10. Способы и средства измерения продольных деформаций, наклепа и остаточных напряжений

10.1. Электрические способы измерения деформаций

Под относительной деформацией  понимают отношение

где L₀ – база ( расстояние между двумя точками на измеряемом недеформированном участке);

L – длина участка после деформации (приложения силы);

- при растяжении; - при сжатии.

Измеряют  для определения нагрузок (напряжений) в соответствии с законом Гука

.

Путем воздействия на упругий элемент можно измерять ряд физических величин:

• силу;

• давление;

• крутящий момент;

• перемещение;

• ускорение и т.д.

Измерение деформаций называют тензометрированием. На основе тензометрирования строят датчики различных величин и ряд соответствующих приборов.

Электрические способы измерения (электротензометрия).

Принцип измерения тензорезисторами основан на том, что закрепленный на деформируемой поверхности тензорезистор воспринимает деформации объекта и изменяет при этом свое электрическое сопротивление. Изменение сопротивления является мерой деформации; она может быть измерена подключенными к тензорезистору приборами. Тензорезистор – пассивный преобразователь, поэтому на него необходимо подавать питание (постоянное или переменное напряжение).

Чувствительный элемент представляет собой решетку из тонкого электрического проводника. Решетка зачеканена в тонкопленочную полимерную основу, изолирующую ее от объекта и передающую деформацию (рис.10.1).

Границы применения

1. Максимальная деформируемость, м/м (мм/мм) (2-4)10^-2

2. Количество циклов нагружения при максимальной амплитуде переменной деформации:

510^-4 мм/мм - 10⁹

110^-3 мм/мм - 10⁷

310^-3 мм/мм - 10⁵

3. Динамика от 0 до 50 кГц (ударные волны > 500 кГц)

4. Ускорение 160 м/с²

5. Температура от 4,0 до 1200 К

6. Давление окружающей среды – до 10⁹ Па.

Погрешности

При анализе напряжений при t⁰С=0-40⁰ от 1 до 5%

Погрешности измерительных преобразователей с тензорезисторами от 0,2 до 0,5%.

Принцип работы тензорезистора

Чувствительный элемент – это решетка из металлического сплава высокого сопротивления (константан). Если его растянуть (сжать) вдоль решетки, то его электрическое сопротивление изменится в соответствии с зависимостью

гдеk – коэффициент пропорциональности характеризующий чувствительность тензорезистора. Величина k принимается постоянной. Длина решетки не оказывает влияния на чувствительность (кроме приборов, измеряющих абсолютные деформа-ции). На рис.10.1 (слева – фольговый, справа – проволочный тензорезистор) приняты следующие обозначения: 1 – решетка; 2 – выводы; 3, 4 – основа решетки и покрытие; 5 – разметка осей.

Критерии выбора

Предпочтительными являются фольговые тензорезисторы (толщина фольги от 3 до 5 мкм) для коротких решеток, а также при сложных формах решетки (розетки, цепочки). Проволочные (диаметр проволоки от 15 до 25 мкм) могут применяться при высоких температурах. База решетки 0,4 …150 мм.

Для большинства случаев нормой является решетка с базой около 6 мм. Для обнаружения концентрации напряжений используется решетка с базой 0,4…3 мм. База должна в 5…10 раз превышать размер.

Электрическое сопротивление 120, 350, 600 Ом. Тензорезисторы пригодны для измерения статических и переменных нагрузок. Непригодны для измерений нагрузок для изделий, изготовленных из резины .

Сплавы для решетки

Си-Ni – константан

Сr- Ni-Fe-Al

Cr-Ni – нихром

Pt-W