кает ошибка в измерении деформации из-за неравенства коэффи циентов линейного расширения проволоки и детали. Например, при наклейке решетки из константана на стальную деталь при повы шении температуры тензоэлемент будет испытывать деформацию сжатия, потому что температурный коэффициент расширения у стали на 30—35% меньше, чем у константана. При наклейке того же пре образователя на дюраль при повышении температуры возникнут деформации растяжения константановой проволоки. Температурная компенсация проще всего достигается с помощью дополнительных тензопреобразователей, аналогичных основному, но расположенных таким образом, что при использовании мостовых измерительных схем сигналы, наведенные изменением температуры, самоисключаются.
Рис. 80. Схемы расположения тензометрических преобразова телей, компенсирующие температурные погрешности
На рис. 80 приведены три схемы расположения тензоэлементов, обеспечивающие термокомпенсацию при одновременном увеличении рабочего сигнала. Первый вариант установки используется в случаях, когда обе поверхности детали, испытывающей изгиб, доступны для установки преобразователей. Тензоэлементы включаются в прилегаю щие плечи равновесного моста R x и R 2 (или R x и # 4); поскольку тем пературные деформации равны, то они исключаются, но так как де формации, вызванные силой F, равны и различны по знаку, то сиг налы двух элементов суммируются, что увеличивает тензочувствительность схемы в два раза. Если установка тензоэлементов с двух сторон деформируемой балки невозможна, используют вторую схему. Здесь тензопреобразователь R 2 расположен в непосредственной близости от R ± под прямым углом к последнему. Включение R 1 и R 2 в прилегающие плечи моста обеспечивает полную температурную компенсацию, как и в предыдущем случае. При растяжении преобра зователя R ± преобразователь R 2 сжимается, однако его деформация меньше чем в R x. Отношение этих деформаций равно коэффициенту Пуассона, и, следовательно, выходной сигнал моста будет прибли зительно на 30% больше, чем в случае использования только одного преобразователя R v При измерении крутящего момента
Рис. 81. Схема выполнения ненаклеиваемого тензопреобразователя
Упит
температурная компенсация, легко достигается установкой преобразователей по третьей схеме рис. 80, так как деформа ции растяже ния и сжатия при кручении всегда равны.
В некоторых случаях невозможно обеспечить одинаковую тем пературу в местах установки двух тензопреобразователей, тогда имеет смысл использование так называемых самокомпенсирующихся тензоэлементов. Решетка таких преобразователей выполняется из двух проволок разных материалов, соединенных последовательно. Выбором материала и длины этих проволок в принципе можно до биться, чтобы увеличение сопротивления одной проволоки под действием температуры исключалось бы уменьшением сопротивления другой проволоки с отрицатель ным температурным коэффициен том. Самокомпенсирующиеся тен зометры изготовляют из медно никелевых и никелевых проволок, соединяемых последовательно.
Для экспериментального оты скания главных напряжений и де формаций в элементах сложных конструкций используются много решеточные компоновки тензоэле ментов (розетки) [105]. Поскольку для определения двух главных
направлений в двумерном поле деформаций, необходимо измерить деформацию в трех различных направлениях, то обычно розетки состоят из трех тензопреобразователей, расположенных под углами 45 или 60°. Определение главных напряжений и деформаций по результатам измерений сигналов, снятых с розеток, производится по специальным формулам.
Для измерения напряжений или деформаций используются также ненаклеиваемые тензопреобразователи, чувствительным элементом которых служит проволока, намотанная на изоляторы, укреплен ные на взаимоперемегцающнхся деталях. Усилие, необходимое для растяжения пучка из п проволок длиной I на величину А/, равно
где Е — модуль упругости материала проволоки. Обычно исполь зуются различные дифференциальные схемы, состоящие из двух пучков проволок, намотанных с предварительным натягом; пример подобной схемы приведен на рис. 81. Преимущества ненаклеиваемых преобразователей по сравнению с наклеиваемыми заключаются в отсутствии поперечной тензочувствительности и ничтожно малом гистерезисе. Ненаклеиваемые преобразователи уступают наклеивае мым в габаритах и несколько более сложны в обслуживании. Они подвержены тем же температурным воздействиям, что и наклеиваемые.
Изменения сопротивления тензометров обычно |
определяются |
с помощью мостовых или компенсационных схем. |
Применяются |
измерительные мосты, питаемые как переменным, так и постоянным током, рассчитанные на подключение тензопреобразователей с сопро тивлением 50—500 Ом. Частота питания измерительного моста в основном определяет динамические возможности тензометрических измерителей деформаций, поскольку сам тензопреобразователь на клеиваемого типа способен передавать сигнал о деформациях чрез вычайно высоких частот (50 кГц и выше). Преимущественное распро странение получили приборы с усилителями на несущей частоте. Эти приборы, обычно называемые тензоусилителями или тензостанциями, отличаются простотой изготовления и наладки усилителей, малой чувствительностью к помехам от электромагнитных полей, и обеспечивают возможность одновременного измерения как стати-
Рис. 82. Градуирование |
измерительных цепей |
тензометров: |
а — электрический |
метод; б — механический |
метод |
ческих, так и динамических деформаций. Большинство современных тензометрических измерительных устройств выполняется много канальными с числом каналов 3—100 и более. Известны устройства, совмещающие визуальную индикацию с автоматической записью результатов измерений в цифровой форме и записью на перфоленте. В табл. 27 приведены основные характеристики некоторых типов промышленных образцов универсальной многоканальной тензоизмерительной аппаратуры.
Погрешности тензометрических измерителей деформаций тесно связаны с возможностью их градуирования. Если рабочий преобра зователь по условиям эксплуатации невозможно проградуировать на месте установки, то погрешность, вызванная неидентичностью элементов и качеством их приклейки, может составлять 1—5% даже при весьма тщательной приклейке, а общая погрешность прибора может достигать 10—15%.
Для снижения последней величины производится градуирование измерительной системы с включенным рабочим тензопреобразователембез его силовой нагрузки. Такое градуирование можно осущест влять двумя методами.
Электрический метод состоит в том, что сопротивление рабочего тензопреобразователя в плече измерительного моста (рис. 82, а) шунтируется нормально разомкнутой цепью сопротивления зна-
