View
215
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
1/43
Curs 2
METODE EXPERIMENTALE N INGINERIASTRUCTURAL
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
2/43
n general, tensometrul electric este alctuit dintr-un traductor dedeformaiii un sistem amplificator
l0
Principiul de funcionare: traductorii se fixeaz solidar pe piesa destudiat, iar prin urmrirea deformaiilor elementuluii modific una dinproprietile electrice
Proprietate electric
Traductori rezistivi
Traductori inductivi
Traductori capacitivi
Inductana
2
G
ENERALIT
I
Elementul testat
Senzorul de deformaii
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
3/43
ALCTUIREA UNEIMRCI TENSOMETRICE
Traductorul rezistiv (marca tensometric) este n principiu alctuit din:
l
0
rezistena electric: fir subire realizat din diverse aliajemetalice: constantan (cupru+nichel); nichel+crom,platin+tungsten, nichel+fier Foi suport: realizat din hrtie sau alt material cu rigiditatemic, pentru a nu denatura micarea, i rezistent la aciunea
adezivilor utilizai Fire de legtur
3
T
RADUCTORI
ELECTRO
-
REZISTIVI
(
MRCI
TENSOMETRICE
)
Fir metalic
Suport
Fire (elemente) de
legtur
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
4/43
4
Operaiuni de curare a suprafeei elementului ce urmeaz a fitestat, n vederea aplicrii adezivului:
MONTAREAMRCILOR TENSOMETRICE
Tipul i profunzimea pregtirilor: depind de starea elementului testat(aspectul exterior, materialul din care este realizat) Scopul: obinerea unei suprafee curate de pori, crpturi istraturi oxidate, cu un aspect uor neted Etape:
curire iniial
lefuirea i netezirea
suprafeei curire
finisarea
suprafeei
curiremarcarea
poziiei
Curire
final i
degresare
nlturarea
resturilor i uscarea
Suprafa de contact
neted (suprafaideal)
adeziv
Elementul testat
Suprafa de contact
extins, uor aspr(suprafa optim)
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
5/43
5
Pregtirea mrcii tensometrice n vederea lipirii:
Curare (n general, mrcile tensometrice nu necesit operaiunispeciale de curare)Pregtirea/adaptarea pentru forma epruvetei (se face n funcie de
forma epruvetei i ine seama de tipul de conexiune al mrciitensometrice)Tipuri de conexiuni pentrumrcile tensometrice (MT)
MT cuelemente de
lipire cunveli de
nichel
MT cu capetepentru lipire
MT cu fireconductoare
MT
Band auto-adeziv
Coluri imargini ce
trebuielsate libere
Folie decelofan sau
teflonApx. 10-15 mm
Metod de pregtire amrcii tensometrice pentru
lipire
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
6/43
6
Metod de pregtire a mrciitensometrice pentru lipire
1. 2.
plcu auxiliar
folie separatoare
bandadeziv
bandadeziv
apx. 10-15 mm
suprafa liber
band adezivfir
Element de
lipire
Folie suport a MT
Folie de protecie a MTElement de lipire
3.
4. 5.Banda adeziv sau elementul delipire nu trebuie s ias n afara
foliei suport
!!!! Pentru manevrarea mrcii tensometrice i a elementului de lipire se vorutiliza pensete. n caz de nevoie se va atinge cu mna doar folia de protecie
sau banda adeziv.
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
7/43
Lipirea mrcii tensometrice:
aezarea ialiniereamrcii tensometrice peepruvet
7
MT
Bandadeziv
Bandadeziv
Marcatensometric
Elementde lipire
Epruvet
lipireamrciitensometrice (ex.: adeziv X60)
Ram de protecie
Folie separatoare
Lipirea firelor pentru conexiune
Protejarea mrcii tensometrice de condiiile externe
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
8/43
Relaia de transformare a mrimii electrice n deformaie specific
8
l0
Dac se consider c firul metalic se alungete mpreun cu piesastudiat,va rezulta ovariaiearezisteneielectrice ca urmare a mririilungimii firuluiiamicorriiarieiseciuniitransversale.
A
LR
R rezistena electricL lungimea totala firuluiA aria seciuniitransversale a firului rezistivitatea materialului (msoar capacitateamaterialului de a se opune trecerii curentului electric)
[William Thomson, PrimulBaron Kelvin (Lord Kelvin),
1856]
Se consider c:
(1)
2
rA
L
Ld Deformaia specific a piesei de studiat pe direcia
longitudinal a rezistenei electrice
rraza seciuniitransversale circulare a firului
Se exprimlogaritmic expresia (1):
ALR lnln rLR ln2lnlnlnln
r
d2
L
dd
R
d rLR
Relaia diferenial:
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
9/43
Deformaia specific transversal a firului metalic:
longtv coeficientul lui Poisson
L
L
r
r
tv
dd
L
d21
d
R
d LR
(2)
S-a observat c efectul variaiei de volum este o variaie proporional a rezistivitii electrice afirului metalic :
V
V
R
dd
R constant de proporionalitate
ALV
A
A
L
L
AL
ALAL
RR
ddddd
L
L
r
r
A
A d2
d2
d
9
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
10/43
L
L
R
d21
d
L
d21
d21
R
d L
L
LR
R
(3)
(2) (3)
2121d
R
RRk
ksenumeteconstanta mrciitensometricerezistive
ksedeterminexperimentaliesteindicatdeproductorul mrcilor
tensometrice
n cazul unei mrci tensometrice cu fir din constantan (aliaj Cu+Ni):
0.23.0
13.1
k
R
Deformaia specific:k
RRd
10
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
11/43
11
Sistemul de amplificare
Variaia de rezisten la o marc tensometric este foarte mic i dificil de msurat
direct circuit electric special Punte Wheatstone
Puntea Wheatstone servete la amplificarea mrimii msurate pentru
rezistena electric, n acelai timp putndu-se realiza i corecii ale
msurtorilorca urmare a influeneitemperaturii.
A
VG+
R4 R1
R3 R2
I4
I3
I1
I2
D B
C
I=I1+I4
I=I2+I3
Galvanometru(detector de nul)
Surs de
alimentare
R1, R2, R3, R4 rezistene electrice
Schem tipic pentru punteaWheatstone
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
12/43
Principiul de determinare al rezisteneiprin metoda puniiWheatstone constn echilibrarea schemei, adic atingerea situaiei cnd curentul n diagonalagalvanometrului este nul: IG=0
12
PentruIG=0 Rezult ctensiunile la bornele rezistentelor R1 si R4 respectivR2 iR3 sunt egale doua cte dou:
3G42G1 III:D)(nodul;III:B)(nodul
Condiia de echilibru a punii Wheatstone
3
421
RRRR Se permite determinarea uneia din rezistente
cnd se cunosc celelalte.
OBS:Pentru a obine echilibrul trebuie ca una sau mai multe dintre rezistentele
R1, R2, R3 sa fie variabile.
Prima lege a lui Kirchhoff(sarcina electric totalce intrntr-un nod de reea trebuie sfie egalcusarcina electricce iese din acel nod)
A II-a lege a lui Kirchhoff (Sumaalgebric a tensiunilor de-a lunguloricruiochi de circuit este nul)
0;IRIRIR:BCD)(circuitul0;IRIRIR:ABD)(circuitul
33GG22
44GG11
A
VG
+
R4 R1
R3 R2
I4
I3
I1
I2
D B
C
I=I1+I4
I=I2+I3
RG, IG
E l d l il i
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
13/43
Exemple de amplasare pentru mrcile tensometrice:
Amplasare n sfert de punte:- Cea mai simpl amplasare a unei mrci tensometrice- Din cele 4 rezistene ale punii Wheatstone, doar una este activ- n acest caz nu se poate face o compensare automat a influeneitemperaturii; pentru aceasta se realizeaz un montaj special.
R1A
VG+
R4
R3 R2
D B
C
R1 rezistena activ care msoardeformaiaR2 rezistena variabilR3, R4 rezistene componente alecircuitului
Circuit n sfert de punte
R1 rezistena activ care msoar deformaiaR2 rezisten compensatoare pentrunlturarea efectului temperaturii asupramsurtoriiR
4 rezisten component a circuitului
R3 rezistena variabil
Circuit n sfert de punte cucompensare de temperatur
R1A
VG
+
R4
R3R2
D B
C
13
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
14/43
Amplasare njumtate de punte:- montaj executat cu dou mrci tensometrice active- a doua marc tensometric se amplaseaz de partea opus primei mrcitensometrice active, n aa fel nct s fie supus unei deformaii inverse fade prima marc (de exemplu: la grinda supus la ncovoiere, o marctensometric se amplaseaz la partea superioar grinzii, fiind ntins, iarcealalt la partea inferioar, fiind comprimat)-valoarea deformaiei specifice se msoar mult mai uor, mrimea electricmsurat fiind dubl, ambele mrci tensometrice i modific rezistena cuaceeai cantitate
- n acest caz, efectul temperaturii se reduce automat astfel realizndu-se oauto-calibrare a punii la influena temperaturii
14
R1A
VG
+
R4
R3R2
D B
C
R1, R2 rezistene activeR4 rezisten component a circuituluiR3 rezistena variabil
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
15/43
Auto-calibrarea sub influena temperaturii:
tsup
t
inf
ttinreg
infsup
infsup 2inreg
15
MT1
MT2
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
16/43
Amplasare npunte ntreag:- montaj executat cu toate elementele active (patru mrci tensometriceactive)- rezult o precizie la msurare mult mai mare- la fel ca n cazul jumtii de punte se realizeaz o auto-corecie amsurtorii ca urmare a influenei temperaturii
R1A
VG
+
R4
R3 R2
D B
B
R1, R2, R3, R4 rezistene active
16
MT1+MT4
MT2+MT3
MT1
MT4
MT2
MT3
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
17/43
17
Observaii cu privire la corecia de temperatur
Auto compensarea ca urmare a efectului temperaturii este corectnumai dacsunt
ndeplinite urmtoarele condiii:
simetria punii Wheatstone;
aceeai coeficieni de dilatare termic la toate materialele utilizate;
rezistene identice pentru toate braele, punii de amplificare, ce se combin
pentru compensarea temperaturii;
aceeai temperatur n toate elementele de compensare ale punii Wheatstone;
suprafee active identice pentru toate mrcile
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
18/43
Montaje pentru determinarea deformaiilor specifice unghiulare:- mrciletensometrice individuale nu au posibilitatea de a msura deformaiispecifice unghiulare- se realizeazmontaje speciale din trei mrcitensometrice aezatesub diverseunghiuri pentru o determinareindirecta deformaiilorspecifice unghiulare
Rozete dreptunghiulare: dou mrci tensometrice sunt aezate pe dou direciiperpendiculare, iar cea de a treia orientat sub ununghi, de obicei de 45, fa de primele dou
Rozete delta: Cele trei mrci tensometrice sunt orientate astfel ncts rezulte ntre ele unghiuri egale de 120
120120 Rozete suprapuse:Cele trei mrci tensometrice sunt
orientate n mod similar cu unuldin cele dou situaiide mai sus,aezarea lor fcndu-se prinsuprapunere
18
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
19/43
19
Calcularea strii de tensiuni n jurul unui punct n urma determinrilor printensometrie electro-rezistiv-n spaiu: considernd o direcie oarecare n(l,m,n), raportat la un sistem de axecartezian (x,y,z) deformaia specific liniar orientat pe direcia n
nlmnlmnml zxyzxyzyx n 222
y
q
x
n(l,m) - n planul xOy dac se consider o marc tensometricorientat dup o direcie oarecare ce face cu axa Oxununghi q, rezult:
lmml xyyx n 22
qcosl qsinm
qqqqn sincossincos 22
xyyx
2
2cos1cos
2 q
q
2
2cos1sin
2 q
q
2
2sin
cossin
q
q
q
n 2sin2
2cos22
xyyxyx
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
20/43
20
Rozeta dreptunghiular:
4545
q
1
2
MT A
MT B
MT C
-n raport cu deformaiile specifice principale, 1 i 2, iunghiul q:
q
2cos22
2121
A
452cos22
2121
q
B
902cos22
2121
q
C
qqqq 2sin90sin2sin90cos2cos902cos
qqqq 2cos180sin2sin180cos2cos1802cos
q
2cos22
2121
A
q
2sin
22
2121
B
q
2cos22
2121
C
21
CA
2sin2cos2
21
BA
2sin2cos2
21
CB
CA
CBA
q
22tg
CA
CBA
q
2arctg
2
1
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
21/43
0sin2
0cos22
xyyxyx
A
90sin2
90cos22
xyyxyx
B
180sin2
180cos22
xyyxyx
C
21
45
45
xMT A
MT B
MT C
y
xA
yC
22
xyyx
B
Ax
Cy
CABxy 2
- considernd materialul omogen i izotrop Putem lua n considerare Legea lui Hooke
yxx
E
1
xyyE
1
G
xy
xy
yxx
E
21
xyxy
G
xyy
E
21
CAx
E
2
1
)2(CABxy
G
ACyE
2
1
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
22/43
22
120120
MT A
x
y
30MT CMT B
Rozeta delta:TEM:
-S se determine relaiile tensiunilor x, yi xy pentru cazul rozetei delta amplasatca n figur
- Conform relaiilor, ce vor fi determinate,s se calculeze starea de tensiune n jurulunui punct pentru care s-au msuraturmtoarele valori:
A=30+10Ng+3N [m/m]
B=40+10Ng+4N [m/m]C=60+10Ng+7N [m/m]
GPa210E
3.0
EXEMPLE DE MRCI TENSOMETRICE
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
23/43
EXEMPLE DEMRCI TENSOMETRICE
23
Mrci tensometricestandard
Mrci tensometricebidirectionale
Mrci tensometricetridirectionale
(rozete)
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
24/43
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
25/43
25
TRADUCTORUL TENSOMETRIC CU SEMICONDUCTOARE
Principiul de funcionare: este acelai ca i al traductoarelor electro-rezistive (variaiarezistenei electrice ca urmare a solicitrii mecanice, fa de cazul precedent variaiarezistenei nu mai este liniar)
2
d
l
l
l
lk
R
R
k constanta nominal a semiconductorului
factorul de neliniaritatedR/R variaia specific a rezisteneil/ l deformaia specific a mrcii i a piesei studiate
Materiale utilizate la realizarea traductoarelor cu semiconductori:
siliciul germaniul aliaje de indiu (In) si antimoniu (Sb) dioxid de taliu (TiO2)
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
26/43
26
Siliciul cristalizeazntr-un sistem cubic cu feele centrate (asemntordiamantului), n aceast stare fiind un material izotrop.
La solicitri mecanice, proprietate de izotropie dispare,conductivitatea sa crete sau scade dup diverse direcii considerate.
n general seconsider dou
direcii privilegiate
(variaia rezisteneipe aceste direcii estecea mai mare)
Dou tipuri decristale utilizate
Tipul p
Tipul n
Variaia rezistenei specifice ca urmare a
variaiei deformaiei specifice(semiconductor din siliciu tip p)T0 = 25C
k=175=72625
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
- 60 00 - 50 00 - 40 00 - 30 00 - 20 00 - 10 00 0 1 00 0 2 00 0 3 00 0 4 00 0
0
d
R
R
l
ld
610
(constanta k este pozitiv)
(constanta k este negativ)
D t j i i t i t t i t i ifi
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
27/43
Dezavantaj variaia puternic cu temperatura a rezistenei specificeNu sunt utilizate n cazurile n care variazn limite largi
Tipuri constructive de traductoare cu semiconductori:
2
1
3 4Traductor cumonocristal
2
1(tip p)
3
1(tip n)
4
Traductor dublucu un cristal p iunul n, legat n
semipunte
1
3
4
13
4
Traductor cumonocristal n
form de U
1 cristal2 folii pentru contact3 suport4 conductoare de conexiune
Fabricantul trebuiesindiceurmtoarele mrimi:-rezistena nominalla 20C(R0)- constatanominalla 20C(k)- factorul de neliniaritate la 20C()- curba de variaie: R0=f(t) pentru traductorul nelipit inesolicitat (=0)
- curba devariaie:Rm=f(t)pentru traductorul montat pe piesa
nesolicitat 27
n urma lipirii traductorul sufer ocontracie care modific starea iniialde referin pentru determinareadeformaiilor specifice, modificndu-seastfel valoarea efectiv a constanteitraductorului
T
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
28/43
28
TRADUCTORUL CAPACITIV
Principiul de funcionare: traductorul capacitiv transform variaiade lungime nvariaiede capacitate electric.
Traductorul capacitiv este alctuit dintr-un condensator alctuit din dou plciconductoare, situate la o anumit distan ntre ele i ntre care se afl unmaterial cu oconstant dielectric
Capacitatea condensatorului:
d
S
d
SC
r0
S suprafaa plcilor conductoared distana ntre plcile conductoare0 permeabilitatea electric a vidului (se msoar n Farad/metru)r permeabilitatea electric relativ a materialului dintre plci
m
F90 1036
1
Avantaje Dezavantaje
- Sensibilitate extrem de mare- Posibiliti largi de adaptare i utilizare n
cele mai diverse condiii- msurtorilor la temperaturi nalte- msurtori de fenomene cu variaierapid
- Rezisten proprie mare se pot conectanumai la aparate cu rezisten mare de
intrare rezultatele influenate de cmpurileelectrice perturbatoare- Rezultate influenate de prezenaaccidental a lichidelor cu >1 (uleiuri, apa)
Constructiv traductoarele capacitivedifermult ntre ele nfunciede mrimeacevariaz(e,d sau S). Sunt traductoare pasive ce au nevoie de o surs electricde alimentare
Tipuri constructive de traductoare capacitive:
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
29/43
Tipuri constructive de traductoare capacitive:
29
a) Traductor cudistanantreplci variabil:prin modificarea distaneidintre plcise modificvaloarea capacitiitraductorului
20
d
S
d
Cr
Sensibilitatea traductorului este att mai mare cu ct distanad estemaimic inuvariazliniar cud
Traductordiferenial
Traductor debti radialeale arborilor
Traductor detemperatur,
cu bimetal
b) Traductor cu suprafaa plcilor variabil: variaia suprafeei plcilorcondensatorului se realizeazprin modificarea lungimiil(condensatoare plane saucilindrice, tip piston)sau a unghiului (condensatoare rotative)
maxmaxmaxmax
;
C
C
l
l
C
C Rezultolegtur liniarntre capacitateideplasare.Sensibilitate transversal din cauza imposibilitii menineriiaceleiai distaned petoatlungimeaplcilor
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
30/43
d
d
l l
lmax
Condensatorcilindric de tip
piston
ll
d
d Da
lmax
Condensatorplan
a
Condensatorrotativ
30
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
31/43
31
Accelerometre cu traductoare capacitive
1 baza accelerometrului;2 suport central;3 aib i piuli de strngere;4 electrozi;5 masa seismic (m);6 element flexibil (resort k);
d
d
1
32
5 6
4
Accelerometrucapacitiv monoaxial Conditionatoare de
semnal
Cabluri de conexiuneDispozitive pentru
montare
TRADUCTORUL INDUCTIV
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
32/43
TRADUCTORUL INDUCTIV
32
Principiul defuncionare: traductorul inductiv transform variaiade lungime sau aunei alte mrimimecanice n variaiede inductanTraductorul inductiv constdintr-o bobincu un numrdeN spire nfuratepe un
miez dedimensiuni Di
permeabilitate
DNfL ,, L inductivitate
nfunciedemrimeacarevariaz(N,, D) ca urmare avariaiei mrimiimecanice seobindiferitetipuri de traductoare inductive.Sunt traductoare pasive necesitosurs electricde alimentare.
Avantaje Dezavantaje
- Sensibilitate mare- Robustee i siguran n funcionare
- teoretic, pierderi calorice datoritrezistenei electrice relativ mari,care conduc la erori n msurare icreeaz incertitudini n ceea ce
privete funcionarea corect atraductoarelor
Fa de traductoarele rezistive cu fir, traductoarele inductiveprezint avantajulc nu suntinfluenate de umiditate i de variaiile termice (efect anulat prinsoluiile constructive adoptate).
Tipuri constructive de traductoare inductive:
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
33/43
33
Tipuri constructive de traductoare inductive:
lb/2
la/2
Armtur variabil
Armtur fix
Bobin
ntrefiervariabil
a) Traductor cu armtur mobil: la acest traductor se modific ntrefierul (spaiulliber ntre feele interne ale armturilor) prin deplasarea unei armturi de fier mobile
f
fl
SNL 2
0max
la, lflungimea liniilor de cmp magnetic n ntrefier, respectiv, nmiezul de fier
0, a, f- permeabilitatea electric n vid, n aer, respectiv, n fierN numrul de spireS aria seciunii miezului
Rezultovariaie hiperbolicainductaneinfunciedemrimeantrefierului.Traductorul are o sensibilitate constantnumai pentru deplasrifoarte mici ale armturii.
Inductana maximobinut cndntrefierul la=0
max
1
1L
l
lL
a
f
f
a
Inductana pentru ovaloare oarecare a
ntrefierului
b) Traductor cu miez deplasabil: permite msurarea unor deplasri mult mai mari
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
34/43
b) Traductor cu miez deplasabil: permite msurarea unor deplasri mult mai maridect tipul precedent
lff, Sf
a, Sam, Sm
Dl
la
lbMiez magnetic mobil
Bobin cilindric
max
1
1 L
l
lL
a
Fe
Fe
a
Inductana pentru ovaloare oarecare adeplasrii miezului defier n interiorul bobineiobinut pentru Sm=Sa=Sfim=f=Fe
Lmax
- inductana maxim obinut cnd la=0 i
lFe=2lb=2lf-lungimea liniei de cmp n miezul de fier
c) Alte tipuri de traductoare inductive: se obin realiznd variaia inductanei prinvariaia numrului de spire active, variaia inductivitii mutuale prin modificareapermeabilitii etc.
Miez magneticmobil
Bobin
principal
Bobine
secundare
Tij suport
Resort
Vrful senzorului
Traductor
diferenialvariabil linear
34
Const n trei bobinemontate pe suport
comun, avnd un miezmagnetic mobil n
interiorul bobinelor.
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
35/43
35
Accelerometre cu traductoare inductive
1 carcasa accelerometrului;2 miezul mobil al traductorului inductiv;3 bobinele traductorului inductiv (cuinductanele L1 i L2);4conexiunile electrice spre amplificator;
5 - masa seismic(m)6 resort (k);7 amortizor (c);[8 corpul care vibreaz]
k
m
c
1
2
3
3
4
4
4
5
6
7
8
TRADUCTORUL PIEZOELECTRIC
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
36/43
TRADUCTORUL PIEZOELECTRIC
Principiul defuncionare: s-a constatat cla anumite materiale n urma solicitriipe odirecie, n domeniul elastic, a uni cristal apar pe direcii perpendiculare sarcinielectrice.
n interiorul cristalului se produce o polarizare electric datorit deplasriiionilor din
nodurile reeleicristaline, ca urmare a deformriiacesteia.
Mrimea sarcinii electrice este proporionat cu mrimea forei exercitate asupra
cristalului, iar sensul polarizriicristalului depinde de felul deformaiei.
Sunt traductoareactive, nefiindnecesar surs electricde alimentare i sunt reversibile
(prin aplicarea unor sarcini electrice variabile pe o axX se produce deformaiape
direcie perpendicularY)
36
Fenomen piezoelectric direct St la baza funcionrii traductoarelorpiezoelectrice (permit msurarea att aforelor itensiunilor, ct ia deplasrilorrezultate din deformarea cristalului)
Materialele cristaline cu proprieti piezoelectrice folosite n construcia
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
37/43
p p p traductoarelor: cuarul: sensibilitate i fidelitate mare (sarcin electricrelativ mare la o solicitaremecanic i proporional cu aceast solicitare ); utilizabil ntr-un domeniu larg detemperatur-193C +500C; rezistivitatea scade puternic la cretereatemperaturii .
turmalina: utilizat pentru traductoare de presiune ns numai la msurtori descurt durat sau la temperatur constant (la o variaie de 1C poate produce ovariaie aparentde presiune de 1.3 MPa) sareaSeignette: sensibilitate mai mare dect a cuarului,dar cu rezisten miclaoboseal, fenomene de histerezis, influen mare a variaiei de temperatur i aumiditii
titanatuldebariu: elementul traductor se poate realiza sub orice form geometric,cu posibilitatea orientrii dup dorin a axelor, rezultatele msurtorilor nu suntinfluenate practic de temperatur; limitarea utilizrii la temperaturi peste 80C;rezistivitate mic(nu poate fi folosit la msurtoricvasistatice)
37
Pentru a mri sensibilitatea captoarelor piezoelectrice, acestea sunt prevzute cu mai multe
plcue, separate ntre ele prin plcue de metal (la traductoarele compuse). La aezarea n
pachet, elementele metalice pasive trebuie sposede aceeaipolaritate pe ambele fee. Grosimea
plcuelorpiezoelectrice este cuprins,n mod uzual, ntre 0,5 i2 mm.
De obicei captoarele piezoelectrice sunt folosite ca accelerometre
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
38/43
38
1 - dou plcue piezoelectriceseparate de undisc metalic (2)3 - masa seismic4 - elementul elastic de pretensionare5 - baza captorului6 - carcasa7 - conexiunile electrice[8 element de prindere][9 -
corpul care vibreaz]
Accelerometre seismice cu traductoare piezoelectrice
5
7
3
46
12
8
9
Accelerometrupiezoelectric triaxial
Conditionatoare desemnal
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
39/43
Accelerometrul este aezatcu baza pe corpul care vibreaz.
Sub aciunea vibraiilor, masa (3) exercit asupra plcuelor piezoelectrice o for
variabilF, proporionalcu acceleraiacorpului studiat icu masa seismicm.
Datoritefectului piezoelectric al celor dou plcue,la bornele captorului se dezvolt
o tensiune electric variabil, proporionalcu foraF, deci cu acceleraiamasei m,
care poate fi msurat
39
xmF
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
40/43
40
TENSOMETRUL CU COARD VIBRANT
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
41/43
TENSOMETRUL CUCOARD VIBRANT
Principiul defuncionare: traductorul folosit este o coarddin oelcare i modificfrecvena oscilaiilorproprii n funciede tensiunea mecanicla care este supus
Elementul testat
Suport Suport
Tij CoardCoarda, cu seciunea neglijabiln comparaie cu lungimea sa,este ntins ntre doi suporifixai pe elementul cercetat.
2
0
20
0
4
ffE
l
l
l
f0 frecvena oscilaiilor corespunztoare tensiunii iniiale a corziil modificarea lungimii corzii densitatea oelului corzii, n daNs2/cm4
E modulul de elasticitate al oelului corzii, n daN/cm2f frecvena proprie a corzii, dup deformarea acesteia cu Dl, n Hz
41
Sensibilitatea crete odat cuscderea lungimii corzii:
KE
lff
E
ll
220
2
244
O coard de n
ori mai scurt K
En
ll
2
24
'
Avantajele utilizrii tensometrelor cu coard vibrant:
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
42/43
Avantajeleutilizriitensometrelor cucoard vibrant:
-Sensibilitate ridicat
-Transmiterea unui semnal electric, de o anumit frecven, nu modific valoarea
acestei mrimi, indiferent de pierderile rezistive sau de alt natur, din lanul denregistrare
- n aceleai condiiide solicitare i temperatur, traductorul cu coard vibrant i
pstreaz,vreme ndelungat, aceeai frecvenproprie din care cauzutilizarea lui
este indicat, cu precdere, acolo unde msurtorile tensometrice sunt de lungdurat.
TENSOMETRUL ACUSTIC
Principiul de funcionare: la fel ca n cazul tensometrelor cu coard vibrant,principiul de funcionare se bazeaz pe proprietatea coardelor vibrante de a aveafrecvenaproprie n funciede forade ntindere la care este supuscoarda
n acest caz compararea vibraiilor ntre coarda emitoare i cea comparatoare seface prin intermediul unui sistem auditiv.
Comparaia frecvenelor coardei vibrante emitoare i a coardei comparatoare(inclusn receptorin care sunt excitatevibraii ntreinutecufrecven reglabil)se face pe cale electro-optic
42
STUDIU DE CAZ (Similitudine cu traductorii cu coarda vibranta)
7/23/2019 Curs-2_tensometrie-electrorezistiva.pdf
43/43
= 42
2
19.19
39.21
58.89
80.57
102.73
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
mplitudinespectruFourier
[m/s]
Recommended