Контрольноиспытательные станции железнодорожного транспорта (стр. 10 из 24)
Инженер или техник, занимающийся измерением деформации, не обязан заботиться о выборе материала проволоки тензодатчика. Тензодатчики обычно являются изделиями серийного производства и лишь в специальных случаях применяются проволочные тензодатчики, изготовленные на месте применения. Изготовители тензодатчиков тщательно выбирают материалы и методы их обработки с тем, чтобы разрабатывать и выпускать ассортимент тензодатчиков с гарантированными параметрами и возможно широкими областями применения. Следовательно, специалисты по измерительной и испытательной технике заботятся лишь о подборе тензодатчиков, характеристики которых как можно точно соответствуют техническим требованиям и условиям отдельных измерений и испытаний.
Тензорезисторы применяют преимущественно для решения двух групп измерительных задач:
–измерение деформаций поверхности элементов конструкций;
–измерение различного рода механических величин через деформацию поверхности соответствующих элементов конструкций.
Выделяют несколько групп тензодатчиков:
· полупроводниковые;
· проволочные; · плёночные; · фольговые.
Проволочные тензодатчики
Тензодатчики ранних моделей имели проволоку диаметром около 0,025 мм, изготовленную на основе сплавов из никеля и меди или никеля и хрома. Для достижения возможно большой длины датчика, нужной для больших изменений сопротивления при деформации, и одновременно минимальной площади сечения датчика, определяющей точность аппроксимации точечной деформации, активный элемент принимает вид сетки, подобной показанной на рис. 5.7.
Такое расположение проволоки обеспечивает большую длину датчика, но почти не увеличивает его чувствительность в поперечном направлении. Однако присущую тензодатчикам поперечную чувствительность следует учитывать во всяком случае. Проволочные тензодатчики обычно отличаются малым весом материала подложки и клейкого слоя.
Рис. 5.7 Типичный проволочный тензодатчик
При проведении усталостных испытаний рам тележек подвижного состава используют проволочные тензодатчики, которые устанавливают на раме тележки в местах наибольшей вероятности возникновения усталостных трещин. Обычно используют проволочные тензодатчики с базой 5, 10 и 20 мм, имеющих сопротивления от 100 до 200 Ом.
Технические данные серийно выпускаемых и имеющихся в продаже проволочных тензодатчиков аналогичны и их типичные примеры приводятся ниже.
Масштабный коэффициент тензодатчика. Этот параметр, определяемый с точностью до двух десятичных цифр, обычно является индивидуальной характеристикой датчика или набора датчиков с соответствующим допуском, например, ±1 %.
Сопротивление: стандартные величины 120, 350, 600 и 1000 Ом. При этом указывается допустимый разброс сопротивления, например, ±0,25%.
Линейность: погрешность измерения из–за нелинейности не превышает 0,1 % до 4000 me и 1% до 10 000 me (me – миллионная доля единицы деформации).
Разрушающая деформация: от 20 000 до 25 000 me.
Долговечность: до 107 перемен знака деформации.
Температурная компенсация: имеются тензодатчики с автоматической температурной компенсацией, соответствующей температурному коэффициенту расширения Q, трех общеприменяемых металлов, т. е.
конструкционной стали Qt = 11х10–6/°С;
нержавеющей стали Qt = 17х10–6/ °С; алюминия Qt = 23х10–6/°С.
Таблица 5.2
Характеристика проволочных тензодатчиков
| Маркировка тензодатчиков | Номинальное сопротивление, (Ом) | Рабочий диапазон температур, К | Габаритные размеры, мм | |
| длина | ширина | |||
| ПКБ–3–50 | 50 | 225– 325 | 15 | 3 |
| ПКБ–5–50 | 50 | 20 | 3 | |
| ПКБ–5–100 | 100 | 20 | 3 | |
| ПКБ–10–100 | 100 | 25 | 3 | |
| ПКБ–10–200 | 200 | 25 | 4,5 | |
Некото-рые изготовители такжеразрабатывают и выпус-кают тензодатчики с ав-токомпенсацией для при-менения на титане, маг-ниевых сплавах и различ-ных пластмассах. Вызывае-мая изменениями темпе-ратуры кажущаяся дефор- мация, измеряемая нормальными тензодатчиками с автокомпенсацией, не превышает ±1,5 me/°С в температурном диапазоне от –20 до +150°С при условии, что датчик прикреплен к материалу, коэффициент растяжения которого соответствует характеристике сопротивление/температура тензодатчика. Параметры некоторых тензодатчиков приведены в табл. 5.2
Специальные тензодатчики
Все тензодатчики, рассматриваемые до сих пор, относились к датчикам с одним активным элементом, предназначенным для измерения линейной деформации. Однако применение тензодатчиков с несколькими активными элементами или со специальной конфигурацией может повысить точность и надежность измерения или углубить получаемую при измерении информацию даже при минимальном увеличении общих расходов.
Установлено, что применение трех тензодатчиков обеспечивает информацию, необходимую в тех случаях, когда направление главных осей неизвестно. Однако, подготовка и крепление трех тензодатчиков всегда более трудоемки и их применение возможно лишь при условии достаточных размеров исследуемого или испытуемого объекта. Вычисление и обработка данных от трех тензодатчиков также более сложны и затруднительны, в частности при общих углах между отдельными датчиками.
Рис. 5.8 Тензометрическая розетка типа «дельта» слева и розетка с тремя активными элементами справа
Во избежание вышеупомянутых затруднений часто используются тензометрические «розетки», содержащие на общей подложке два, три или четыре активных элемента (сетки). Подготовка и крепление тензометрической розетки так же просты и удобны, как монтаж одного тензодатчика. С целью упрощения обработки данных и расчета углы между активными элементами стандартных тензометрических розеток составляют точно 45°, 60° или 90°.
Для работы со стандартными розетками часто предусмотрены номограммы, расчетные таблицы или счетные линейки, обеспечивающие непосредственное или требующее лишь минимальное количество простых арифметических операций определение величин деформации и направлений главных плоскостей.
Приведенная на рис. 5.8 розетка типа «дельта» широко распространена и применяется для определения направления главных осей и величин деформации в направлении этих осей.
Рис. 5.9 Двухэлементный тензодатчик
Розетка с идентичной областью применения приведена на рис. 5.9. Эта розетка имеет слоистую конструкцию, гарантирующую малые размеры датчика и более точную аппроксимацию измерения деформации в одной точке. Отметим, что возбуждение этой розетки более высоким напряжением может создать затруднения, связанные с отводом рассеиваемого расположенными вблизи друг друга тензодатчиками тепла.
Угол между активными элементами приведенного на рис. 8 двухэлементного тензодатчика составляет 90°. Такая конструкция отличается увеличенными изменениями сопротивления датчика при деформации, т. е. большим масштабным коэффициентом (в ≈1,3 раза).
Рис. 5.10 Тензорозетка типа «елочка»На рис. 5.10 приведена розетка с двумя тензодатчиками, сетки которых имеют вид «елочки». Эта розетка и ей подобные розетки с четырьмя расположенными под углами 90° тензодатчиками часто применяются при измерении деформации кручения валов.
Расположение нейтральной оси определяется из простых геометрических соотношений, а величина линейной деформации устанавливается на основе разности проектируемых на обе поверхности объекта деформа-
ций. Деформация изгиба поверхности объекта определяется среднеарифметическим значением проектируемых на обе поверхности деформаций.
Рис. 5.11 Тензодатчик для измерения тангенциальной деформации (слева) и радиальной деформации (справа)
Приведенные на рис. 5.11 тензодатчики предназначены для измерения тангенциальной, радиальной или сложной, т. е. тангенциальной и радиальной, деформации тонких мембран и диафрагм.
Тензодатчики этого типа имеют разные диаметры. Серийно выпускаются даже датчики диаметром около 5 мм (рис. 5.12). При проведении усталостных испытаний рам тележек подвижного состава используют тензоиндикатор. Этим универсальным прибором можно управлять посредством оператора и компьютера. Управление с помощью компьютерных программ более эффективно, т.к. позволяет исключить влияние человеческого фактора на результаты измерений.