4. Измерение деформации с помощью тензорезисторов

Для измерения деформации на поверхности исследуемого элемента под действием внешних сил в интересующем экспериментатора направлении приклеивают тензорезистор, продольную ось которого максимально точно располагают в этом направлении. Ошибка измерения деформации при отклонении оси на 8составляет1 %, на2–0,1 %.

Далее производят два измерения сопротивления тензорезистора RиR+Rсоответственно при ненагруженном элементе и под нагрузкой, вычисляют изменение сопротивленияRс учётом знака и находят_R = R/R. Используя паспортные данные о коэффициенте тензочувствительностиkнаклеенного тензорезистора, вычисляют среднюю относительную деформацию поверхности элемента_l=k_R в пределах длины базы, а с учётом паспортных данных о_kеё среднеквадратическое отклонение_l.

При статических измерениях деформаций измерение сопротивления осуществляют обычно мостовым способом с помощью уравновешенных или неуравновешенных мостов.

На рис. 5 изображена схема неуравновешенного моста. В нейR_р.– рабочий тензорезистор, наклеенный на испытуемый элемент,R_к.– точно такой же тензорезистор, называемый термокомпенса-ционным, наклеенный на вспомогательный элемент, не подвергающийся деформации и имеющий ту же темпе-ратуру, что рабочий тензорезистор. Такое включение тензорезисторов позволяет исключить возможные ошибки, связанные с изменением сопротивления рабочего тензорезистора в результате воздействия температуры. Два других плеча моста образованы прецизионными резисторамиR₁иR₂. Мост получает питание от источника постоянного токаU_п.

Условием баланса мостаявляется

Если условие баланса выполнено, то падения напряжения на резисторах R_р. иR₁равны, и выходное напряжение моста равно нулю.

После нагружения элемента внешними силами сопротивление тензорезистора R_р.изменяется, и баланс моста нарушается; его выходное напряжение после усилителяУприводит к отклонению стрелки вольтметра-указателя V.

Если по каким-то причинам при ненагруженном элементе условие баланса моста не выполнено, напряжение на выходе усилителя можно сделать равным нулю, подав на вход усилителя соответствующее напряжение противоположного знака от специальной схемы установки нуля.

Для градуирования шкалы указателя в единицах относительного изменения сопротивления плеча R_р.изменяют на известную величину одно из постоянных сопротивлений плеч мостаR₁илиR₂. Например, если элемент и наклеенный на него рабочий тензорезисторR_р.будут испытыватьнапряжениерастяжения, прецизионный резисторR_грвключают кнопкойS_гр.параллельно плечуR_1.. Относительное изменение сопротивления плеча сR₁по действию на выходное напряжение моста равно относительному изменению сопротивленияR_р..Поэтому выбираютR_гр.такой величины, чтобы относительное изменение сопротивленияR₁

было бы близко к ожидаемому значению изменения относительного сопротивления рабочего тензорезистора.

Пусть в результате подключения R_гр.кнопкойS_гр.при градуировке отклонение стрелки указателя составилоА_гр.делений, а при нагружении элемента и изменении в результате этого сопротивления рабочего тензорезистораR_рполучили отклонение стрелкиА_изм.делений. Тогда относительное изменение сопротивления рабочего тензорезистора вычисляется так:

Если известен коэффициент тензочувствительности kи его среднеквадратическая ошибка_k, можно отградуировать указатель непосредственно в единицах деформации _l:

Такая же схема применяется при динамических измерениях, только вместо вольтметра-указателя Vиспользуют регистратор, записывающий текущее значение_l во времени.