Измерение деформации электрическим методом основано на том, что деформация тела вызывает изменение некоторых электрических параметров (сопротивления, емкости, индуктивности).
Электрические тензометры состоят из двух частей. Одна из них, называемая датчиком, прикрепляется к испытуемому образцу, воспринимает деформацию и преобразует ее в электрическую величину. Другая часть, удаленная от датчика и соединенная с ним проводами, регистрирует изменение электрического параметра. В зависимости от того, какой электрический параметр датчика измеряется при деформации тела, различают датчики индукционные и емкостные.
Наиболее широко используются проволочные датчики сопротивления. Электродатчики особенно удобны для изучения быстропротекающих деформаций (при ударе, колебаниях и т. д.), когда механические и оптико-механические тензометры, обладающие инерцией, неприменимы.
Применение таких тензодатчиков дает возможность исследовать не только деформации образцов и отдельных деталей в лабораторных условиях, но и деформаций деталей машин и элементов конструкций при их испытании в производственных условиях.
Точность измерения деформаций при помощи проволочных датчиков сопротивления несколько ниже, чем при измерении механическими и оптико-механическими тензометрами, но практически она вполне достаточна для надежного вычисления напряжений.
Проволочный датчик сопротивления (рис. 2.14) изготовляют из тонкой проволоки, обычно манганиновой или константановой, диаметром 0,015 — 0,03 мм в виде петель 1 одинаковой длины, наклеенных на полоску тонкой бумаги 2 (толщиной 0,01 мм), и покрывают сверху таким же листом бумаги для предохранения от повреждений. Затем датчик специальным клеем (раствор целлулоида в ацетоне или БФ-4) плотно наклеивают на поверхность испытуемого объекта.
К концам проволоки припаиваются медные выводные концы 3 диаметром 0,1-0,2 мм, служащие для монтажа датчика в схеме.
Длина петли S называется базой тензодатчика. При изменении длины датчика омическое сопротивление изменяется, что дает возможность определять деформацию по изменению сопротивления проволоки. В настоящее время применяются датчики с базой от 1 до 50 мм. Для их изготовления применяется проволока из константа (сплав меди с никелем) и нихрома (сплав никеля, железа и хрома) как материалов обладающих наилучшими показателями. Сопротивление датчика колеблется от 10 до 500 Ом.
Для измерения деформации датчик наклеивается на испытуемый объект (образец, деталь и т. п.), причем клей должен быть эластичным и прочным, способным, не разрушаясь, в точности воспринимать деформацию объекта.
При удлинении или укорочении проволоки тензодатчика изменяется ее сопротивление. Установлено, что изменение омического сопротивления проволоки датчика пропорционально её деформации в направлении базы.
Для измерения изменения сопротивления датчика, вызванного деформацией объекта, рабочий датчик Rg включается в мостовую схему ABCD (рис. 2.15).
Питание от источника Е подается на диагональ моста АС. Сопротивление рабочего датчика Rg может изменяться как от деформации, так и от изменения температуры.
Для исключения влияния температуры в противоположное плечо моста включается компенсационный датчик Rк. Он имеет те же параметры, что и рабочий, и наклеивается на образец, изготовленный из того же материала, что и испытуемый объект.
Таким образом, оба датчика Rg и Rк находятся в одинаковых тепловых условиях.
Условие баланса моста:
где R1 – сопротивление плеча АД;
R2 – сопротивление плеча СД.
Так как сопротивления рабочего и компенсационного датчиков при изменении температуры окружающей среды изменяются на одинаковую величину, то эти изменения не нарушают вышеприведенного равенства, а следовательно, не влияют на показания прибора.
Перед испытанием мост балансируют, устанавливая с помощью реохорда Р стрелку гальванометра на нуль (при этом в диагонали ВД тока нет).
Во время испытания сопротивление рабочего датчика Rg, который деформируется с испытуемым объектом, изменяется (при растяжении увеличивается, при сжатии уменьшается), баланс моста нарушается, в диагонали ВД возникает ток. Для измерения деформации испытуемого объекта мост снова балансируют.
По величине перемещения движка реохорда определяют ΔRg, а следовательно, и величину деформации объекта
где К – цена деления шкалы прибора. Для приборов АИД-1,2, ИСД-3 К=10-5, для ИСД-70 К=10-6.
Описанный способ называется методом нулевого «измерения». Существует также метод непосредственного измерения, при котором реохорд отсутствует, а деформацию определяет по показаниям гальванометра.
При измерении переменных деформаций электрический сигнал с усилителя у можно подать на осциллограф и записать его.
Преимущества тензодатчиков:
- высокая точность измерения;
- малая база датчика, датчики можно наклеивать в местах, где применение других приборов затруднено;
- дистанционный замер;
- возможность измерения и записи переменных деформаций;
- одновременное измерение деформаций в точке по различным направлениям с помощью розетки датчиков (ее применяют для определения величины и направления главных деформаций).
