книги / Тензодатчики для экспериментальных исследований

в работе [38], из константановой и никелевой проволо­ ки — в работе [57].

Тензодатчики, изготовленные из двух отрезков кон­ стантановой проволоки, каждая из которых отожжена при определен­ ной температуре, описаны в работе [24]. На рис. 65 представлены кри­ вые зависимости температурного приращения сопротивления тензо­ датчиков из двух отрезков констан­ тановой проволоки, один из которых

отожжен при температуре 340° С, а другой — при 330° С, а также температурное приращение сопротивления для комбинированного тензодатчика типа 1-ВО, изготовлен иого из этих двух отрезков проволоки.

Î. ТЕНЗОДАТЧИКИ С КОМПЕНСАЦИОННОЙ ПЕТЛЕЙ

Тензодатчики с компенсационной петлей изготовляют из двух материалов (проволоки, фольги или др.), имею­ щих различные по величине, но одинаковые по знаку температурные коэффициенты сопротивления, причем один из отрезков является активным плечом моста ( Я д ) (26]. Компенсационная петля RK включается как дополни-

необходимо, чтобы температурный коэффициент сопро­

тензочувствительность и величина сопротивления мате­ риала для отрезка была возможно меньше.

На рис. 67 приведена зависимость температурного приращения сопротивления наклеенных на жаростойкую сталь тензодатчиков, изготовленных из Константиновой отожженной при температуре 390° С, проволоки с компен сационной петлей из проволоки сплава Н50КЮ.

Разработаны тензодатчики с компенсационной петлей для измерения статических деформаций при температу­ рах 550—650° С [52]. Активную решетку тензодатчика изготовляют из проволоки платино-вольфрамового спла­ ва, а компенсационную петлю из платиновой проволоки. Температурный коэффициент сопротивления проволоки из платино-вольфрамового сплава очень высок — 2,4-10~4 ед. AR/R/°C. Применение компенсационной пет­ ли позволяет существенно снизить температурное прира­

щение сопротивления тензодатчика. Типичная кривая температурного приращения сопротивления такого тензо­ датчика с компенсационной петлей приведена на рис. 68.

4. СПОСОБ ВНЕСЕНИЯ ПОПРАВКИ НА ТЕМПЕРАТУРНОЕ ПРИРАЩЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ

При измерении деформаций в условиях переменных температур можно пользоваться способом внесения по­ правки, который заключается в том, что на температур­ ное приращение сопротивления вводится соответствую­ щая поправка, определяемая по предварительно изучен­ ной кривой температурного приращения сопротивления данной партии тензодатчиков. Для этого в процессе из­ мерения деформаций в моменты снятия отсчетов ср и фо измеряется также и температура тензодатчика, включен­ ного в активное плечо измерительного моста. Тензодат­ чик, включенный в компенсационное плечо, находится при температуре 20° С и не деформируется.

Монтаж тензодатчиков при измерении деформаций должен выполняться таким образом, чтобы исключить влияние температурного приращения сопротивления вы­ водных и монтажных проводов. Для этого используют так называемый способ трехпроводного монтажа, заклю­ чающийся в том, что от каждого тензодатчика ведут по три одинаковых выводных и монтажных провода (рис. 69), которые находятся в одинаковых температур­ ных условиях.

Для измерения температуры можно пользоваться тер­ мопарами или термометрами сопротивления, располо­ женными около тензодатчика. В случае изменения тем­ ператур по детали, для измерения температуры и дефор­ маций следует пользоваться датчиком, включающим в себя тензочувствительный и термочувствительный эле­ менты, расположенные на одной основе, так называемым тензотермодатчиком (рис. 70). Термочувствительный элемент, выполненный из термочувствительного материа­ ла, обрамляет тензочувствительный элемент с трех сто­ рон одним или несколькими витками. Такое расположе­ ние термочувствительного элемента позволяет измерить среднюю температуру поля вокруг тензочувствительного элемента, которая будет наиболее близкой к средней температуре тензочувствительного элемента тензодатчика,

и от температур h и tu которые зависят от условий теп­ лопередачи.

При использовании различных материалов в качест­ ве чувствительной решетки тензодатчика встречаются случаи:

Рассмотрим только последний случай, т. е. p < a nSn, наиболее часто встречающийся в большинстве типов тен­ зодатчиков.

При исследовании напряженного состояния ряда кон­ струкций измерение деформации производится в услови­ ях, при которых скорость изменения температуры может достигать 5—10° С/сек и более. При таких тепловых по­ лях будет наблюдаться разница в температурах чувстви­ тельной решетки и детали под тензодатчиком. Примене­ ние метода внесения поправки осложняется в этом случае тем, что температурная характеристика сопротив­ ления тензодатчика, по которой будет вноситься поправ­ ка, предварительно определенная при медленном ступен­ чатом нагреве по методике, описанной в гл. I, будет отличаться от действительного температурного прираще­ ния на величину (ДR IR )Hecm- Измерение температуры ре­ шетки Î2 и детали под тензодатчиком t\ для внесения поправки на температурное приращение сопротивления по формуле (53') практически трудно осуществить.

Для того чтобы при измерении деформаций в усло­ виях резко нестационарных тепловых полей найти воз­ можность использования способа внесения поправки на температурное приращение сопротивления, были прове­ дены исследования по определению степени отличия кривых температурного приращения сопротивления на­ клеенных на балку 1 тензодатчиков для случаев медлен­ ного ступенчатого нагрева и быстрых нагревов с раз­ личными скоростями.

Влияние возможного коробления балки из-за не­ равномерного прогрева ее по длине на температурные приращения сопротивления тензодатчиков исключалось

1 Балки изготовлялись толщиной 1 мм из нержавеющей и жаро­

прочной стали-.

Рис. 71. Температурные приращения сопротивления иаклеенкых на нержавеющую сталь тензотермодатчиков ВТ-К с тензоэлементом из константановой проволоки ( отжиг при 393° С) при различных скоростях нагрева и соответствующие им кривые изменения тем­

CHMOCTb^“^ “ J = / ( 0 » полученная при медленном ступенчатом нагреве

тем, что тензодатчики, наклеенные на пластину с двух

В компенсационное плечо моста включались тензодатчи­ ки из той же партии, наклеенные на аналогичную балку, расположенную в условиях комнатной температуры.

Медленный ступенчатый нагрев пластины с тензодат­ чиками происходил в термостате. Быстрый непрерывный напрев осуществлялся двумя способами: потоком горя­ чего воздуха и электрическим током, пропускаемым че­ рез пластину.

При исследованиях использовались тензотермодатчики с термочувствительным элементом из проволоки спла­ ва Н50К10.

Относительное изменение сопротивления тензо- и тер­ моэлементов датчиков измерялось с помощью аппарату­ ры 8-АНЧ-7 [23] и осциллографа К-4-21.

На рис. 71 приведены кривые температурного прира­ щения сопротивления тензоэлементов тензотермодатчиков типа ВТ-К, полученные при различных скоростях нагрева горячим воздухом и электрическим током. Штри­ ховой линией изображена кривая температурного при­ ращения сопротивления, полученная при медленном сту­ пенчатом нагреве.

Как видно из кривых, .приведенных на рис. 71, при быстром нагреве потоком горячего воздуха кривые тем­ пературного приращения сопротивления лежат ниже, а при нагреве электрическим током — выше кривой, по­ лученной при медленном ступенчатом нагреве. Это объ­ ясняется тем, что при нагреве потоком горячего воздуха в местах расположения тензодатчиков условия передачи тепла к пластине несколько хуже, чем к тензочувствительной проволоке, которая отделена от источ­ ника нагрева более тонким слоем связующего, чем уча­ сток пластины под тензодатчиком. Поэтому температура (2 проволоки тензодатчика при нагреве воздухом будет на некотором промежутке времени большей, чем темпе­ ратура 11 детали под тензодатчиком:

Кривая температурного приращения сопротивления будет лежать ниже кривой, полученной при медленном

ступенчатом нагреве, при котором можно считать, что пластина и проволока имеют одинаковую темпера­ туру.

При нагреве электрическим током сначала прогрева­ ется пластина, а затем решетка тензодатчика, и темпера­ тура t2 проволоки тензодатчика будет на некотором про­ межутке времени меньше, чем температура t\ пластины под тензодатчиком:

случае, если нагрев тензодатчика осуществляется путем теплопередачи через металл детали (например, исследуе­ мая деталь нагревается потоком воздуха с внешней сто­ роны, а тензодатчики, расположенные на внутренней поверхности детали, не подвергаются непосредственному

ступенчатом нагреве. Эта разница при нагреве горячим воздухом в несколько раз больше, чем при нагреве элек­ трическим током при 'близких скоростях нагрева. При нагреве пластины электрическим током максимальная

мерении деформаций в условиях нестационарных тепло­ вых полей необходимо стремиться к тому, чтобы тензо­ датчики не подвергались непосредственно действию теплового потока.

Для этого следует наклеивать тензодатчики на той стороне, которая не подвергается прямому воздействию источника тепла (инфракрасная лампа, поток горячего воздуха и др.), а нагревается благодаря теплопередаче через металл.

В заключение следует отметить, что кроме приведен­ ных способов существуют и другие способы компенса­ ции, которые, однако, не нашли широкого распростране­

но