотехнического мониторинга регулярно используются тензодатчики для обнаружения повреждений в таких конструкциях, как мосты, здания и многое другое.Эти конструкции требуют постоянного наблюдения, поскольку любая значительная деформация может привести к травмам или смерти. Эти датчики широко используются, поскольку они обладают высокой точностью, хорошо работают на больших расстояниях от объекта испытаний и требуют минимальных усилий для настройки и обслуживания в течение длительных периодов времени.

Полевые испытания часто сильно отличаются от лабораторных испытаний в идеальных условиях. Одна из причин, по которой тензодатчики высоко ценятся, заключается в том, что их можно использовать в суровых условиях, обеспечивая воспроизводимые результаты с высокой точностью.Когда инженер тестирует объекты неправильной формы в суровых условиях с труднодоступными конфигурациями, часто требуется специализированное устройство, такое как тензодатчик. Например, в аэрокосмических приложениях используются миллионы тензодатчиков для проверки результатов моделирования в САПР (автоматизированное проектирование) и FEA (анализ методом конечных элементов). Эти испытания часто проводятся в динамических условиях, чтобы получить точное представление о том, как различные силы влияют на самолет.

Рисунок 5. Слева: мост на стальных фермах Миннеаполиса в 2006 году. Справа: нижняя сторона моста. (Источник)

Тензодатчики также часто используются для статических испытаний. Некоторые мосты настроены на использование беспроводной телеметрии, которая передает результаты тестирования через Ethernet. Но другие мосты в первую очередь проходят визуальный осмотр или дефектоскопию для выявления дефектов поверхности. Несмотря на то, что эти методы экономичны, они не требуют постоянного контроля, что может привести к катастрофическим сбоям, как, например, в случае стального ферменного моста I-35 Миннеаполис.Начиная с 1990 года, мост был отмечен федеральным правительством как «структурно несовершенный», что означало, что он должен был проходить ежегодные проверки. Однако из-за отсутствия постоянного наблюдения с помощью тензодатчиков, значительного ремонта или замены в 2007 году мост неизбежно рухнул, в результате чего погибли 13 человек. Этот мост — лишь один из примерно 80 000 мостов через Соединенные Штаты, которые в 2007 году были признаны «структурно несовершенными».

---

Пример использования тензодатчика

Здесь, в Midé ( Примечание: enDAQ является подразделением Midé ), мы регулярно используем тензодатчики для проектных работ.Недавно мы с коллегой добавили к нашей испытательной установке тензодатчик для косвенного измерения крутящего момента. Проект, над которым мы работали, был сфокусирован на дизайне костюма для глубоководного дайвинга. Для этого эксперимента мы проверили величину крутящего момента, необходимого для вращения упорного подшипника в руке костюма, путем надавливания на упорный подшипник, чтобы смоделировать его использование на глубине до 530 футов.

Рисунок 6. Испытательная установка с тензодатчиком, установленным между двигателем и упорным подшипником.

Для этого испытания тензодатчик был установлен на пьедестале между двигателем и герметичным упорным подшипником, как показано на рисунке выше. Этот узел был помещен внутрь резервуара высокого давления, погружен в воду и находится под давлением. Двигатель питался от переменного тока, что обеспечивало постоянный выходной крутящий момент. В ходе проведенных испытаний было измерено сопротивление упорного подшипника осевому вращению как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки.

Рис. 7. Полностью собранный рычаг гидрокостюма с упорным подшипником.

Во время этого испытания мы медленно увеличивали давление, чтобы определить сопротивление упорного подшипника на разной глубине. Начиная с атмосферного давления в качестве основы, давление увеличивали до 30, 50, 75, 100, 150, 200 и 250 фунтов на квадратный дюйм (или фунтов на квадратный дюйм). Каждый раз, когда мы увеличивали давление, мотор вращался в обоих направлениях на 7-8 секунд. При самом высоком давлении тензодатчиком был измерен максимальный крутящий момент на уровне 35 футов на фунт в направлении против часовой стрелки (положительный крутящий момент), как показано на графике ниже.

Рис. 8. Измерения крутящего момента в зависимости от времени с использованием тензодатчика.

---

Заключение

Тензодатчики

— это универсальные геотехнические инструменты с очень широким спектром применения, которые помогают обеспечить безопасность и производительность. Их особенно ценят за точность, простоту установки, низкую стоимость, длительный срок службы и необходимость в очень ограниченном техническом обслуживании. Интересно рассмотреть множество будущих применений тензодатчиков в таких областях, как аэрокосмическая промышленность, кабельные мосты, мониторинг рельсов (для железнодорожных систем) и измерение крутящего момента и мощности в широком диапазоне вращающегося оборудования, такого как вентиляторы, генераторы, колеса и пропеллеры. .

Я надеюсь, что этот пост помог вам лучше понять различные типы тензодатчиков, принцип их работы и их применение. Если у вас есть какие-либо вопросы, не стесняйтесь оставлять комментарии или связываться с нами. И если вам понравился этот пост, не забудьте подписаться на наш блог enDAQ, чтобы узнать больше о сборе данных, датчиках и анализе.

Похожие сообщения:

Что такое тензодатчик | KYOWA

Взаимосвязь между выходными сигналами тензорезистора и тензодатчика
Подключите тензодатчики к электрической цепи, которая называется мостом Уитстона.Целесообразно для обнаружения небольшого изменения сопротивления.
Предположим, что исходное сопротивление тензодатчика равно R (Ом), а измененное сопротивление из-за удлинения или усадка R (Ω).
Рассчитайте деформацию ε по следующей формуле.

Буква «K» в приведенной выше формуле называется калибровочным коэффициентом, коэффициент, выражающий чувствительность тензодатчика.
Коэффициент масштабирования универсального фольгового тензодатчика KFGS составляет ок. 2.
Предположим, что напряжение возбуждения моста равно E, сопротивление тензодатчика равно R (Ом), а измененное значение сопротивление из-за удлинения или усадки R (Ом).
Рассчитайте выходное напряжение e (В) по следующей формуле.

Связь между деформацией и напряжением
Непосредственно узнать напряжение объекта или материала сложно.
Таким образом, мы рассчитываем напряжение, измеряя основанную на напряжении «деформацию».
Согласно закону Гука, напряжение пропорционально деформации в упругой области, напряжение равно определяется путем измерения деформации тензодатчиками.
Поэтому мы часто используем измерение деформации и измерение напряжения как синонимы.

По этой причине, когда величина приложенной силы и площадь поперечного сечения будут Как известно, напряжение можно вычислить.Однако, когда объект измерения состоит из сложных конструкций, сложных приложенных нагрузок или В сложных условиях может быть сложно рассчитать данные с высокой точностью.
Таким образом, экспериментальные измерения напряжений с помощью тензодатчиков широко используются как наиболее надежные и практический метод проверки конструкции конструкции безопасности.
* «Деформация» — это коэффициент удлинения (или усадки) без единиц измерения.
Поскольку деформация указывает на довольно маленькое значение, пишется «× 10 ^-6 деформация» и называется «микроштамм».

.