Электрические и электронные приборы

Главными недостатками механических приборов являются: невозможность вести запись в реальном времени и необходимость иметь во время испытаний возле каждого прибора или компактно расположенной группы приборов наблюдателя, который должен записывать их показания. При этом возрастает вероятность ошибки при взятии отсчета по прибору. Если приборы установлены в труднодоступных местах, то съем показаний отнимает значительное время, что приводит к увеличению времени испытаний, а значит к их удорожанию. Кроме того, такой способ ведения записи данных затрудняет проведение их экспресс-анализа непосредственно в процессе испытаний.

Таким образом, все более актуальным становится использование электронных приборов и компьютерных измерительных систем для сбора и обработки данных в процессе испытаний. Если же требуется осуществить мониторинг, т.е. длительное наблюдение за состоянием исследуемого сооружения, то компьютерная измерительная система оказывается единственно приемлемой, так как она позволяет не только полностью отказаться от многочисленных наблюдателей, но и может снабжаться системой принятия решения для автоматического предотвращения критических ситуаций.

Ниже приводится краткое описание используемых при измерениях напряженно-деформированного состояния строительных конструкций электрических и электронных приборов.

 

Электрические тензометры

Тензорезисторы

Действие такого датчика основано на преобразовании деформации в изменение электрического сопротивления. Преобразователем служит высокочувствительная спираль из специального сплава, например, константана, которая приклеивается к элементу конструкции, деформацию которого надо измерить.

Высокая температурная зависимость показаний этого прибора требует обязательного наличия второго, компенсационного тензорезистора, находящегося в одинаковых с первым условиях, но не испытывающего деформаций за счет силового воздействия.

Измерительные приборы на базе тензорезисторов требуют применения высококачественных аналоговых усилителей, хороших источников опорного напряжения и многоразрядных аналогово-цифровых преобразователей (АЦП). Этот традиционный подход отработан, но он имеет серьёзные недостатки. Главными из них являются проблемы, связанные с усилением очень слабого изменения сигнала тензодатчика и преобразованием его к цифровому виду: на результат накладываются всевозможные посторонние электромагнитные излучения, колебания температуры, нелинейность шкалы тензорезисторов и помехи, возникающие на плате в моменты переключения окружающих цифровых микросхем. Как правило, такие датчики используют только в лабораторных условиях.

 

Струнные тензометры

Физическая сущность струнного тензометра заключается в том, что струна, прикрепляемая к конструкции, получает в результате деформации конструкции удлинение (укорочение) Δ L, отчего изменяется натяжение струны. Натяжение струны, в свою очередь, функционально связано с собственной частотой колебаний:

N = , (6.3)

где N – собственная частота колебаний струны;

L – длина струны;

σ – напряжение в струне;

ρ – плотность материала струны.

От приращения напряжения в струне можно перейти к приращению напряжения в конструкции, используя соотношение модулей упругости.

Индуктивные тензодатчики

Более широкое применение в полевых условиях находят индуктивные датчики малых перемещений. Они герметичны и имеют стабильный температурный коэффициент.

Индуктивный датчик представляет собой дифференциальный дроссель с симметрично расположенными друг относительно друга обмотками индуктивности. Измерительный якорь, передвигающийся между обмотками, создает синфазное изменение их индуктивности, обеспечивая тем самым преобразование линейных перемещений якоря в электрическую величину.

Электронные тензометры