Pracoviště 2:     Odporové tenzometry       Fotoelektrické snímače

Odporové tenzometry

Zadání:

  1. Seznámit se s konstrukcí a použitím tenzometrů
  2. Provést měření na tenzometrech zapojených do můstku
  3. Zjistit nelinearity statické charakteristiky, velikost hystereze a rovnici regresní přímky

Popis snímače:

Odporový drátový tenzometr (obr.1) je elektrický vodič nepatrného průřezu, umístěný na papírové folii, který se nalepuje na deformovanou součást tak, aby se deformace přenášela i na vodič a způsobovala jeho protažení. Materiál tohoto vodiče je konstantan (slitina mědi a niklu), jehož odpor málo závisí na teplotě. Průměr konstantanového drátu bývá 0,01 – 0,05 mm . Protažením vodiče se zvětší jeho délka a zmenší se průřez. Tím se zvýší celkový odpor tenzometru a tato změna je měřítkem deformace. Pro měření podélných deformací je tenzometr tvořen podélnými smyčkami vodiče (obr.1), přičemž průřez vodiče může být kruhový, plochý anebo je tenzometr tvořen z kovové fólie vyleptáním příslušného tvaru. Vodič /1/ je přitmelen na jemné papírové podložce /2/, má vyztužené přívody /3/ a takto se celý přilepí na měřenou součást.

drátkový tenzometr

Tyto tenzometry jsou citlivé na změny okolní teploty a je nutno tedy vliv teploty kompenzovat většinou vhodným umístěním více tenzometrů a jejich zapojením do můstku. Při praktických měření se tenzometry připojují na měřící aparatury zvané tenzometrické můstky, které jsou vhodné jak pro statická, tak pro dynamická měření. Výrobce Mikrotechna vyrábí odporové tenzometry o jmenovitém odporu 120 W , popř. 250 W , 350 W a 600 W .

 

Popis zařízení:

Na tenkém kovovém nosníku vetknutém na jednom konci jsou nalepeny tenzometry po obou stranách. Při zatěžování nosníku kolmou silou F dochází k jeho deformaci a nalepené tenzometry tuto deformaci měří. Ke zvýšené citlivosti a ke kompenzaci vlivu teploty okolí jsou tenzometry nalepeny po dvou na obou stranách nosníku a zapojeny do můstku. Změní-li se teplota okolí, změní se odpor přibližně u všech tenzometrů stejně, takže se můstek nerozváží. Aby se deformace projevila co nejvíce, je nutno nalepit tenzometry v místě největší deformace.

Zatěžování nosníku je prováděno pomocí mikrometrického šroubu, který svým pohyblivým dotykem tlačí na volný konec nosníku a vychyluje ho ze základní polohy. Velikost vychýlení je pak odečítána na stupnici mikrometrického šroubu.

umístění tenzometrů 

Postup práce:

  1. Tenzometrický můstek se připojí ke stejnosměrnému diferenčnímu zesilovači dle obr. 3. Nezapomeňte na propojení koster zesilovače a nosníku označených ^ . Můstek se pomocí vyrovnávacího potenciometru “nula“, který je umístěn na zesilovači, vyrovná na nulu. Vyrovnání se sleduje na milivoltmetru zesilovače, přitom nosník nesmí být zatížen. Pak se nosník postupně deformuje posunem dotyku mikrometrického šroubu a zjišťuje se rozvážení můstku na milivoltmetru. Potom se vychýlení nosníku postupně zmenšuje, aby se zjistila případní hystereze celého zařízení. Rozvážení můstku se nepřepočítává na deformaci nosníku,ale zjišťuje se přímo závislost údaje milivoltmetru na délkové výchylce ze zákl. polohy.

  2. Tenzometry se připojí na tenzometrickou aparaturu TDA 3. Tato aparatura je vhodná pro praktická měření dynamických i statických dějů odporovými tenzometry nebo induktivními snímači. Zařízení TDA 3 si napájí můstek samo, a to střídavým napětím. Baterii zde nebudeme potřebovat. Tenzometry se zapojí dle obr.4. Tenzometry se připojí na jednu ze tří částí aparatury. Knoflíky “R – hrubě“, “ R - jemně“ a “C“ musí být ve střední poloze, přepínač rozsahu na 50 promile, přepínač “OSC“ vypnutý /dolů/, teprve pak je možno připojit aparaturu na napětí přepínačem “12V“. Vyvážení aparatury a tenzometry se provede po stlačení tlačítka “Vyvažování“ pomocí knoflíku “R – hrubě“ a “C“ při postupném zvyšování citlivosti přepínáním rozsahu až na hodnotu 2,5 promile. Po uvolnění tlačítka “Vyvažování“ se může mikroampérmetr vychýlit. Do nulové polohy jej posuneme knoflíkem “ R - jemně“.

Připojení tenzometrů ke stejnosměrnému zesilovači

Připojení tenzometrů na svorkovnici můstku TDA 3 

Knoflíkem “C“ se pak již nesmí otáčet

Pak se zapne přepínačem “OSC“ pomocný ručkový měřicí přístroj, který musí také ukázat nulu. Stlačením tlačítka “Cejch“ se zjišťuje jmenovitá hodnota nastaveného rozsahu změny odporu. Potom se provádí měření deformací nosníku stejně jako v bodě a).

      3. Naměřené hodnoty zapište do tabulky 1.
 

Zakreslete naměřené hodnoty do grafů a určete nelinearity statické charakteristiky. Vyznačte do grafů maximální hodnotu hystereze h a vypočtěte maximální poměrnou hysterezi hm [ % ] , dle vztahu:

vzorec pro výpočet hystereze

 

tabulka - statické charakteristiky

 

Vypočtěte koeficienty regresních přímek pro oba způsoby zapojení a zakreslete vypočtené přímky do naměřených grafů a vyhodnoťte jejich souhlas s naměřenými hodnotami.

 

Kontrolní otázky:

  1. Princip a vlastnosti tenzometrů
  2. Teplotní kompenzace tenzometrů
  3. Proč se tenzometry zapojují do můstku?
  4. Napište podmínku rovnováhy tenzometrického můstku1 (obr.2b)

 

Pracoviště 2:       Odporové tenzometry      Fotoelektrické snímače