книги / Тензодатчики для экспериментальных исследований
..pdfВо время проведения испытаний температура внутри ка меры и деформация балки должны оставаться постоян ными. Отсчеты по прибору берутся для каждого тензо
датчика |
при нормальном |
давлении (10,Ы О4 HIM2)—ср„, |
а затем |
при достижении |
необходимого вакуума — фр/, |
и по ним вычисляется .изменение сопротивления каждого тензодатчика / ——) по формуле
\ Л jpi |
|
|
j |
—¥«)$э • |
(27) |
По полученным данным вычисляются средние ариф
метические/-^-)
\ R )р
/ АЛ \
симальным ----
Партия характеризуется также мак-
/ AR \ |
зна- |
и минимальным ( ---- ] |
чениями сопротивления для исследуемой выборки тензо датчиков.
10.ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕНЗОДАТЧИКОВ
ИМЕТОДИКА ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ДЛИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ
Вусловиях длительного (порядка десятков и сотен часов) действия температур и постоянных или перемен ных деформаций в чувствительном элементе и связующем тензодатчика могут происходить структурные изменения, приводящие к изменению их электрических и механиче ских свойств и, следовательно, к изменению изме рительных характеристик тензодатчика. Так как харак
теристики тензодатчиков во времени не стабильны, что приводит к увеличению погрешности измерения, сле дует предварительно изучить работу тензодатчиков в этих условиях и определить некоторые дополнительные параметры таких характеристик, как чувствительность, ползучесть и температурное приращение сопротивления.
Чувствительность к деформации. Кроме средней вели
чины чувствительности S и разброса crs, определенных при рабочих температурах по методике, изложенной в п. 3 данной главы, следует определять средние в пар
тии величины ST и разбросы aST; получаемые при рабо чей температуре по истечении заданного времени т дей ствия температуры и деформации.
Стабильность чувствительности при длительном не прерывном действии температур и деформаций (или толь ко деформаций) определяется величиной
b S x = S x — S, |
(28) |
где S, ST—средние в партии чувствительности при за данной температуре, определенные до начала длитель ных испытаний и по истечении заданного времени т дей ствия температуры и деформации.
Величину ôSx можно представить в виде относи тельных значений:
S x — S
(29)
S
При испытании в условиях многократных цикличе ских нагревов или нагружений (или того .и другого одно временно) следует в каждом цикле определять величину стабильности чувствительности тензодатчика
Ь |
= Syy — S i, |
(30) |
где SNl S 1 —средние |
в партии чувствительности, |
опре |
деленные в N-м и в 1-м циклах испытания. Относительная величина ôSN определяется как
(31)
Ползучесть. Ползучесть тензодатчиков определяется за все время непрерывного действия деформации при не изменной температуре и так же, как в п. 4 данной главы,
характеризуется средним в партии значением П за это время и абсолютным среднеквадратичным отклонением а// отдельных тензодатчиков от среднего значения в пар тии.
При многократных последовательных нагружениях и разгружениях балки с тензодатчиками происходит на копление необратимых процессов, приводящих к изме нению сопротивления тензодатчиков при нулевой нагруз ке, т. е. к дрейфу нуля. Дрейф нуля может быть вызван как гистерезисом тензодатчиков, так и разрушениями, протекающими в связующем, основе или чувствительном элементе тензодатчика при многократных нагружениях*
22
Поэтому величины дрейфа нуля могут быть различных знаков в зависимости от особенностей тензодатчиков и от условий нагружения. Дрейф нуля у тензодатчиков обо-
значается |
/ |
дR \ |
и определяется ка.к изменение пока- |
|
|
---- |
ION |
||
|
\ R |
|
||
заний прибора при ненагруженной балке с тензодатчика ми (Р = 0) после каждого последующего нагружения относительно начального отсчета первого нагружения:
(~7Г)ON = ( ^ОЛГ *0l) 5Э • |
(32) |
где фоль Фш — отсчеты по прибору при нулевой нагрузке
после N-го нагружения и после |
1-го на |
|
гружения; |
|
|
S a — чувствительность прибора. |
|
|
Температурное |
приращение сопротивления. Кроме |
|
средней в партии |
зависимости |
и средне |
квадратичного значения разброса этих зависимостей Оа < тензодатчики характеризуются еще средними в партии
значениями изменения температурного |
приращения со |
|||||
противления |
во |
время |
изотермических выдержек |
|||
о |—-1 |
и среднеквадратичными as отклонениями вели- |
|||||
* |
/ |
AR \ |
отдельных тензодатчиков от среднего зна- |
|||
чин о |
\ |
---- |
||||
|
R hi |
|
|
|
|
|
чения в партии. Величина |
подсчитывается для |
|||||
|
|
|
|
\ |
R Jti |
|
каждого тензодатчика |
|
|
||||
|
|
|
т |
г т |
- т - |
(33) |
|
|
|
|
|||
где |
/ ДЯ \j , |
/ ДR \ |
— температурные |
приращения со |
||
противлении i-x тензодатчиков при изменении темпера туры от 20° С до заданной, измеренных в момент уста новления заданной температуры и по истечении време ни т изотермической выдержки тензодатчиков при задан ной температуре.
При использовании тензодатчиков в условиях много кратных циклических нагревов важна повторяемость (воспроизводимость) температурного приращения сопро тивления. Воспроизводимость характеризуется средне-
квадратичным отклонением оап ординат средних в пар тии температурных характеристик сопротивления, полу ченных в каждом из п испытаний, от температурных приращений, определенных как средние для всех повтор ных испытаний:
где п — число повторных нагревов при определении тем пературных приращений сопротивления.
В некоторых случаях при исследовании деформиро ванного состояния конструкций возникает необходи мость измерять деформации как в условиях нагрева, так и в условиях охлаждения. В этих условиях температур ное приращение сопротивления тензодатчиков следует характеризовать при каждой температуре разностью средних в партии ординат температурных приращений сопротивления при нагреве и охлаждении:
где |
— средние температурные прира |
|
t охл |
щения сопротивлений в партии при температуре t в ус ловиях нагрева и в условиях охлаждения тензодатчиков.
Величина |
указывает на наличие |
необрати |
т . |
изменений, протекающих |
в чувстви |
мых структурных |
тельном элементе и связующем тензодатчика при нагреве и охлаждении.
Знание величины (---- ] , особенно после охлаждения
до температуры 20° С, позволяет судить о пригодности тензодатчиков для измерения остаточных напряжений, возникающих в материале конструкции после нагруже ния и нагрева.
При многократных нагревах важно знать, как изме няется сопротивление тензодатчика при температуре 20° С после нескольких циклов нагревов и охлаждений по сравнению с первоначальным сопротивлением. Эта вели чина для каждого /-го цикла испытаний подсчитывается как
|
|
|
|
|
|
|
(37) |
где |
Фолгл г— отсчеты по |
прибору при |
температуре |
||||
20° С в начале |
1-го |
испытания |
и после |
охлаждения |
|||
в /-м испытании. |
|
|
характеризуются средними |
||||
|
Партии |
тензодатчиков |
|||||
значениями |
( |
)ц |
и ( -^ -) , |
а также |
абсолютными |
||
|
|
\ Л |
\ R |
)н |
|
|
|
среднеквадратичными отклонениями этих величин у не которых тензодатчиков от средних значений в партии
Методика определения характеристик. При определе нии характеристик тензодатчиков в условиях длительного действия температур и статических деформаций исполь зуются те же установки и приборы, что и при относи тельно кратковременных испытаниях. Для измерения приращения сопротивления предпочтительно пользовать ся электронным измерителем дёформаций типа ЭИД-1А [23]. Предварительно оценивают стабильность прибора во времени при подключении к прибору полумоста из постоянных сопротивлений. Изменения отсчетов по при
бору ЭИД-1А в течение 100 ч не превышали ±2*10-5
AR единиц —
При определении характеристик тензодатчиков в ус ловиях относительно кратковременного действия темпе ратур и деформаций методика и техника эксперимента таковы, что при измерении той или иной характеристики тензодатчиков приращение отсчетов по прибору опреде ляется только изменением сопротивления от данного фактора, и влияние других факторов исключено.
В условиях длительного действия температур такое раздельное изучение характеристик партии тензодатчи ков очень трудоемко. Поэтому следует пользоваться сле дующими методикой и техникой определения характери стик партий тензодатчиков.
Затем балка с .исследуемыми тензодатчиками нагру жается и в течение заданного времени регистрируются изменения относительных приращений сопротивления тензодатчика.
При длительном действии температур и деформаций в случае соединения тензодатчиков по схеме, приведен ной на рис. 5, б, изменение сопротивления тензодатчика будет определяться как изменением сопротивления за
/ Д/?\
счет ползучести тензодатчика I----1 так и изменением \ Л /я
сопротивления за счет структурных изменений в чувст вительном элементе и связующем тензодатчика, связан ных только с изотермическим прогревом тензодатчика — нестабильностью температурного приращения сопротив
ления во времени Это суммарное изменение
сопротивления во времени при одновременном действии постоянных температур и деформаций будем называть
суммарной нестабильностью тензодатчика |
Та |
|
ким образом, величина |
является |
алгебраиче- |
\/ К С
ской суммой ползучести и температурной нестабильности сопротивления тензодатчика при изотермических выдерж ках его в условиях повышенных температур:
(38)
В процессе эксперимента суммарная нестабильность для каждого тензодатчика определяется по формуле
= ( 9х‘ ~ Sa • (39)
где (pt, фт* — отсчеты по прибору при заданной темпера туре t сразу после нагружения пластины и по истечении времени т после нагружения пластины.
Пользуясь величинами суммарной нестабильности"
измеренными |
для каждого из тензодатчиков, включен |
||
ных в схему, |
приведенную на рис. 5,6, при нагружении |
||
балки |
с тензодатчиками по схеме чистого изгиба (при |
||
этом |
абсолютная величина деформации |
растянутого |
|
и сжатого тензодатчика одинакова) можно |
рассчитать |
||
ползучесть тензодатчиков П и величины изменения тем-
. / AR\
пературного приращения во времени о(-^—1 ПРИ Дли-
тельном действии температур.
Ползучесть тензодатчиков будет определяться как разность значений суммарной нестабильности растянуто го и сжатого тензодатчика
|
(40) |
где |
_ — суммарные нестабильности |
растянутого и сжатого тензодатчиков.
Действительно, на основании формулы (38) имеем
/ А R \ |
_ / А R \ |
/ А R^ _ / А / ? > |
|
\ R /нHCl |
\ |
R /нНС2 |
\ R 1т+'{к),Г |
|
|
( AА_R/ \ |
|
|
~ |
V R 1п2 |
|
Приращения сопротивления за счет временной неста бильности сопротивления, вызванной структурными из менениями в чувствительном элементе и связующем
5 » принимаются независимыми от знака нагруже-
ния, т. е. величины Ь '« . ) |
„ ь (М -) |
будут иметь |
Я h , |
I Я la |
|
один и тот же знак и одинаковую величину. При вычита нии они будут исключаться. Изменения сопротивления растянутых и сжатых тензодатчиков, наклеенных друг под другом, имеют за счет ползучести противоположные знаки и при вычитании будут складываться. Поэтому, пользуясь формулой (40), получим абсолютную ползу честь пары тензодатчиков.
Некоторое отличие величин |
и &I |
\ R )п
у тензодатчиков приводит к искажению вычисленной ве* личины ползучести. Однако, как показывает практика, разброс этих величин в партии невелик.
Расчет абсолютной величины ползучести пары тензо датчиков 1выполняется по формуле
___________ |
77 = [(?*!— Tl) — (Тт2 — 9з)]5э , |
(41) |
1 Индексы 1 и 2 принадлежат тензодатчикам с различными знаками деформации.
а относительной величины ползучести — по формуле
J J = ( T t i — ь ) — ( У х 2 — ь )
(«Pi — Ÿoi) — <4>а — «Роа)
где ф0, ф, фт — отсчеты по прибору до нагружения пла стины, сразу после нагружения пластины и по истечении времени т после нагружения пластины.
Величину нестабильности температурного прираще
ния сопротивления |
во времени при изотермиче |
ской выдержке можно рассчитать, пользуясь величинами суммарной нестабильности:
/А R
\R
\ R Jt
Действительно, на основании формулы (38) имеем
( x L + Œ L - Œ L * •(¥),.+
При нагружении балки чистым изгибом значения
растянутого и -сжатого тензодатчиков будут рав-
\ R / п
мы по величине и различны по знаку и при сложении будут исключаться.
Как уже говорилось выше, величины |
У Ра * |
стянутых и сжатых тензодатчиков одинаковы и, поль зуясь формулой (43), получим среднюю для двух тен зодатчиков величину нестабильности температурного приращения сопротивления во время изотермических выдержек.
При расчете величин нестабильности температурного приращения сопротивления тензодатчиков во времени по формуле (43) исходят из того, что величина ползучести у тензодатчиков одинакова. Разброс ojj величин ползу
чести у партии тензодатчиков будет искажать результа ты, однако величина этого разброса для тензодатчиков обычно невелика (не превышает 0,5—1%).
Расчет нестабильности температурного приращения сопротивления во время изотермической выдержки вы полняется по формуле
/ Д Л \ |
( < P x l - ' P l ) + ( < P x 2 - Ÿ 2 ) „ |
(44) |
V* ) =---------- 2--------Ss- |
||
Таким образом, измеряя величину суммарной неста |
||
бильности во время длительного действия |
постоянных |
|
температур и деформаций, по формулам |
(42) и (44) |
|
можно определить ползучесть тензодатчиков и характе ристику нестабильности температурного приращения со противления тензодатчиков за все время действия темпе ратуры и деформации.
После окончания заданного срока действия темпера туры и деформации балку разгружают, а затем опреде ляют чувствительность тензодатчиков Sxi и разброс
чувствительности в партии oSx при той же температуре. После охлаждения тензодатчиков до температуры 20° С
снова определяют Sxi и osx.