Подключение мостовых схем к тензостанции

Тензорезисторы предназначены для измерения напряжений, возникающих на поверхности различных деталей. С помощью тензорезисторов можно измерять степень сжатия и растяжения, скручивания, изгиба, и рассчитать прикладываемые к изделию силы. Ниже приведены различные схемы подключения тензорезисторов к тензометрической станции ZET 017-T8, а также указания по конфигурированию программы Тензометр.

Примечание: формула расчета коэффициента чувствительности S приведена для единиц измерения мм/м, KR – чувствительность тензорезистора (значение из паспорта), ν – коэффициент Пуассона.

Таблица 1

1. Одноосевая деформация. 1 тензорезистор, 3 сопротивления, R≈R1. Термокомпенсация — нет. Компенсация изгиба — нет.

Одноосевая деформация
Мостовая схема подключение тензорезисторов к тензостанции
Четырёхпроводная схема Шестипроводная схема
Параметры/Измерения Относительные Относительные или Относительные + Переменный ток
Измерительный канал Канал 1
Опорный канал Генератор 1 Канал 2
Параметры/Коэффициент S=4/KR

2. Одноосевая деформация. 2 тензорезистора, 2 сопротивления, R≈R1+R2. Термокомпенсация — нет. Компенсация изгиба — есть.

Одноосевая деформация
Мостовая схема подключение тензорезисторов к тензостанции
Четырёхпроводная схема Шестипроводная схема
Параметры/Измерения Относительные Относительные или Относительные + Переменный ток
Измерительный канал Канал 1
Опорный канал Генератор 1 Канал 2
Параметры/Коэффициент S=4/(2·KR)

3. Одноосевая деформация. 2 тензорезистора, 2 сопротивления. R≈R1≈R2. Термокомпенсация — есть. Компенсация изгиба — нет.

Одноосевая деформация
Мостовая схема подключение тензорезисторов к тензостанции
Четырёхпроводная схема Шестипроводная схема
Параметры/Измерения Относительные Относительные или Относительные + Переменный ток
Измерительный канал Канал 1
Опорный канал Генератор 1 Канал 2
Параметры/Коэффициент S=4/KR

4. Одноосевая деформация. 2 тензорезистора, 2 опротивления. R≈R1≈R2. Термокомпенсация — есть. Компенсация изгиба — нет.

Одноосевая деформация
Мостовая схема подключение тензорезисторов к тензостанции
Четырёхпроводная схема Шестипроводная схема
Параметры/Измерения Относительные Относительные или Относительные + Переменный ток
Измерительный канал Канал 1
Опорный канал Генератор 1 Канал 2
Параметры/Коэффициент S=4/((1+v)·KR)

5. Одноосевая деформация. 4 тензорезистора, R4≈R3≈R2≈R1. Термокомпенсация — есть. Компенсация изгиба — есть.

Одноосевая деформация
Мостовая схема подключение тензорезисторов к тензостанции
Четырёхпроводная схема Шестипроводная схема
Параметры/Измерения Относительные Относительные или Относительные + Переменный ток
Измерительный канал Канал 1
Опорный канал Генератор 1 Канал 2
Параметры/Коэффициент S=4/((1+v)·2·KR)

6. Одноосевая деформация. 4 тензорезистора, R4≈R3≈R2≈R1. Термокомпенсация — есть. Компенсация изгиба — нет.

Одноосевая деформация
Мостовая схема подключение тензорезисторов к тензостанции
Четырёхпроводная схема Шестипроводная схема
Параметры/Измерения Относительные Относительные или Относительные + Переменный ток
Измерительный канал Канал 1
Опорный канал Генератор 1 Канал 2
Параметры/Коэффициент S=4/(2·KR)

7. Деформация изгиба. 1 тензорезистор, 3 сопротивления, R≈R1. Термокомпенсация — нет.

Деформация изгиба
Мостовая схема подключение тензорезисторов к тензостанции
Четырёхпроводная схема Шестипроводная схема
Параметры/Измерения Относительные Относительные или Относительные + Переменный ток
Измерительный канал Канал 1
Опорный канал Генератор 1 Канал 2
Параметры/Коэффициент S=4/KR

8. Деформация изгиба. 2 тензорезистора, R2≈R1. Термокомпенсация — есть.

Деформация изгиба
Мостовая схема подключение тензорезисторов к тензостанции
Четырёхпроводная схема Шестипроводная схема
Параметры/Измерения Относительные Относительные или Относительные + Переменный ток
Измерительный канал Канал 1
Опорный канал Генератор 1 Канал 2
Параметры/Коэффициент S=4/(2·KR)

9. Деформация изгиба. 4 тензорезистора, R4≈R3≈R2≈R1. Термокомпенсация — есть.

Мостовая схема подключение тензорезисторов к тензостанции
Четырёхпроводная схема Шестипроводная схема
Параметры/Измерения Относительные Относительные или Относительные + Переменный ток
Измерительный канал Канал 1
Опорный канал Генератор 1 Канал 2
Параметры/Коэффициент S=4/(4·KR)

10. Деформация кручения. 2 тензорезистора, 2 сопротивления. R≈R2≈R1. Термокомпенсация — есть.

Деформация кручения
Мостовая схема подключение тензорезисторов к тензостанции
Четырёхпроводная схема Шестипроводная схема
Параметры/Измерения Относительные Относительные или Относительные + Переменный ток
Измерительный канал Канал 1
Опорный канал Генератор 1 Канал 2
Параметры/Коэффициент S=4/(2·KR)

11. Деформация кручения. 4 тензорезистора, R4≈R3≈R2≈R1. Термокомпенсация — есть.

Деформация кручения
Мостовая схема подключение тензорезисторов к тензостанции
Четырёхпроводная схема Шестипроводная схема
Параметры/Измерения Относительные Относительные или Относительные + Переменный ток
Измерительный канал Канал 1
Опорный канал Генератор 1 Канал 2
Параметры/Коэффициент S=4/(4·KR)

K – чувствительность тензорезистора (значение из паспорта).

Измерение относительной деформации

Деформация контролируемого образца приводит к относительному изменению выходного напряжения с тензометрических полумостовых (либо мостовых) схем. Относительное изменение выходного напряжения описывается выражением ΔU=e0/U (мВ/В).

где e0 – изменение выходного напряжения тензометрической схемы

U – напряжения питания тензометрической схемы

Рассчитываемая относительная деформация ε0 (мм/м) связана с регистрируемым значением относительного изменения выходного напряжения тензометрической схемы по формуле:

ε0 = ΔU*S

где S – чувствительность используемой тензометрической схемы подключения (формула для расчета приводится в табл. 1 и зависит от выбранной схемы подключения)

При регистрации относительной деформации тензостанцией следует задать скорректированное (в зависимости от требуемых единиц измерения деформации) значение коэффициента чувствительности в соответствии с табл. 2

Таблица 2

Единицы измерения деформации Коррекция значения чувствительности, задаваемой для тензостанции
мм/м S
мкм/м S*1000
м/м S/1000
% S/10

Измерение напряжения материала

Расчет напряжения возникающего в материале может производиться в пределах его упругой деформации по деформации контролируемого образца, которая связана с регистрируемым (при помощи тензостанции) относительным изменением выходного напряжения полумостовой либо мостовой схемы по формуле: ε0 = ΔU*S

где S – чувствительность используемой тензометрической схемы подключения (формула для расчета приводится в табл. 1 и зависит от выбранной схемы подключения)

Примечание: при измерении напряжения коэффициент чувствительности необходимо скорректировать по формуле S/10

Напряжение материала связано с его относительной деформацией по формуле:

σ=ε0*E= ΔU*S*E

где Е – модуль упругости материала контролируемого образца (значения для модуля упругости некоторых материалов приведены в табл. 3)

Таблица 3

Материал Значение модуля упругости Е (МПа)
Алюминий 69000
Медь 100000
Сталь 210000
Стекло 60000
Бетон 20000

При регистрации изменения напряжения материала следует задать скорректированное для единиц измерения % (см. табл. 2) значение коэффициента чувствительности.

Измерение крутящего момента

Крутящий момент вызывает деформацию вала, которая регистрируется на его поверхности в виде относительного изменения выходного напряжения с тензометрических полумостовых (мостовых) схемΔU=e0/U (мВ/В). Для измерения крутящего момента М(Н*м) используется формула:

М= ΔU*Sкм

где Sкмчувствительность для измерения крутящего момента

Формула расчета чувствительности Sкм для сплошных валов:

Sкм=S*Е*π*D3/(1000*16*(1+ν))

где S – чувствительность используемой тензометрической схемы подключения (формула для расчета приводится в табл. 1 и зависит от выбранной схемы подключения)

Е – модуль упругости для материала вала

D – диаметр вала

v – коэффициент Пуассона для материала вала (значения коэффициента для некоторых материалов приведены в табл.4)

Формула расчета чувствительности Sкм для полых валов:

Sкм=S*Е*π*D3*(1-d4/D4)/(1000*16*(1+ν))

где d – внутренний диаметр полого вала

При регистрации крутящего момента следует указать рассчитанное значение чувствительности Sкм.

Таблица 4

Материал Значение коэффициента Пуассона
Алюминий 0,34
Медь 0,35
Сталь 0,28