Обработка результатов измерений

Министерство образования и науки Российской Федерации

Волгоградский государственный ТЕХНИЧЕСКИй университет

Институт архитектуры и строительства

Кафедра строительных конструкций, оснований и надежности сооружений

Лабораторный практикум по курсу

«Обследование и испытание зданий и сооружений»

Лабораторная работа № 5

«Электротензометрический метод измерения
линейных деформаций строительных конструкций»

Выполнил студент:

группа:

Волгоград

2019 г.

Цель работы

Целью работы является измерение линейных деформаций стального образца с помощью электротензометрического метода путем использования петлевых проволочных тензорезисторов.

Общая часть

В настоящее время для измерения линейных деформаций элементов строительных изделий и конструкций при их испытании наиболее широко используются тензорезисторы. Тензорезистором называют электрический тензометр – прибор, который предназначен для дистанционного измерения деформаций и основан на изменении омического сопротивления проводников и полупроводников при деформировании последних.

Рис. 1.

Для измерения максимальных напряжений в исследуемой конструкции достаточно измерять деформации ее нагруженных волокон, ориентированных в направлении интересующих нас напряжений (нормальных, касательных). Если на такие волокна наклеить тонкую проволоку, то при деформации волокон проволока за счет изменения геометрических размеров (длины и поперечного сечения) будет менять свое омическое сопротивление .

Простейшим тензорезистором может служить тонкая (диаметром 12÷30 мк) металлическая проволока – тензонить 1, которую укладывают на полоску тонкой бумаги или пленки (подложку) 2 плоскими петлями и приклеивают к ней специальным клеем (рис. 1). К концам проволоки припаивают проводники – выводы 3, служащие для присоединения к регистрирующей аппаратуре. Подложка является основой тензорезистора и одновременно электроизоляционным слоем между материалом исследуемой конструкции и тензонитью. Прямолинейный участок тензонити (расстояние между началом и концом петли) называют базой тензорезистора. Проволочные петлевые тензорезисторы изготавливаются обычно с базой 5÷50 мм и активным сопротивлением Ом.

Для изготовления проволочных тензорезисторов используются преимущественно сплавы меди и никеля (константан, элинвар, эдванс), характеризующиеся сравнительно высоким коэффициентом тензочувствительности , который представляет собой безразмерную величину, выражающую отношение относительного изменения сопротивления тензонити к относительному изменению ее длины , т.е.

где – относительная деформация исследуемого материала, воспринимаемая тензорезистором.

Коэффициент тензочувствительности проволочных тензорезисторов ( ) определяется, в основном, материалом тензонити, а также зависит от конструкции тензорезисторов, материала подложки и свойств клея, прикрепляющего тензорезистор к исследуемой конструкции.

Приборы и принадлежности

Образец из низкоуглеродистой стали с наклеенными петлевыми проволочными тензорезисторами и соединителными проводами, аналого-цифровой преобразователь «ZET 210» c предварительным усилителем «ZET 412», ноутбук с программным обеспечением «ZetLab», испытательная машина МР-0,5.


Рис. 2.		Рис. 3.

Продольная деформация растягиваемого образца определяется с помощью двух независимых четырёхплечных тензомостов, подключаемых через предварительные усилители сигналов У1 и У2 к измерительным каналам соответственно 1 и 2 аналого-цифрового преобразователя (АЦП). В каждом канале четыре проволочных тензорезистрора: R1- R4 для канала 1 и R5- R8 для канала 2 подключаются в цепь по мостовой схеме (рис. 2). Активные тензорезисторы R1, R2 ( R5, R6) наклеиваются непосредственно на испытуемый образец в продольном направлении и воспринимают его деформацию. При этом активные тензорезисторы противолежащих плеч моста R1 и R2 ( R5 и R6) наклеиваются на образец с противоположных сторон параллельными парами (рис. 3), что позволяет исключить влияние деформации изгиба образца как в продольном, так и в поперечном направлениях. Тензорезисторы R3, R4 ( R7, R8) наклеиваются на металлическую пластину, располагаемую вблизи испытываемого образца, но не воспринимающую деформациюю от нагрузки. Они предназначены для компенсации влияния изменения температуры окружающей среды на сопротивление тензорезисторов. Питание тензомостов осуществляется постоянным напряжением 5 В от разъема USB портативного компьютера, подаваемым в питающую диагональ моста (Б).

Все тензорезисторы имеют базу l=10 мм, начальное сопротивление R=201,0±0,3 Ом и коэффициент тензочувствительности К=2,08.

Мостовая измерительная схема работает следующим образом. В равновесном состоянии моста (т.е. при и ) разность потенциалов в измерительных диагоналях тензомостов равна нулю. При изменении сопротивления активных тензорезисторов R1, R2 ( R5, R6), вызванного их деформацией, на концах измерительной диагонали появляется напряжение пропорциональное приращению сопротивления , т.е. возникает разбаланс моста. Напряжение разбаланса моста усиливается усилителями У1 и У2, оцифровывается с помощью модуля АЦП и далее обрабатывается программами на компьютере с выводом информации на монитор.

Электрическая схема утановки рассчитана на применение проволочных тензорезисторов сопротивлением от 50 до 400 Ом и коэффициентом тензочувствительности от 1,80 до 2,25. Цена деления шкалы измерительного комплекса равна 10^-5 единиц относительной деформации (ЕОД). Поскольку ось каждого активного тензорезистора совпадает с направлением приложенной нагрузки P, переход от измеренных деформаций к напряжению в упругой стадии деформирования материала может быть осуществлен по закону Гука.

Порядок выполнения работы

4.1. Подготовить измерительный комплекс к работе, для чего необходимо:

– комплектными кабелями подключить тензомосты к предварительному усилителю «ZET 412», аналого-цифровому преобразователю «ZET 210» и ноутбуку;

– включить ноутбук и, дождавшись загрузки операционной системы, запустить панель управления «ZetLab» дважды кликнув левой кнопкой «мыши» значок «ZetPanel» на рабочем столе ноутбука;

– на свободном месте панели управления «ZetLab» кликнуть правой кнопкой «мыши» и в ниспадающем меню выбрать пункт «Загрузить проект», в появившемся списке кликнуть проект «Лабораторная 5». При этом должны запуститься две программы «Тензометр» с подключенными измерительными каналами "Датчик 1" (Тензомост 1) и "Датчик 2" (Тензомост 2), а также «Многоканальный осциллограф» с теми же двумя каналами из программного обеспечения «ZetLab». При необходимости произвести подстройку параметров этих программ с целью получения центрированного и масштабированного сигнала от тензомостов в окне программы «Многоканальный осциллограф».

4.2. Вращая ручку испытательной машины МР-0,5 приложить к испытуемому образцу пробную нагрузку величиной 25-30 кгс и затем уменьшить её до нуля, наблюдая при этом за показаниями программ "Тензометр" и «Многоканальный осциллограф», отражающих текущую относительную деформацию в образце по показаниям двух параллельных тензомостов в режиме реального времени. Нагрузку контролировать по шкале "Б" силоизмерителя испытательной машины. При адекватной реакции измерительной системы перейти к рабочему нагружению образца и измерениям в соответствии с п.п.4.3-4.5.

4.3. Настроить программу «Многоканальный осциллограф» для записи сигналов тензомостов 1 и 2 в процессе деформирования образца под нагрузкой, для чего установить значение параметра "Частота" 100 Гц, а ширину временного окна программы (параметр "Интервал") достаточной для отображения в нём всего процесса нагружение-разгрузка образца (например 1500 сек=25 мин). После этого в окнах программы в режиме реального времени отображаются текущие сигналы от измерительных каналов "Датчик 1" (Тензомост 1) и "Датчик 2" (Тензомост 2).

4.4. При нулевой нагрузке зафиксировать в таблице текущие отсчеты относительной продольной деформации в образце e₁ и e₂ по показаниям измерительных каналов "Датчик 1" и "Датчик 2" программ "Тензометр", соответствующих показанию активных тензорезисторов тензомостов 1 и 2 соответственно.

4.5. Вращением ручки машины МР-0,5 приложить к образцу нагрузку D P (задается преподавателем), соответствующую первому этапу нагружения. После выдержки и стабилизации показаний тензометров зафиксировать в таблице текущие значения деформаций e₁ и e₂.

4.6. Вышеописанным образом (см. п.4.4) в соответствии с заданным преподавателем количеством этапов n продолжить нагружение образца с фиксацией соответствующих деформаций e₁ и e₂ на каждом этапе. После достижения максимальной нагрузки , перейти в режим разгрузки и продолжить измерение деформаций e₁ и e₂ при тех же усилиях Pi, что и при нагружении. После завершения процесса разгрузки образца остановить отображение показаний тензомостов на мониторе ноутбука нажатием кнопки "Стоп" в программе «Многоканальный осциллограф». Отредактировать параметры визуализации полученных процессов, нажать кнопку "Запись" и сохранить их в файле на диске ноутбука. Затем закрыть оба окна программы "Тензометр", растянуть окно программы «Многоканальный осциллограф» на весь монитор, кликнуть левой кнопкой "мыши" на поле окна измерительного канала "Датчик 1" (Тензомост 1) и нажать комбинацию клавиш <Ctrl>+<C> (копировать в буфер обмена). Открыть графический редактор "Paint" и нажать комбинацию клавиш <Ctrl>+<V> или <Shift>+<Ins> для вставки изображения, сохранить картинку в файл. Аналогично сохранить запись измерительного канала "Датчик 2" (Тензомост 2).

4.7. С помощью микрометра измерить геометрические размеры поперечного сечения образца и результаты записать в протокол.

Обработка результатов измерений

5.1. По измеренным значениям ширины и толщины образца определить площадь его поперечного сечения.

5.2. Найти значение напряжений, действующих в образце на каждом этапе нагрузки (разгрузки): , и величину ожидаемой (теоретической) деформации по формуле

, приняв величину модуля упругости стали кгс/см². Здесь D s - приращение напряжений на этапе: .

5.3. Вычислить приращение относительной деформацию образца на всех этапах нагружения и разгрузки для тензомоста 1 и 2 соответственно:

и .

5.4. Вычислить накопленную относительную деформацию на всех этапах нагружения для обоих тензомостов:

и .

5.5. Вычислить осреднённые приращение и накопленную относительную деформацию на всех этапах нагружения по формулам соответственно:

5.6. Вычислить средние значения приращений деформаций без учета знака по формулам

, , ;

Внести результаты расчетов по п.п.5.2-5.6 в таблицу.

5.7. В координатах «s _i- e _i» построить графики зависимости ожидаемой и измеренной тензомостами 1 и 2 относительных деформаций от величины механических напряжений в образце на всех этапах его нагрузки и разгрузки.

5.8. Оценить относительную погрешность измерений линейных деформаций стального образца электротензометрическим методом по формулам

В выводах по итогам работы проанализировать результаты измерений и вычислений, охарактеризовать плюсы и минусы применённых схем размещения тензорезисторов на образце и включения их в измерительную систему, дать оценку электротензометрическому методу измерения деформаций.

Исходные данные:

Величина заданного этапа нагрузки кгс;

Количество этапов нагружения (разгрузки) n=..........;

Ширина образца b= 24,23 мм;

Толщина образца t= 0,73 мм;

Площадь поперечного сечения см².

Таблица 1

Пример оформления результатов измерений

Таблица

Дата добавления: 2021-11-30; просмотров: 41; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!