Средства измерений с тензочувствительными преобразователями

   Выходной параметр тензочувствительных преобразователей (см. 2.1.3) – сопротивление – может измеряться с помощью потенциометрических и мостовых схем. Такое средство измерений называют электрическим тензометром.

   Потенциометрическая схема включения тензочувствительного преобразователя представлена на рис. 3.6. На этой схеме  – резистор с постоянным сопротивлением, а R – тензорезистор. Если считать, что сопротивление средства измерения выходного напряжения  равно бесконечности, то . Изменение выходного напряжения за счет изменения сопротивления тензорезистора  при  может быть определено по приближенной формуле

,

где S – коэффициент тензочувствительности;  – относительная деформация.

   Для температурной компенсации резистор с постоянным сопротивлением  заменяется нерабочим (компенсационным) тензорезистором, который наклеивается на исследуемую деталь в непосредственной близости к рабочему ИП, но в направлении, перпендикулярном к оси действующей деформации, т. е. наклеивается так, чтобы измеряемая деформация не действовала на компенсационный тензорезистор, а температурные условия были одинаковыми с рабочим тензорезистором. При этом необходимо, чтобы рабочий и компенсационный тензорезисторы были из одной партии.

   Напряжение питания U ограничивается с учетом допустимой мощности рассеивания в тензорезисторе. Изменение выходного напряжения Δ U   весьма   мало.   Например,   при   относительной деформации   = 0,5 %, коэффициенте тензочувствительности S = 2 и напряжении питания схемы U = 10 В Δ U оказывается равным всего 25 мВ. В связи с этим потенциометрическая схема используется только при измерении динамических деформаций. При этом начальное выходное напряжение схемы (тензометр не испытывает деформации) не регистрируется как постоянная составляющая.

   Более универсальными являются мостовые схемы с тензорезисторами, которые могут использоваться при статических и динамических измерениях. При исследовании быстроменяющихся деформаций применяются неуравновешенные мосты (рис. 3.7). В этой схеме  – рабочий тензорезистор; , ,  – резисторы с постоянным сопротивлением. При отсутствии деформации () мост находится в равновесии, т. е. , что отличает мостовую схему от потенциометрической. Если напряжение  подключается к средству измерения с высоким входным сопротивлением, то

,

где . Если мост равноплечий и в момент  соблюдалось равенство , выходное напряжение будет максимальным: , т. е. приращения выходного сигнала в мостовой и потенциометрической схемах оказываются одинаковыми.

   Для температурной компенсации в мостовую схему вместо резистора  включают компенсационный тензорезистор, причем наклеивают его так, чтобы он не испытывал деформации и находился в тех же температурных условиях, что и рабочий тензорезистор.

   Для увеличения чувствительности мостовой схемы иногда используют 2 или даже 4 рабочих тензорезистора с одинаковыми или противоположными знаками действующей деформации. При двух рабочих тензорезисторах второй должен иметь противоположный знак деформации и включаться вместо резистора . При четырех рабочих тензорезисторах второй тензорезистор с таким же знаком деформации, что и первый, включенный на место , подключается на место , а 2 оставшихся тензорезистора включаются в схему моста на место  и . При этом также решается задача температурной компенсации, так как одинаковое влияние температуры на однотипные тензорезисторы, включенные в 2 соседних или все 4 плеча моста, схемой не воспринимается [15].

   В качестве индикаторов в электрических тензометрах используют высокочувствительные магнитоэлектрические приборы, в том числе даже гальванометры (при статических измерениях), светолучевые и электронные (свыше 10 кГц) осциллографы.

   Известны также многоканальные тензометрические устройства, называемые тензостанциями, которые используются при прочностных испытаниях сложных объектов: самолетов, мостов, судов и т. д.