Градуировка проволочных тензорезисторов

 

Как уже указывалось выше, основной характеристикой любых тензопреобразователей является коэффициент тензочувствительности, значение которого определяют при градуировке датчиков. Для определения величины из изготовленной партии отбирается до 5% датчиков, которые наклеиваются на специальную тарировочную балочку. Значение коэффициента для всей партии прини­мается равным среднему значению, полученному для отобранных образцов, которые, естественно, не могут быть использованы по­вторно.

Для определения коэффициента тензочувствительности необ­ходимо определить изменение сопротивления проволочного преобра­зователя и относительную деформацию поверхности специальной тарировочной консольной балочки (рис.3) в месте наклейки датчи­ков для одной и той же нагрузки.

Относительную деформацию будем вычислять по прогибу конца балки. Известно, что , где - величина механичес­кого напряжения; - модуль Юнга. При изгибе

,

где - изгибающий момент;

- напряжение на поверхности балки в месте заделки;

и - ширина и высота сечения балки;

- нагрузка;

 

- момент сопротивления сечения балки.

Таким образом:

. (5)

С другой стороны, для консольной балки, нагруженной на конце, прогиб конца равен

, (б)

где - осевой момент инерции сечения балки.

 

Имея в виду равенство (5), выражение (6) можно переписать в следующем виде:

, (7)

откуда

.

Эпюра распределения изгибающих моментов, а следовательно, на­пряжений и относительных деформаций, поскольку сечение балки по длине остается постоянным, будет иметь вид, изображенной на рис. 3.

Для сечения А-А, где наклеен проволочный преобразователь,

(8)

 

Рис.3. Эпюра распределения напряжения в тарировочной консольной балке.

 

 

Рис. 4. Расположение тензодатчиков на балке

 

Для оценки цены деления измерительного прибора в единицах относительного изменения сопротивления датчика обычно шунтиру­ют датчик сопротивлением , тогда цепь из параллельно вклю­ченных сопротивлений и , будет иметь сопротивление

,

а изменение сопротивления

,

откуда

.

 

Если прибор покажет при этом изменение в отсчете по шкале на делений, то цена деления составит

.

Пусть теперь отсчет по прибору при нагружении балки изме­нился на делений, следовательно, каждый из датчиков полу­чил относительное изменение сопротивления

. (9)

Коэффициент тензочувствительности находим как отношение

(10)

или, с учетом (8) и (9),

. (11)

 

 

Методика проведения экспериментов и описание лабораторной установки

В экспериментальную часть работы входит определение коэф­фициента тензочувствительности тензорезисторов, расположенных на специальной консольной балке (см. рис.4). В первом сечении балки наклеено 4 тензорезистора, а в остальных сечениях - по два тензорезистора.

Блок-схема лабораторной установки дана на рис.5. Устройст­во коммутации позволяет исследовать различные схемы включения тензорезисторов с одним, двумя или четырьмя датчиками, включен­ными в мостовую схему. Эти варианты подключения датчиков пока­заны на рис.6.

Эксперименты по определению механических напряжений при статическом нагружении проводятся на той же консольной балке при различных комбинациях включения датчиков.

 

 

Рис. 5. Блок-схема лабораторной установки

 

Порядок выполнения работы

1.Включить питание усилителя-преобразователя и цифрового вольтметра и прогреть в течение 10 мин.

2.Ознакомиться со схемой экспериментальной установки и составить таблицу используемых приборов.

3.Подключить два тензорезистора к усилителю (переключа­ешь П1 в положение 2, переключатель П2 в положение I, тумблер "калибровка" в положение "выкл.") и сбалансировать схему с помощью регулятора "баланс".

4.Зашунтировать один из тензорезисторов калибровочным сопротивлением , переведя тумблер "Вк" в положение "Вкл", и зафиксировать величину показаний вольтметра на выходе усилителя.

5.Определить цену деления вольтметра в единицах относительного изменения сопротивления тензорезистора:

[1/В], (12)

где - сопротивление тензорезистора 200 Ом;

Ом;

- показания вольтметра в вольтах.

6. Определить коэффициент тензочувствительности преобра­зователей, для чего:

а) отключить калибровочное сопротивление (тумблер "калибровка" перевести в положение "выкл.") и при необходимости дополнительно сбалансировать схему;

б) нагрузить консольную балку двумя грузами и зафиксировать в протоколе работы величину прогиба конца балки и величину показаний вольтметра (вольт);

в) рассчитать величину коэффициента тензочувствительности по формуле

, (13)

где - показание вольтметра, В;

- цена деления, I/B;

- толщина балки, мм;

- полная длина балки, мм;

- расстояние от конца балки до места наклейки тензорезисторов, мм;

(значения величин и указаны на эскизе градуировочной балки, см. рис.4).

7. Определить величину погрешности экспериментальной ус­тановки {градуировочная балка - коммутационное устройство – усилитель - вольтметр) по данным десяти опытов по определению величины коэффициента тензочувствительности. Величину относи­тельной среднеквадратической погрешности рассчитывать по резуль­татам показаний вольтметра при десятикратных нагружениях.

 

Рис. 6. Варианты подключения тензорезисторов

 

8.Определить погрешность величины для тензорезистора для доверительной вероятности .

9.Определить величину коэффициента тензочувствительности для проволочных преобразователей в сечениях 2,3,4 и 5 градуировочной балки, по методике пункта 6. Подключение тензорезисторов к измерительной схеме производится с помощью коммутационного устройства согласно данным таблицы1.

 

 

Таблица I

Подключение тензорезисторов и режимы работы установки	Положение переключателей
П1	П2	Калибровка
Определение цены деления			Вкл.
Определение коэффициента тензочувствительности	Тензорезисторов в сечении 1			Выкл.
Тензорезисторов в сечении 2			Выкл
Тензорезисторов в сечении 3			Выкл
Тензорезисторов в сечении 4			Выкл
Тензорезисторов в сечении 5			Выкл

 

10.Опыты по определению повторять не менее 3 раз с последующим расчетом доверительного интервала по заданной доверительной вероятности.

11.Подключить один тензорезистор, наклеенный в сечении 1 балки, через коммутационное устройство к усилителю (переключатель П1 в положение - I, П2 в положение I, тумблер "калибровка" в положение "выкл. ") и сбалансировать схему.

12.Нагружая балку последовательно одним, двумя, тремя и четырьмя грузами, зафиксировать в протоколе работы показания вольтметра.

13.Подключить два тензорезистора, наклеенные в сечении 1 балки, через коммутационное устройство к усилителю (переключатель П1 в положение 2, переключатель П2 в положение I, тумблер "калибровка", в положение "выкл.") и сбалансировать схему,

14.Повторить пункт 12 порядка работы.

15.Подключить четыре тензорезистора, наклеенные в сечении 1 балки, через коммутационное устройство к усилителю (пе­реключатель П1 в положении 3, переключатель П2 в положении 2, тумблер "калибровка" в положении "выкл.") и сбалансировать схему отдельным регулировочным резистором.

16.Повторить пункт 12 порядка работы.

17.По данным, полученным в пунктах 12,14 и 16 порядка работы, рассчитать величину механического напряжения на поверхности балки в месте наклейки тензорезисторов при нагружении балки одним, двумя и тремя грузами:

,

где - показание вольтметра, В; с

- цена деления (по данным пункта 5), 1/B;

- число подключенных преобразователей, =1,2,4;

- коэффициент тензочувствительности (по данным пункта 6);

- модуль Юнга, кг/мм².

 

 

а

 

 

б

Рис. 7. Расположение тензорезисторов на балке:

а - схема выводов тензорезисторов;

б - схема расположения тензорезисторов в первом сечении консольной балки.

 

18.По данным пункта 17 построить график , где - величина нагрузки балки, кг.

19.Подключая к усилителю последовательно тензорезисторы, расположенные в сечениях 2,3,4 и 5 консольной балки, определить по аналогичной методике величины механических напряжений в этих сечениях при различных нагрузках

20.Построить графики всех сечений балки и для двух значений величины нагрузки балки.

 

Содержание отчета

В отчет по работе должны быть включены следующие вопросы:

1. Краткое описание используемой аппаратуры.

2. Использованные в работе принципиальные схемы включения тен-зодатчиков.

3. Таблицы, результаты замеров и расчетов, графики.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 21

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: