Tensometria (a latin tensus - feszültség és a görög μετρέω - mérték) - kísérleti módszerek összessége egy alkatrész, szerkezet mechanikai feszültségének meghatározására. A mechanikai igénybevétel (például kettős törés vagy a fénypolarizációs sík elfordulása a terhelt átlátszó részekben) okozta deformációk vagy egyéb anyagparaméterek meghatározásán alapul.
A nyúlásmérő műszereket nyúlásmérőknek nevezzük . A működési elv szerint a nyúlásmérőket elektromos, optikai, pneumatikus és akusztikusra osztják. A nyúlásmérő nyúlásmérőt és jelzőeszközöket (jelzőket) és/vagy rögzítő eszközöket tartalmaz.
Azokat a nyúlásmérőket, amelyeket a vizsgált objektum számos pontján az alakváltozások mérésére terveztek, és amelyek olyan eszközökkel vannak felszerelve, amelyek alkalmasak az adatok feldolgozására, rögzítésére és vezérlőjelként történő továbbítására, gyakran nyúlásmérő állomásoknak vagy nyúlásmérőknek nevezik.
Az 1980-as évekig a nyúlásmérők olyan rögzítők voltak , amelyek számos érzékelő jelét rögzítették papírszalagra. A számítástechnika fejlődése és az ADC -k használata megváltoztatta a berendezés megjelenését. Lehetővé vált nemcsak a nyúlásmérő jelek regisztrálása, hanem valós idejű digitális feldolgozása , a deformációk monitorképernyőn való megjelenítése és automatikus vezérlőjelek kiadása a vizsgált szerkezet működési módjának megváltoztatására, például a deformáció kompenzálására. manipulátorok alkatrészei CNC gépekben , ami javítja a pontosságot. munkadarab feldolgozás.
Számos különböző módszert javasoltak a törzsek mérésére, mindegyiknek megvannak a maga előnyei és hátrányai, így az egyik vagy másik módszer kiválasztása az adott feladattól függ.
A felületek kis elmozdulásának mérésén alapul, amelyeket például interferencia módszerekkel, moaré mintákkal stb.
Az optikai módszerek külön csoportját alkotják a vizsgált tárgyra ragasztott optikai szál deformációjának mérésén alapuló száloptikai érzékelők , amelyekben Bragg-rácsot alakítanak ki .
Az optikailag átlátszó részek deformációinak tanulmányozására olyan módszereket alkalmaznak, amelyek a kettős törés vagy a polarizációs sík elfordulásának hatásán alapulnak a terhelt részeken - a fotoelaszticitás jelenségén . Ebben az esetben az alkatrészt keresztezett polarizátorok közé helyezik, és az áteresztett fényben a feszültségek vizualizált mintája figyelhető meg. Ilyenkor általában az alkatrészek optikailag átlátszó modelljeinek deformációit vizsgálják [1] .
Ezek a vizsgált alkatrész felülete melletti fúvókában lévő sűrített levegő nyomásának mérésén alapulnak . A fúvóka felülettől való távolságának megváltoztatása regisztrált nyomásváltozást okoz.
Az alkatrészek betöltésekor megváltoznak az anyag akusztikai paraméterei, mint például a hangsebesség , akusztikai ellenállás , csillapítás. Ezek a változások piezoelektromos érzékelőkkel mérhetők .
Az akusztikai módszerek közé tartoznak az érzékelők is, amelyek terheléskor megváltozik az érzékeny elem természetes rezgésének gyakorisága - például húrérzékelők.
A terhelés alatti nyúlásmérő érzékeny eleme anyagának elektromos paramétereinek változását alkalmazzák, általában az elektromos ellenállás változását (nyúlás-ellenálló érzékelők), vagy az alakváltozások során feszültségeket generálva (piezoelektromos). Utóbbiak hátránya, hogy statikus alakváltozások mérésére alkalmatlanok, érzékenységük viszont igen nagy.
Hagyományosan az elektromos módszerek közé tartoznak a kis elmozdulású különféle elektromos mérőórák - kapacitív, induktív érzékelők stb.
Az anyag deformálódása során a vizsgált tárgy anyagának fémrácsában az atomközi távolságok megváltoznak, ami röntgendiffrakciós módszerekkel mérhető.
Most ez a legkényelmesebb és leggyakrabban használt módszer. Az elektromosan vezető anyagok (fémek, félvezetők ) deformációja során megváltozik az elektromos ellenállásuk , és ennek következtében az érzékelő érzékeny elemének ellenállása is megváltozik. Vezető anyagként általában hajlékony dielektromos hordozóra felvitt fémfilmeket használnak. Az utóbbi időben félvezető érzékelőket használnak. Az érzékelő elem ellenállását ilyen vagy olyan módon mérik.
Fémötvözet filmet visznek fel dielektromos szubsztrátumra (például polimer filmre vagy csillámra ) vákuumban egy maszkon keresztül, vagy a hordozón fotolitográfiás módszerekkel vezető konfigurációt alakítanak ki. Az utóbbi esetben egy fotoreziszt réteget visznek fel egy hordozóra előre felvitt folytonos fémfilmre, és egy fotomaszkon keresztül ultraibolya sugárzással világítják meg . A fotoreziszt típusától függően a fotoreziszt exponált vagy nem megvilágított területeit oldószerrel lemossák. Ezután a fotoreziszt által nem védett fémfilmet feloldják (például savval), és a fémfilm figurális mintáját képezik.
Fóliaanyagként általában olyan ötvözeteket használnak, amelyeknek alacsony hőmérsékleti ellenállási együtthatója van (például manganint ), hogy csökkentsék a hőmérséklet hatását a nyúlásmérő leolvasására.
A nyúlásmérő használatakor az aljzatot a deformáció szempontjából vizsgált tárgy felületére ragasztják, vagy egy rugalmasan deformálható elem felületére mérlegben , próbapadban , torziométerben , nyomásérzékelőben stb. történő felhasználás esetén úgy, hogy a nyúlásmérő a résszel együtt deformálódik.
Az ilyen nyúlásmérő nyúlásérzékenysége a deformáló erő alkalmazási irányától függ. Így a legnagyobb érzékenység húzásban és összenyomódásban a függőleges tengely mentén van a mintában, és majdnem nulla a vízszintesben, mivel a cikk-cakk konfigurációjú fémcsíkok a függőleges deformáció során erősebben változtatják keresztmetszetüket.
A nyúlásmérő elektromos vezetékek segítségével egy külső elektromos mérőáramkörhöz csatlakozik.
A nyúlásmérőket jellemzően a kiegyensúlyozott Wheatstone-híd egy vagy két karjában helyezik el, amelyet állandó feszültségforrás (A-D hídátló) táplál. Az R 2 változtatható ellenállás segítségével a hidat kiegyenlítik, így alkalmazott erő hiányában az átlós feszültséget nullával egyenlővé teszik. A B-C híd átlójából jelet veszünk, majd a mérőeszközre , differenciálerősítőre vagy ADC -re tápláljuk .
Ha az R 1 / R 2 = R x / R 3 arány teljesül, a híd átlójának feszültsége nulla. A deformáció során az R x ellenállás megváltozik (például feszítéskor nő), ez az R x és R 3 (B) ellenállások kapcsolódási pontjának potenciáljának csökkenését és a B-C átló feszültségének változását okozza. a hídról - hasznos jel.
Az Rx ellenállás változása nemcsak alakváltozásból, hanem más tényezők hatására is bekövetkezhet, amelyek közül a fő a hőmérsékletváltozás, amely hibát visz be a mérési eredménybe. A hőmérséklet hatásának csökkentése érdekében alacsony TCR-ű ötvözeteket használnak, az objektumot termosztálják, korrekciókat végeznek a hőmérséklet-változások miatt, és/vagy differenciáláramköröket használnak a nyúlásmérők hídhoz való csatlakoztatására.
Például az ábrán látható áramkörben az R 3 állandó ellenállás helyett ugyanazt a nyúlásmérőt tartalmazzák, mint az R x , de ha az alkatrész deformálódik, ez az ellenállás ellenkező előjellel változtatja meg az ellenállását. Ezt úgy érik el, hogy a nyúlásmérőket az alkatrész eltérően deformált zónáinak felületére ragasztják, például egy hajlított gerenda különböző oldalairól vagy az egyik oldalról, de egymásra merőleges irányban. Hőmérsékletváltozás esetén, ha mindkét ellenállás hőmérséklete egyenlő, a hőmérsékletváltozás okozta ellenállásváltozás előjele és nagysága egyenlő, és a hőmérséklet-eltolódás kompenzálódik.
Az ipar speciális mikroáramköröket is gyárt a nyúlásmérőkkel való együttműködéshez, amelyekben a jelerősítőkön kívül gyakran megtalálhatók a híd tápegységei, a hőkompenzációs áramkörök, az ADC-k, a digitális interfészek a külső digitális jelfeldolgozó rendszerekkel való kommunikációhoz és egyéb szolgáltatási funkciók is. biztosítani.
Különféle gépek, alkatrészek, szerkezetek tervezésénél használják. Ebben az esetben általában nem magukon a tervezett objektumokon, hanem azok makettjein vizsgálják a deformációkat - például hidak, repülőgép-törzsek stb. makettjeit. A makettek gyakran kicsinyített méretben készülnek. .
Különféle erőmérő eszközökben, műszerekben - mérlegekben, nyomásmérőkben, fékpadokban, nyomatékérzékelőkben (torziométerekben) is használják. Ezekben a készülékekben a nyúlásmérők rugalmas elemek (gerendák, tengelyek, membránok) alakváltozását mérik [2] .