Politechnika

Białostocka

Wydział Elektryczny

Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Metrologii

Zakład Metrologii

Instrukcja do zaj

ęć

laboratoryjnych

Temat

ć

wiczenia:

Pomiary tensometryczne

z zastosowaniem systemu Spider 8

Ć

wiczenie nr 71

Laboratorium z przedmiotu:

Miernictwo wielko

ś

ci nieelektrycznych

Opracował:

Dr in

ż

. Ryszard Piotrowski

Białystok 2001 r.

Ć

wicz. Nr 71 Po mia ry te ns ome trycz ne z zastosowa nie m ...

2

1.Wprowadzenie

Cel

ć

wiczenia:

Ć

wiczenie zakłada dwa zasadnicze cele dydaktyczne:

1. Zapoznanie studentów z istot

ą

pomiarów tensometrycznych

2. Nauczenie podstawowych zasad wykorzystywania w metrologii

komputerowych systemów pomiarowym na przykładzie systemu Spider8.

1.1. Geneza elektrycznej tensometrii oporowej

Bezpo

ś

redni pomiar napr

ę ż

e

ń

mechanicznych w elementach maszyn i

urz

ą

dze

ń

jest bardzo trudny, cz

ę

sto wr

ę

cz niemo

ż

liwy, dlatego powszechnie

stosowana jest metoda po

ś

rednia, polegaj

ą

ca na pomiarze odkształce

ń

materiału konstrukcji i obliczaniu na ich podstawie poszukiwanych napr

ę ż

e

ń

.

Zwi

ą

zek

mi

ę

dzy

napr

ę ż

eniem

a

odkształceniem

został

ustalony

do

ś

wiadczalnie i nosi nazw

ę

prawa Hooke’a. Stanowi ono,

ż

e w okre

ś

lonych

granicach napr

ę ż

e

ń

iloraz napr

ę ż

enia

σ

i odkształcenia

ε

jest warto

ś

ci

ą

stał

ą

dla danego materiału i nosi nazw

ę

modułu Younga E (wzór 1).













⋅

=

=

2

cm

N

E

const

ε

σ

(1)

gdz ie :













⋅

=

2

cm

N

S

F

σ

(2)













⋅

∆

=

cm

cm

l

l

ε

(3)

Podstawiaj

ą

c do zale

ż

no

ś

ci (1) równo

ś

ci (2), (3), otrzymamy zale

ż

no

ś ć

(4).













⋅

=

∆

⋅

⋅

2

cm

N

E

l

S

l

F

(4)

Wielko

ś

ci wyst

ę

puj

ą

ce w zale

ż

no

ś

ciach (1), (2), (3), oznaczaj

ą

:

Ć

wicz. Nr 71 Po mia ry te ns ome trycz ne z zastosowa nie m ...

3

σ

- poszukiwane napr

ę ż

enie jednostkowe materiału (siła działaj

ą

ca na

jednostk

ę

pola powierzchni)

ε

- wydłu

ż

enie jednostkowe materiału (przyrost długo

ś

ci materiału

odniesiony do długo

ś

ci pocz

ą

tkowej)

E – moduł spr

ę ż

ysto

ś

ci, nazywany tak

ż

e modułem Younga

F – siła powoduj

ą

ca napr

ę ż

enie i towarzysz

ą

ce jej wydłu

ż

enie

materiału

S – pole powierzchni materiału (w szczególno

ś

ci próbki materiału

poddawanej rozci

ą

ganiu)

l – pierwotna długo

ś ć

próbki (długo

ś ć

przed poddaniem jej działaniu

siły)

l

∆

–

przyrost długo

ś

ci próbki

Odkształcenia materiału w zakresie napr

ę ż

e

ń

spr

ę ż

ystych, to znaczy w

zakresie stosowalno

ś

ci prawa Hooke’a s

ą

niewielkie i ich pomiar nastr

ę

cza

istotnych trudno

ś

ci. Z pomoc

ą

przychodzi tu metoda elektryczna pomiaru zwana

tensometri

ą

oporow

ą

.

Tensometria oporowa zasadza si

ę

na znanym zjawisku fizycznym,

polegaj

ą

cym na zmianie rezystancji drutu metalowego podlegaj

ą

cego

wydłu

ż

eniu pod działaniem sił mechanicznych. Zjawisko to zostało odkryte

przez wybitnego fizyka i konstruktora angielskiego Williama Thomsona
(pó

ź

niejszego lorda Kelvina) w roku 1856, wykorzystane za

ś

do celów

tensometrii oporowej po raz pierwszy przez E.E. Simmonsa z California
Institute of Technology dopiero w roku 1937. Idea tensometru rozwini

ę

ta

została dalej przez A.C. Ruge’a z Massachusetts Institute of Technology.
Nakleił on drut na podkładk

ę

papierow

ą

, któr

ą

z kolei przykleił do powierzchni

badanego elementu, co stanowiło ju

ż

wła

ś

ciwie prototyp współczesnego

tensometru. W roku 1939 firma Baldwin Southwork Company uruchomiła ich
normaln

ą

produkcj

ę

.

Siły F działaj

ą

ce na drut metalowy rozci

ą

gaj

ą

go (rys.1), powoduj

ą

c:

wzrost jego długo

ś ć

l,

zmniejszenie pola powierzchni przekroju poprzecznego S,

wzrost rezystywno

ś

ci

ρ

,

co prowadzi do wzrostu rezystancji R, okre

ś

lonej znan

ą

zale

ż

no

ś

ci

ą

(5):

[ ]

Ω

⋅

=

S

l

R

ρ

(5)

gdzie:

Ć

wicz. Nr 71 Po mia ry te ns ome trycz ne z zastosowa nie m ...

4

ρ

- rezystywno

ść

materiału drutu

l – długo

ść

drutu

S – pole przekroju poprzecznego drutu

Wzrost rezystywno

ś

ci wynika ze wzrostu odległo

ś

ci mi

ę

dzy atomami

metalu przy rozci

ą

ganiu go i zmniejszeniem ruchliwo

ś

ci swobodnych

elektronów. Zmiana rezystywno

ś

ci ma najwi

ę

kszy wpływ na zmian

ę

rezystancji

tensometrów półprzewodnikowych.
Zmiana rezystywno

ś

ci wynika tam z naruszenia struktury krystalicznej

materiału półprzewodnikowego.

S

1

F

F

l

1

S

0

l

0

Rys.1. Deformacja drutu pod wpływem sił rozci

ą

gaj

ą

cych

Przy

ś

ciskaniu drutu maj

ą

miejsce zjawiska odwrotne do opisanych wy

ż

ej,

to znaczy:

zmniejszanie si

ę

długo

ś

ci drutu l,

zwi

ę

kszanie si

ę

pola powierzchni przekroju poprzecznego S,

zmniejszanie si

ę

rezystywno

ś

ci

ρ

,

co prowadzi, jak to wynika ze wzoru (5) do zmnieszania si

ę

rezystancji R drutu.

1.2. Tensometr

Tensometr

jest

to

rezystancyjny

przetwornik

pomiarowy

przetwarzaj

ą

cy odkształcenie liniowe (wydłu

ż

enie lub skrócenie) obiektu

badanego na zmian

ę

(zmniejszenie lub zwi

ę

kszenie) swojej rezystancji.

W zakresie odkształce

ń

spr

ę ż

ystych materiału, z którego wykonany jest

przetwornik, mi

ę

dzy wspomnianym odkształceniem i zmian

ą

rezystancji

zachodzi liniowa zale

ż

no

ść

:

Ć

wicz. Nr 71 Po mia ry te ns ome trycz ne z zastosowa nie m ...

5

0

0

l

l

K

R

R

∆

=

∆

(6)

gdz ie :

R

0

–

rez ys ta ncja pocz

ą

tkowa te nso me tru

L

0

–

długo

ść

pocz

ą

tkowa drutu te nsome tru

∆

R

– z mia na rez ysta ncji te nso metru

∆

l

– z mia na długo

ś

c i drutu te nso metru

K – ws półc zynnik te ns oc zuło

ś

c i

Warto

ść

współczynnika tensoczuło

ś

ci dla wi

ę

kszo

ś

ci stosowanych w

praktyce materiałów wynosi ok. 2. Współczynnik ten jest najwa

ż

niejszym

parametrem tensometru.

1.3. Budowa tensometru

Spotykane s

ą

nast

ę

puj

ą

ce rodzaje tensometrów:

drutowe
foliowe
półprzewodnikowe

Tensometry drutowe mog

ą

by

ć

zygzakowe (w

ę ż

ykowe) i kratowe

– patrz

rysunek 2.

Tensometr w

ęż

ykowy

Tensometr kratowy

Tensometr foliowy

6 mm

Tensometr

półprzewodnikowy

Rys.2. Rodzaje tensometrów metalowych

Ć

wicz. Nr 71 Po mia ry te ns ome trycz ne z zastosowa nie m ...

6

Tensometr drutowy kratowy zawiera szereg równolegle uło

ż

onych

drucików oporowych (konstantanowych, za

ś

przy wy

ż

szych temperaturach –

nichromowych ) o

ś

rednicy ok. 25

µ

m (25

µ

m = 0,025 mm). Druty nakleja si

ę

na cienki papier lub foli

ę

i przykrywa od góry takim samym paskiem papieru.

Poszczególne druty ł

ą

czy si

ę

w szeregowy obwód elektryczny o ko

ń

cówkach

wyprowadzonych na zewn

ą

trz. Utworzony w ten sposób rezystor ma rezystancj

ę

równ

ą

ok. 120

Ω

.

W tensometrze foliowym kształt rezystora wyci

ę

ty jest z cienkiej folii

konstantanowej.

W tensometrze w

ę ż

ykowym (zygzakowym) druty oporowe uło

ż

one s

ą

pod pewnym k

ą

tem wzgl

ę

dem siebie.

Tensometry półprzewodnikowe, w których w wyniku odkształce

ń

dokonuje si

ę

przede wszystkim zmiana rezystywno

ś

ci, wykazuj

ą

istotne zalety

w porównaniu z tensometrami metalowymi. Maj

ą

od nich o wiele mniejsze

wymiary, wi

ę

ks zy od 20 do 100 razy ws półc zynnik te ns oc zuło

ś

c i

K, poza tym współcz ynnik te n mo

ż

e by

ć

doda tni lub uje mny.

1.4. Materiały u

ż

ywane do budowy

tensometrów

Materiałami u

ż

ywanymi do budowy tensometrów s

ą

stopy oporowe, z

których najcz

ę ś

ciej wykorzystywany jest konstantan (60% Cu, 40% Ni). Ma on

liniow

ą

charakterystyk

ę

przetwarzania, to znaczy zale

ż

no

ś ć

zmian rezystancji

od odkształcenia liniowego, mały współczynnik temperaturowy rezystancji,
mo

ż

liwo

ś ć

kształtowania w formie bardzo cienkich drucików. Jego współ-

czynnik tensoczuło

ś

ci K ma warto

ś ć

2.

Przy wy

ż

szych temperaturach pracy stosowane s

ą

tensometry wykonane z

nichromu (80% Ni, 20% Cr). Współczynnik tensoczuło

ś

ci tego stopu ma

warto

ś ć

, podobnie jak konstantan: 2,1 – 2,3.

Coraz cz

ę ś

ciej do budowy tensometrów stosowane s

ą

półprzewodniki,

głównie krzem (patrz wy

ż

ej: tensometry półprzewodnikowe).

1.5. Przyklejanie tensometrów

Odkształcenie obiektu badanego jest odbierane przez tensometr za

po

ś

rednictwem kleju, który powinien charakteryzowa

ć

si

ę

dobr

ą

przyczepno

ś

ci

ą

do podło

ż

a. Musi on te

ż

mie

ć

podobne wła

ś

ciwo

ś

ci mechaniczne jak materiał,

na którym tensometr jest naklejony. Klej musi by

ć

niewra

ż

liwy na działanie

Ć

wicz. Nr 71 Po mia ry te ns ome trycz ne z zastosowa nie m ...

7

czynników zewn

ę

trznych takich jak temperatura, wilgotno

ś ć

, działanie

chemikalii.

Poszczególne firmy zalecaj

ą

do swoich tensometrów specjalne kleje ze

ś

ci

ś

le podan

ą

technologi

ą

naklejania. Przygotowanie powierzchni materiału

badanego oraz klejenie powinno by

ć

wykonane bardzo starannie, gdy

ż

pomiary

tensometryczne maj

ą

sens tylko wtedy, gdy tensometr stanowi jedn

ą

cało

ś ć

z

mierzonym obiektem.

Przy temperaturze pracy do 100

0

C u

ż

ywane s

ą

kleje acetonowo-

celuloidowe, a przy temperaturze do 200

0

C – kleje polimeryzuj

ą

ce na bazie

smołowej, np. kleje bakelitowo-fenolowe lub poliwinylobenzenowe. Przy
bardzo wysokich temperaturach pracy stosowane s

ą

specjalne emalie

ceramiczne wypalane w piecu

1.6. Układy pomiarowe

Wielko

ść

mechaniczna jak

ą

jest zmiana długo

ś

ci obiektu badanego jest

przetwarzana na wielko

ść

elektryczn

ą

– zmian

ę

rezystancji tensometru. Zmiana

rezystancji jest zazwyczaj bardzo mała (

∆

R/R=10

-5

–10

-2

) Przyjmuj

ą

c wi

ę

c,

ż

e

rezystancja tensometru ma warto

ś ć

pocz

ą

tkow

ą

np. 120

Ω

, jej przyrost podczas

pomiaru mo

ż

e wynie

ś ć

od 1,2·10

-3

Ω

do 1,2

Ω

. Tak małe zmiany rezystancji

musz

ą

by

ć

mierzone specjalnymi metodami. Odpowiednie do tego celu s

ą

metody mostkowe pomiaru rezystancji. Klasyczny mostek Wheatstone’a
okazuje si

ę

tu niestety za mało czuły. Stosowane s

ą

wi

ę

c zwykle

zmodyfikowane mostki Wheatstone’a, na wyj

ś

ciu których umieszczany jest

wzmacniacz.

O

ile

w

mostkach

niezrównowa

ż

onych

wystarczy

stosowanie

odpowiednio czułego wzmacniacza, to w mostkach zrównowa

ż

onych trzeba

zapewni

ć

precyzyjn

ą

, wi

ę

c kilkustopniow

ą

regulacj

ę

rezystancji. Dodatkow

ą

komplikacj

ą

jest te

ż

konieczno

ś ć

wst

ę

pnego równowa

ż

enia amplitudowego i

fazowego (nierówno

ś ć

rezystancji). Wszystkie te

zagadnienia s

ą

istotne nie

tylko przy pomiarach tensometrycznych, ale wsz

ę

dzie tam gdzie wielko

ś

ci

ą

wyj

ś

ciow

ą

jest mała zmiana rezystancji.

Mostki mog

ą

by

ć

zasilane zarówno napi

ę

ciem stałym jak i przemiennym.

Obecnie najcz

ę ś

ciej s

ą

u

ż

ywane mostki pr

ą

du przemiennego ze wzgl

ę

du na

ni

ż

szy koszt wzmacniacza i mo

ż

liwo

ś ć

wyeliminowania wpływu sił

termoelektrycznych.

Ć

wicz. Nr 71 Po mia ry te ns ome trycz ne z zastosowa nie m ...

8

2. Komputerowy system pomiarowy

Spider 8

W niniejsz ym

ć

wicze niu stosowa ny jest s ys te m po mia rowy o

naz wie Spider 8.

Spider8 jest uniwersalnym komputerowym systemem pomiarowym firmy

Hottinger Baldwin Messtechnik, przeznaczonym do laboratoryjnych pomiarów
głównie wielko

ś

ci mechanicznych, takich jak: ci

ś

nienie, siła, przy

ś

pieszenie,

odkształcenie mechaniczne, przemieszczenie. Umo

ż

liwia tak

ż

e pomiar

temperatury przy zastosowaniu termoelementów typu J, K, T, S oraz
termorezystorów platynowych typu PT100, PT500, PT100, a tak

ż

e pomiar

napi

ę ć

i pr

ą

dów stałych, rezystancji, cz

ę

stotliwo

ś

ci, pracowa

ć

mo

ż

e te

ż

jako

licznik impulsów.

Spider8 pracuje pod zarz

ą

dem programu komputerowego o nazwie

Spider8 Control opartego na systemie MC Windows.

System nie posiada

ż

adnych mechanicznych elementów steruj

ą

cych,

takich jak przeł

ą

czniki (z wyj

ą

tkiem wł

ą

cznika zasilania), potencjometry, itp.

U

ż

ytkownik komunikuje si

ę

z systemem poprzez komputer klasy PC przy

pomocy myszy i klawiatury.

PC

1 S P I D E R 8

2 S P I D E R 8

1 S P I D E R 8

3 S P I D E R 8

8 S P I D E R 8

Rys.3. Pełny zestaw systemu komputerowego Spider8

Ć

wicz. Nr 71 Po mia ry te ns ome trycz ne z zastosowa nie m ...

9

Spider8 ma budow

ę

modułow

ą

i mo

ż

e zawiera

ć

do 8 modułów (rys. 3), z

których ka

ż

dy posiada osiem kanałów pomiarowych. Daje to mo

ż

liwo

ś ć

rozbudowania systemu do 64 kanałów pomiarowych. Wa

ż

n

ą

cech

ą

systemu jest

to, i

ż

poszczególne kanały odizolowane s

ą

od siebie galwanicznie i

zabezpieczone przed zakłóceniami elektromagnetycznymi specjalnym systemem
ekranowania obejmuj

ą

cym tak

ż

e przył

ą

czane do systemu przetworniki

pomiarowe. Na uwag

ę

zasługuje tak

ż

e fakt, i

ż

praca wszystkich kanałów jest

zsynchronizowana, to znaczy pomiary w poszczególnych kanałach dokonywane
s

ą

jednocze

ś

nie. Jest to istotne w przypadkach, gdy zachodzi potrzeba

dokonywania porówna

ń

ró

ż

nych wielko

ś

ci zmiennych w czasie.

s

A/D

A/D

CPU

SR01

DC

SR55

4,8 kHz

KOM

PU

TER

RS-232C

lub

IEEE1284

We

We

Rys.4. Dwa typy kanałów pomiarowych Spider’a8

Spider8 mo

ż

e zawiera

ć

dwa charakterystyczne moduły: SR01 oraz SR55.

(rys.4). Pierwszy z nich zawiera wzmacniacz pr

ą

du stałego (DC), a dalej

przetwornik analogowo-cyfrowy (A/D – od ang. analog to digital). Moduł SR01,
słu

ż

y do pomiaru napi

ę ć

i pr

ą

dów stałych, rezystancji, sił elektromotorycznych

powstaj

ą

cych w termoelementach.

Moduł SR55 słu

ż

y do przył

ą

czania układów tensometrycznych (układów

pełnego mostka, półmostka), przetworników indukcyjnych ró

ż

nego typu oraz do

pomiaru cz

ę

stotliwo

ś

ci. Moduł ten generuje tzw. cz

ę

stotliwo

ś ć

no

ś

n

ą

(carrier-

frequecy), to znaczy napi

ę

cie sinusoidalne o cz

ę

stotliwo

ś

ci 4,8 kHz, które słu

ż

y

do zasilania tensometrycznych układów mostkowych oraz przetworników
indukcyjnych. Za tym modułem tak

ż

e znajduje si

ę

przetwornik analogowo-

cyfrowy (A/D). Przetworzone na posta

ć

cyfrow

ą

sygnały pomiarowe

doprowadzane s

ą

do procesora (CPU), gdzie poddawane s

ą

ró

ż

norodnym

procesom przetwarzania. Nadrz

ę

dnym elementem składowym systemu

pomiarowego jest komputer PC, nazwany w cyfrowych systemach pomiaro-

Ć

wicz. Nr 71 Po mia ry te ns ome trycz ne z zastosowa nie m ...

10

wych – kontrolerem. To za jego po

ś

rednictwem u

ż

ytkownik systemu programu-

je i kieruje prac

ą

Spider’a, posługuj

ą

c si

ę

klawiatur

ą

i myszk

ą

.

Spider8 ł

ą

czy

ć

mo

ż

na z komputerem PC przy pomocy interfejsu

szeregowego RS-232C lub równoległego IEEE1284. Ten ostatni słu

ż

y tak

ż

e do

przył

ą

czenia bezpo

ś

rednio do Spider’a8 drukarki, a tak

ż

e do ł

ą

czenia w kaskad

ę

kolejnych o

ś

miu zestawów systemu (rys. 3).

3. Omówienie

ć

wiczenia

Ć

wiczenie polega pomiarze metod

ą

tensometryczn

ą

odkształce

ń

powsta-

j

ą

cych w stalowej belce zamocowanej sztywno jednym ko

ń

cem i obci

ą ż

anej na

drugim ko

ń

cu znan

ą

co do warto

ś

ci sił

ą

P, a nast

ę

pnie obliczeniu napr

ę ż

e

ń

mechanicznych powstaj

ą

cych w ró

ż

nych jej miejscach (rys. 6).

Nie mniej wa

ż

nym zadaniem dla studentów jest opanowanie podstaw

obsługi nowoczesnego sprz

ę

tu pomiarowego w postaci systemu Spider8.

3.1. Opis układu pomiarowego

Schemat ideowy układu pomiarowego przedstawia rysunek 6. Nie

pokazano na nim monitora stanowi

ą

cego oczywi

ś

cie nieodł

ą

czn

ą

cz

ę ś ć

komputera PC. W układzie, którego schemat przedstawiony jest na rysunku 6,
wyst

ę

puje stalowa belka zamocowana sztywno jednym ko

ń

cem. Do drugiego jej

ko

ń

ca przykładana jest siła P wywołuj

ą

ca w belce moment gn

ą

cy. W wyniku

tego górne warstwy belki ulegaj

ą

rozci

ą

ganiu, dolne natomiast

ś

ciskaniu.

Zakłada si

ę

,

ż

e tensometry T

1

, T

9

, T

13

ulegaj

ą

takim samym odkształceniom jak

fragmenty belki, na których s

ą

naklejone, to znaczy rozci

ą

ganiu, natomiast

tensometry T

2

, T

14

-

ś

ciskaniu. Jak ju

ż

to wyja

ś

niono wcze

ś

niej, odkształceniom

mechanicznym tensometrów towarzysz

ą

zmiany ich rezystancji, które w niniej-

szym

ć

wiczeniu mierzone s

ą

w układzie półmostkowym przez system

komputerowy Spider8.

Spider8, a wła

ś

ciwie jego pojedynczy moduł, jaki u

ż

ywany jest w

ć

wiczeniu, ma osiem kanałów pomiarowych oznaczonych przez producenta

numerami 0, 1, 2, ... 7. S

ą

to tak zwane kanały sprz

ę

towe systemu (hardware

channel). Odpowiada im osiem tak zwanych kanałów wej

ś

ciowych (input

channel) oznaczonych numerami 1, 2, 3, ...8.

W

ć

wiczeniu, ze wzgl

ę

du na czasowe ograniczenia sprz

ę

towe

zainstalowane s

ą

tylko niektóre kanały pomiarowe. Wynika st

ą

d tak

ż

e

ograniczona liczba stosowanych tensometrów.

Ć

wicz. Nr 71 Po mia ry te ns ome trycz ne z zastosowa nie m ...

11

Spider8 poł

ą

czony jest z komputerem poprzez interfejs równoległy

IEEE1284.

R

P

T

Np.
Do
Channel 3

Rys. 5. Idea pracy pojedynczego tensometru T w układzie półmostka

Ka

ż

dy z tensometrów T wyst

ę

puj

ą

cych na rysunku 6 pracuje w układzie

tzw. półmostkowym (rys. 5), znajduje si

ę

tam w jednym z ramion półmostka. W

drugim ramieniu mostka wyst

ę

puje tzw. rezystor wyrównawczy R

P

(padding

resistor) o rezystancji równej rezystancji tensometru. Rezystor ten jest niewi-
doczny dla

ć

wicz

ą

cych.

Układ półmostkowy zasilany jest z układu Spider8’a napi

ę

ciem

sinusoidalnym o cz

ę

stotliwo

ś

ci 4,8 kHz. Jest to tak zwana cz

ę

stotliwo

ś ć

no

ś

na

(carrier

frequency).

X

1

=15cm

SPIDER8

B E L K A

T

10

T

6

T

4

T

2

POWER TRANSFER ERROR

HBM

OPTIMUS

DR UKA RKA

R=94cm

X

3

=45cm

X

2

=35cm

P

T

1

T

3

T

9

T

11

T

13

IEEE1284

T

5

T

8

T

14

Rys.6. Schemat ideowy układu pomiarowego

Ć

wicz. Nr 71 Po mia ry te ns ome trycz ne z zastosowa nie m ...

11

11

3.2. Program (przebieg)

ć

wiczenia

Studenci zastaj

ą

w laboratorium ju

ż

poł

ą

czony układ pomiarowy. Powinni

nast

ę

pnie:

1. Wł

ą

czy

ć

napi

ę

cie zasilaj

ą

ce komputer i poczeka

ć

na zainstalowanie si

ę

programu Windows

2. W tym czasie nale

ż

y wł

ą

czy

ć

napi

ę

cie zasilaj

ą

ce Spider’a (du

ż

y przycisk

na płycie czołowej), obserwuj

ą

c uwa

ż

nie trzy diody sygnalizacyjne tego

urz

ą

dzenia. Pierwsza z nich (zielona)

ś

wieci si

ę

ci

ą

gle podczas pracy

systemu. Dwie pozostałe (pomara

ń

czowa i czerwona) zapalaj

ą

si

ę

na

krótko, nast

ę

pnie obie gasn

ą

, sygnalizuj

ą

c w ten sposób sprawno

ś ć

urz

ą

dzenia.

3. Po sko

ń

czonej instalacji na ekranie pojawi si

ę

w

ś

ród innych ikona

programu Spider8-Control (głowa czarnego kota). Nale

ż

y klikn

ą ć

dwukrotnie na t

ę

ikon

ę

. Otworzy si

ę

pierwsze okno programu

przedstawione na rysunku 7.

Rys. 7. Pierwsze okno programu Spider8-Control

Ć

wicz. Nr 71 Po mia ry te ns ome trycz ne z zastosowa nie m ...

12

12

W tym miejscu, dla wi

ę

kszej przejrzysto

ś

ci instrukcji pomija si

ę

obja

ś

nienie roli wszystkich przycisków okna. Zainteresowanych odsyła si

ę

do pełnej instrukcji obsługi systemu Spider8.

U

ż

ytkownik mo

ż

e wybra

ć

rodzaj interfejsu: szeregowego: COM1 lub

COM2, albo równoległego: LPT1 lub LPT2. Poniewa

ż

wcze

ś

niej został

zrealizowany fizycznie interfejs równoległy LPT1, nie zachodzi potrzeba
dokonywania takiego wyboru, przy interfejsie tym znajdzie si

ę

znak

√

. System

mo

ż

e pracowa

ć

w trybie Offline, to znaczy bez fizycznie przył

ą

czonych do

niego przetworników. U

ż

ytkownik mo

ż

e dokona

ć

wtedy wst

ę

pnych ustawie

ń

parametrów systemu i zapami

ę

ta

ć

je w pliku o rozszerzeniu *.sp8, by po

przej

ś

ciu podczas pomiarów do trybu Online wywoła

ć

te ustawienia bez

potrzeby ponownego konfigurowania systemu.

Ć

wicz

ą

cy nie musz

ą

dokonywa

ć

tych operacji.

4. Kliknij przycisk Setup device, na ekranie monitora pojawi si

ę

kolejne okno,

przedstawione na rysunku 8

Rys.8. Okno pojawiaj

ą

ce si

ę

po naci

ś

ni

ę

ciu przycisku Setup device

Na wst

ę

pie nale

ż

y sprawdzi

ć

sprawno

ś ć

systemu, klikaj

ą

c na okienko o

nazwie Test Device .... Otworzy si

ę

wtedy okno pomocnicze (nie pokazane w

Ć

wicz. Nr 71 Po mia ry te ns ome trycz ne z zastosowa nie m ...

13

13

tej instrukcji), w którym najprawdopodobniej

ć

wicz

ą

cy zobacz

ą

nast

ę

puj

ą

ce

informacje, wskazuj

ą

ce na sprawno

ś ć

Spider’a:

Power Supply:

OK.

Ser. Interface:

OK

Par. Interface

OK

RAM:

OK.

EEPROM:

OK

Powrót do okna z rysunku 8 uzyskujemy klikaj

ą

c na przycisk OK.

W kolumnie okna oznaczonej Chan. widocznych jest osiem

wspomnianych kanałów sprz

ę

towych o numerach 0 – 7. Kanał o numerze 8

dotyczy wej

ś

cia cyfrowego i le

ż

y w tym przypadku poza obszarem

zainteresowa

ń

ć

wicz

ą

cych.

W kolumnie oznaczonej Name widniej

ą

si

ę

nazwy kanałów: C1, C2, C3,

itd. nadane standardowo przez producenta. Nazwy te zmienia

ć

mo

ż

e

u

ż

ytkownik (patrz dalsze wyja

ś

nienia) dostosowuj

ą

c je do rodzaju

przetworników i programu bada

ń

. W przypadku niniejszego

ć

wiczenia s

ą

to

nazwy wskazuj

ą

ce na tensometry w układzie półmostkowym, jako stosowane

przetworniki i rodzaj odkształce

ń

, jakimi b

ę

d

ą

poddawane (rozci

ą

ganie i

ś

ciskanie, patrz rys. 9).

Zwró

ć

my nast

ę

pnie uwag

ę

na kolumn

ę

„Trans.” (od słowa transducer –

przetwornik), w której u

ż

ytkownik wybiera rodzaj przetwornika. Klikaj

ą

c w

wybranym wierszu tej kolumny, otworzymy roz

ś

wietlone „podokno”

zawieraj

ą

ce symbole wszystkich mo

ż

liwych przetworników. Klikni

ę

ciem na

odpowiedni symbol dokonujemy wyboru interesuj

ą

cego nas przetwornika,

symbol tego przetwornika pojawi si

ę

w odpowiednim wierszu kolumny. W

przypadku niniejszego

ć

wiczenia powinni

ś

my wybra

ć

symbol półmostka. Je

ż

eli

wybrany symbol nie odpowiada przetwornikowi rzeczywi

ś

cie przył

ą

czonemu

do Spider’a , w kolumnie „Measur. Value” (warto

ś ć

zmierzona) pojawi si

ę

napis „OFFLINE”, je

ż

eli za

ś

przetwornik danego rodzaju (np. półmostek),

istnieje, w kolumnie tej pojawi si

ę

jaka

ś

warto

ś ć

liczbowa (w domy

ś

le – wynik

pomiaru).

W niniejszym

ć

wiczeniu wyst

ę

puj

ą

w ka

ż

dym kanale te same

przetworniki (układ półmostkowy), mo

ż

na wi

ę

c przy

ś

pieszy

ć

proces wybierania

rodzaju przetwornika, klikaj

ą

c na napis Mark w pierwszej kolumnie. Tło okna

zmieni wtedy swoj

ą

barw

ę

na granatow

ą

. W nowo pojawiaj

ą

cym si

ę

okienku

zaproponowane s

ą

trzy opcje wyboru, nale

ż

y wybra

ć

Select All Channels. We

wszystkich wierszach tej kolumny pojawi si

ę

wtedy znak

√

. Oznacza to,

ż

e

wszelkie ustawienia dokonywane w jednym z wierszy b

ę

d

ą

automatycznie

przenoszone na wszystkie pozostałe. W dowolnym wierszu kolumny Trans.
Wybieramy wtedy układ półmostkowy, co spowoduje,

ż

e we wszystkich

wierszach pojawi si

ę

natychmiast symbol tego układu.

Ć

wicz. Nr 71 Po mia ry te ns ome trycz ne z zastosowa nie m ...

14

14

W kolumnie Meas Rng wybiera si

ę

zakresy pomiarowe. Zagadnieniu

temu nale

ż

y po

ś

wi

ę

ci

ć

osobne wyja

ś

nienie. Je

ż

eli przy pomocy Spider’a

mierzone b

ę

dzie napi

ę

cie, zakres pomiarowy wyra

ż

ony zostanie w woltach (V),

w przypadku pomiaru pr

ą

du – miliamperach (mA), rezystancji – w omach (

Ω

).

Natomiast w przypadku pomiarów tensometrycznych zakres pomiarowy
wyra

ż

ony jest w miliwoltach na wolt (np. 3mV/V). Jest to w gruncie rzeczy

zakres „bezwymiarowy”, po uproszczeniu ułamka, zostaje tylko przedrostek
mili (np. 0,235 m). Nale

ż

y przez to rozumie

ć

,

ż

e zmierzony został nast

ę

puj

ą

cy

wzgl

ę

dny przyrost rezystancji tensometru:

Str

V

V

V

mV

R

R

R

µ

235

10

235

10

235

,

0

10

235

,

0

235

,

0

6

3

3

0

0

=

⋅

=

⋅

=











⋅

=













⋅

=

−

−

−

−

gdzie R

0

oznacza rezystancj

ę

pocz

ą

tkow

ą

tensometru.

Dodatni wynik pomiaru oznacza wtedy,

ż

e R>R

0

– tensometr uległ

rozci

ą

gni

ę

ciu, natomiast wynik ujemny wskazuje,

ż

e tensometr uległ

ś

ci

ś

ni

ę

ciu,

gdy

ż

R<R

0

.

Kolejn

ą

kolumn

ą

w omawianym oknie jest kolumna o nazwie Filter.

U

ż

ytkownik ma do dyspozycji trzy rodzaje filtrów:

a) Average value, b) Butterworth, c) Bessel

Te dolnoprzepustowe filtry maj

ą

za zadanie tłumienie niepo

żą

danych

wysokich cz

ę

stotliwo

ś

ci, które mog

ą

wywoływa

ć

zjawisko interferencji. W

okienku o nazwie Filter Frequency wy

ś

wietlana jest warto

ś ć

cz

ę

stotliwo

ś

ci

odci

ę

cia filtru. Warto

ś ć

ta zmienia si

ę

automatycznie zale

ż

nie od wybranej

przez u

ż

ytkownika cz

ę

stotliwo

ś

ci próbkowania sygnału - Measuring Rate.

Ć

wicz

ą

cy mog

ą

do

ś

wiadczy

ć

tego automatycznego mechanizmu, zmieniaj

ą

c

warto

ś ć

cz

ę

stotliwo

ś

ci próbkowania w okienku Measuring Rate i obserwuj

ą

c,

jak zmienia si

ę

po chwili cz

ę

stotliwo

ś ć

odci

ę

cia w okienku Filter Frequency.

Napis variable w kolumnie Filter wskazuje na stosowanie filtru o nastawianej
(zmiennej) cz

ę

stotliwo

ś

ci odci

ę

cia.

Ć

wicz

ą

cym poleca si

ę

wybór filtru Average value, u

ś

rednia on wyniki

kilku próbkowa

ń

sygnału.

Ko

ń

cow

ą

, wa

ż

n

ą

czynno

ś

ci

ą

, któr

ą

nale

ż

y wykona

ć

przed pomiarami jest

wyzerowanie przyrz

ą

du

. Nale

ż

y klikn

ą ć

w okienku Tare u dołu omawianego

okna, w kolumnie Tare Val. pojawi

ą

si

ę

warto

ś

ci liczbowe, a jednocze

ś

nie w

kolumnie Meas. Value wy

ś

wietlane warto

ś

ci zaczn

ą

zmierza

ć

do zera. Gdy

b

ę

d

ą

bliskie zera, zamykamy okno, klikaj

ą

c na przycisk w górnym prawym rogu

okna. Spowoduje to powrót do pierwotnego okna przedstawionego na rysunku
7. W oknie tym nale

ż

y teraz klikn

ą ć

na przycisk Input channels, otworzymy w

ten sposób okno przedstawione na rysunku 9.

Ć

wicz. Nr 71 Po miary tens ometryczne z zastosowaniem ...

15

15

Rys. 9. Okno o nazwie Data Input Channels

W oknie tym w pierwszej kolumnie (No.)wymienione s

ą

numery kanałów

wej

ś

ciowych (Input channels).

W kolumnie drugiej (bez tytułu) sygnalizowane jest wł

ą

czenie (zielona

strzałka) lub wył

ą

czenie tych kanałów (drogowy znak zakazu wjazdu wszelkich

pojazdów).

Ć

wicz

ą

cy mog

ą

do

ś

wiadczy

ć

mo

ż

liwo

ś

ci wł

ą

czania i wył

ą

czania

kanałów, klikaj

ą

c w wybranym wierszu tej kolumny, a nast

ę

pnie klikaj

ą

c na

przycisk Active ON/OFF.

W kolumnie Timebase u

ż

ytkownik wł

ą

czy

ć

lub wył

ą

czy

ć

mechanizm

generowania znaczników czasu, które zapisywane b

ę

d

ą

w oddzielnym kanale i

towarzyszy

ć

poszczególnym wynikom rejestrowanym przez przyrz

ą

d. W tym

ć

wiczeniu znaczniki te nie b

ę

d

ą

generowane, poniewa

ż

pomiary nie b

ę

d

ą

miały

ś

cisłego zwi

ą

zku z czasem (b

ę

d

ą

to pomiary statyczne). Tym niemniej

ć

wicz

ą

cy

mog

ą

do

ś

wiadczy

ć

wł

ą

czania i wył

ą

czania mechanizmu generowania

wska

ź

ników czasu, klikaj

ą

c dwukrotnie w dowolnym wierszu kolumny

Timebase

. Wł

ą

czenie b

ę

dzie sygnalizowane pojawieniem si

ę

symbolu zegara,

a wył

ą

czenie jego znikni

ę

ciem. Ten sam efekt uzyskuje si

ę

klikaj

ą

c jednokrotnie

w dowolnym wierszu kolumny, a nast

ę

pnie klikaj

ą

c na przycisk Timestamps

ON/OFF

. Mog

ą

tak

ż

e zmienia

ć

jednostk

ę

czasu, klikaj

ą

c na przycisk

Timestamp Unit

.

Ć

wicz. Nr 71 Po miary tens ometryczne z zastosowaniem ...

16

16

W kolumnie Title u

ż

ytkownik mo

ż

e wpisywa

ć

swoje własne nazwy,

odpowiadaj

ą

ce u

ż

ywanym przez siebie przetwornikom oraz programowi bada

ń

.

Producent nadał poszczególnym kanałom proste nazwy C1, C2, C3, itd.
Wpisywanie nazw odbywa si

ę

przez klikni

ę

cie w danym wierszu, a nast

ę

pnie

klikni

ę

cie przycisku Rename channel. Pojawi si

ę

wtedy pod

ś

wietlone okienko

o nazwie Name, w którym wpisuje si

ę

odpowiednia nazw

ę

i naciska Enter.

W nast

ę

pstwie w wybranym wierszu kolumny pojawi si

ę

ta sama nazwa.

W niniejszym

ć

wiczeniu w pi

ę

ciu pierwszych wierszach tej kolumny wyst

ę

puj

ą

oznaczenia odpowiadaj

ą

ce zastosowanym przetwornikom tensometrycznym i

charakterowi ich pracy. Mianowicie trzy pierwsze tensometry: T1, T9, T13 s

ą

rozci

ą

gane, st

ą

d w oznaczeniu symbol (R), natomiast tensometry: T2, T14

podlegaja

ś

ciskaniu, st

ą

d w oznaczeniu symbol (S).

W kolumnie Instrument widniej

ą

nazwy przyrz

ą

du, z którego czerpane

b

ę

d

ą

wyniki pomiarów. Jest nim oczywi

ś

cie SPIDER8. Na rysunku 9

zadeklarowane jest to dla wszystkich mo

ż

liwych kanałów wej

ś

ciowych (od 1 do

8), mimo

ż

e niektóre z nich nie s

ą

czynne (6, 7, 8). Natomiast kanały o

numerach wy

ż

szych od o

ś

miu oznaczone s

ą

, jako nie istniej

ą

ce, napisem NC.

Istniej

ą

te

ż

inne opcje, które mo

ż

na wybiera

ć

w tej kolumnie, ale w tym

ć

wiczeniu pomijamy je.

W kolumnie Hardware Cannel wy

ś

wietlane s

ą

numery kanałów

sprz

ę

towych. Ze wzgl

ę

du na pewn

ą

systematyk

ę

, któr

ą

producent wprowadził w

ramach całego systemu, numery kanałów sprz

ę

towych zaczynaj

ą

si

ę

od zera,

podczas gdy kanałów wej

ś

ciowych zaczynaj

ą

si

ę

od jedynki (patrz kolumna

No

).

W kolumnie Scaling u

ż

ytkownik mo

ż

e wybra

ć

, albo automatyczne

skalowanie wyników pomiarów przez przyrz

ą

d, co zaznaczone jest napisem

EXTERN

, albo własne skalowanie. Poleca si

ę

wybranie opcji EXTERN.

Niemniej

ć

wicz

ą

cy mog

ą

do

ś

wiadczy

ć

mo

ż

liwych w tym wzgl

ę

dzie opcji,

klikaj

ą

c w danym wierszu tej kolumny, a nast

ę

pnie klikaj

ą

c na przycisk Scale

Mode

.

W kolumnie Status wy

ś

wietlana jest wa

ż

na informacja dotycz

ą

ca

sprawno

ś

ci układu poł

ą

cze

ń

istniej

ą

cych rzeczywi

ś

cie przetworników ze

Spider’em. Przed rozpocz

ę

ciem pomiarów nale

ż

y zaznaczy

ć

wszystkie

interesuj

ą

ce nas wiersze omawianej kolumny, przytrzymuj

ą

c lewy przycisk

myszki, a nast

ę

pnie klikn

ą ć

na przycisk Check Status. Po krótkiej chwili we

wszystkich wierszach kolumny, je

ś

li tylko układ poł

ą

cze

ń

jest poprawny, pojawi

si

ę

napis OK. Dla kanałów, do których nie zostały przył

ą

czone przetworniki

wy

ś

wietlany jest komunikat bł

ę

du ERR-217. Wyja

ś

nienia wymaga kanał

wej

ś

ciowy 8 (sprz

ę

towy 7), dla którego wy

ś

wietlany jest komunikat OK, mimo

ż

e nie jest on wł

ą

czony (patrz kolumna druga). W kanale tym wyst

ę

puje moduł

typu SR01, który przystosowany jest m. in. do pomiaru napi

ę

cia stałego. Brak

poł

ą

czenia z przetwornikiem interpretowany jest przez system jako brak napi

ę

-

Ć

wicz. Nr 71 Po miary tens ometryczne z zastosowaniem ...

17

17

cia na wej

ś

ciu pomiarowym, czyli napi

ę

cie o warto

ś

ci zerowej, st

ą

d komunikat

OK.

oznaczaj

ą

cy gotowo

ś ć

systemu do pomiarów.

Okno zamykamy, powracaj

ą

c do okna pierwszego, przedstawionego na

rysunku 7.

Rys. 10. Okno docelowe

ć

wiczenia o nazwie Single value measurement

Prawa kolumna tego okna zawiera cztery ró

ż

ne moduły pomiarowe:

Data logger

Single sample

Periodic samples

Single value meas.

W niniejszym

ć

wiczeniu wykorzystuje si

ę

ostatni moduł, to znaczy Single

value meas.

Kliknij na przycisk z tym napisem, otworzy si

ę

okno o tej samej

nazwie. Przedstawia je rysunek 10. W oknie wyst

ę

puje sze

ś ć

kolumn

odpowiadaj

ą

cych sze

ś

ciu kanałom pomiarowym. Klikni

ę

cie na przycisk

Measure/Add one value

spowoduje zapisanie (uchwycenie) warto

ś

ci

mierzonych w danej chwili jednocze

ś

nie w sze

ś

ciu kanałach. Zostan

ą

one

zapisane w drugim wierszu tablicy, podczas gdy w pierwszym wierszu
obserwowa

ć

mo

ż

na dokonuj

ą

ce si

ę

w czasie rzeczywistym (na bie

żą

co) zmiany

Ć

wicz. Nr 71 Po miary tens ometryczne z zastosowaniem ...

18

18

warto

ś

ci mierzonych. Nast

ę

pne klikni

ę

cie na przycisk Measure/Add one value

pozwoli zapisa

ć

kolejnych sze

ś ć

wyników w interesuj

ą

cej mierz

ą

cego chwili

czasu. W znajduj

ą

cym si

ę

poni

ż

ej układzie współrz

ę

dnych prostok

ą

tnych

zaczn

ą

pojawia

ć

ró

ż

nokolorowe wykresy. Maj

ą

one w tym wypadku znaczenie

jedynie ilustracyjne, pozwalaj

ą

np. zorientowa

ć

si

ę

, które tensometry s

ą

rozci

ą

gane (prosta wznosz

ą

ca si

ę

), a które

ś

ciskane (prosta opadaj

ą

ca).

Poniewa

ż

w

ć

wiczeniu wykorzystuje si

ę

tylko pi

ę ć

kanałów, w kanale

szóstym wy

ś

wietlane b

ę

d

ą

warto

ś

ci zerowe, za

ś

prosta odpowiadaj

ą

ca

wynikom tego kanału b

ę

dzie osi

ą

odci

ę

tych.

3.3. Przebieg pomiarów

1. Wygasi

ć

ewentualne drgania belki (belka nieobci

ą ż

ona)

2. Wł

ą

czy

ć

zasilanie komputera i poczeka

ć

na zainstalowanie si

ę

programu

Windows

3. W tym czasie wł

ą

czy

ć

zasilanie Spider’a. Dioda LED koloru zielonego

(POWER) b

ę

dzie

ś

wieci

ć

si

ę

ci

ą

gle w czasie trwania pomiarów,

natomiast dioda pomara

ń

czowa (TRANSFER) i czerwona (ERROR)

ś

wiec

ą

bardzo krótko i natychmiast gasn

ą

, co sygnalizuje sprawno

ś ć

urz

ą

dzenia. Dioda TRANSFER b

ę

dzie

ś

wieci

ć

w tych okresach czasu, w

których odbywa

ć

si

ę

b

ę

dzie transfer (przesyłanie) informacji ze Spider’a

do komputera. Dioda ERROR

ś

wieci si

ę

tylko w przypadku pojawienia

si

ę

bł

ę

du w programie Spider8-Control. Nale

ż

y wtedy przerwa

ć

pomiary i

usun

ą ć

przyczyny powstania bł

ę

du. Zwykle odbywa si

ę

to przez

zresetowanie komputera i rozpocz

ę

cie pomiarów od pocz

ą

tku.

4. Po zainstalowaniu si

ę

programu Windows, na ekranie monitora pojawi si

ę

ikonka programu Spider8-Control (głowa czarnego kota), zarz

ą

dzaj

ą

cego

prac

ą

systemu Spider. Nale

ż

y klikn

ą ć

dwukrotnie

na t

ę

ikonk

ę

.

5. Po krótkim czasie otworzy si

ę

pierwsze okno programu, przedstawione na

rysunku 7.

6. Nacisn

ą ć

przycisk Setup device, otworzy si

ę

okno przedstawione na

rysunku 8. W oknie tym klikn

ą ć

na przycisk Test Device, otworzy si

ę

jeszcze jedno okno, w którym powinny ukaza

ć

si

ę

nast

ę

puj

ą

ce informacje

wskazuj

ą

ce

na

sprawno

ś ć

poszczególnych

elementów

systemu

komputerowego.

Power Supply:

OK.

Ser. Interface:

OK

Par. Interface

OK

RAM:

OK.

EEPROM:

OK

Ć

wicz. Nr 71 Po miary tens ometryczne z zastosowaniem ...

19

19

Zamknij to okno przeznaczonym do tego celu przyciskiem w prawym
górnym rogu.

7. Nast

ą

pi powrót do okna z rysunku 8. Kliknij na nazw

ę

Mark w tym

oknie, tło okna przybierze kolor granatowy oraz otworzy rozja

ś

nione

okienko, w którym nale

ż

y wybra

ć

polecenie Select All Channels.

8. W wyniku tej operacji we wszystkich wierszach kolumny Mark pojawi

si

ę

charakterystyczny znak

√

. Oznacza on,

ż

e od tej chwili ustawienia

dokonane w jednym, dowolnym kanale, b

ę

d

ą

automatycznie zrealizowane

we wszystkich aktywnych kanałach.

9. Klikamy w dowolnym wierszu kolumny Trans. , ukazuj

ą

si

ę

symbole

wszystkich mo

ż

liwych przetworników. Klikamy na układ półmostkowy,

co sprawia,

ż

e automatycznie we wszystkich aktywnych kanałach pojawia

si

ę

ten sam symbol układu półmostkowego, a jednocze

ś

nie w kolumnie

Meas. Value

znikaj

ą

napisy OFFLINE, pojawiaj

ą

si

ę

za

ś

warto

ś

ci

liczbowe (w domy

ś

le wyniki pomiarów). „Wyniki” te s

ą

przejawem braku

zerowania systemu, które wykonamy za chwil

ę

.

10. W kolumnie Meas. Rng. Wybra

ć

nale

ż

y zakres 3 mV/V, jako

najodpowiedniejszy do celów niniejszego

ć

wiczenia.

11. W kolumnie Filter pozostawi

ć

variable

12. W oknienku Measuring Rate wybra

ć

100 Hz

13. W okienku Filter Type wybra

ć

average, w okienku Filter Frequency

układ samoczynnie dobierze cz

ę

stotliwo

ś ć

odci

ę

cia

14. Naciskaj

ą

c przycisk Tare, uruchamiamy proces zerowania wskaza

ń

we

wszystkich aktywnych kanałach. Obserwowa

ć

b

ę

dziemy, trwaj

ą

ce przez

kilka sekund zjawisko zbli

ż

ania si

ę

warto

ś

ci wy

ś

wietlanych w kolumnie

Measure Value

do zera i jednoczesne narastanie warto

ś

ci liczbowych w

kolumnie Tare Val.

15. Po „wyzerowaniu kolumny” Measure Value, zamykamy omawiane okno
16. Nast

ą

pi powrót do okna z rysunku 7.

17. Klikn

ą ć

przycisk Input channels, otworzy si

ę

okno przedstawione na

rysunku 9. Wygl

ą

d tego okna powinien odpowiada

ć

obrazowi ukazanemu

na rysunku 9, je

ż

eli jest inny, nale

ż

y opisanymi wcze

ś

niej sposobami

doprowadzi

ć

do widocznego wygl

ą

du

18. Zamkn

ą ć

opisane wy

ż

ej okno, powracaj

ą

c po raz kolejny do okna

pierwotnego z rysunku 7.

19. Spo

ś

ród czterech, opisanych wcze

ś

niej modułów pomiarowych, nale

ż

y

wybra

ć

Single value meas. Po klikni

ę

ciu na ten moduł, otworzy si

ę

okno

przedstawione na rysunku 10.

20. W najwy

ż

szym wierszu tablicy tego okna pojawi

ą

si

ę

zmieniaj

ą

ce si

ę

w

czasie warto

ś

ci liczbowe, niestety – ró

ż

ne od zera. B

ę

dzie to wynikiem

nieuniknionego zjawiska zwanego „płyni

ę

ciem zera”. Nale

ż

y zapisa

ć

te

warto

ś

ci, klikaj

ą

c na przycisk Measure/Add one value. Wyniki z pierw-

Ć

wicz. Nr 71 Po miary tens ometryczne z zastosowaniem ...

20

20

szego wiersza zostan

ą

zapisane (zamro

ż

one) w pami

ę

ci systemu i

jednocze

ś

nie uwidocznione w drugim od góry wierszu tablicy.

21. Delikatnie zawiesi

ć

na ko

ń

cu belki odwa

ż

nik o masie 2 kg i stłumi

ć

oscylacje belki

22. W najwy

ż

szym wierszu tablicy pojawi

ą

si

ę

wyniki odpowiadaj

ą

ce

wydłu

ż

eniom wzgl

ę

dnym fragmentów belki, na których naklejone zostały

tensometry. Klikaj

ą

c na przycisk Measure/Add one value zapiszemy te

wyniki w pami

ę

ci systemu. Pojawi

ą

si

ę

one natychmiast w najni

ż

szym

wierszu tablicy. Jednocze

ś

nie zaczn

ą

by

ć

kre

ś

lone krzywe na arkuszu

roboczym widniej

ą

cym w dolnej cz

ę ś

ci okna. Proste narastaj

ą

ce

odpowiadaj

ą

tensometrom rozci

ą

gany, za

ś

opadaj

ą

ce – tensometrom

ś

ciskanym.

23. Delikatnie zawiesi

ć

na ko

ń

cu belki dodatkowy odwa

ż

nik o masie 2 kg i

stłumi

ć

oscylacje belki.

24. W najwy

ż

szym wierszu okna pojawi

ą

si

ę

nowe wyniki. Klikaj

ą

c na

przycisk Measure/Add one value zapiszemy je w pami

ę

ci systemu.

Pojawi

ą

si

ę

one natychmiast w najni

ż

szym wierszu okna. Zmieni si

ę

te

ż

odpowiednio wygl

ą

d prostych na wykresie.

25. W ostatnim etapie eksperymentu, na ko

ń

cu belki zawieszamy trzeci,

wskazany przez prowadz

ą

cego, odwa

ż

nik. Klikaj

ą

c na przycisk

Measure/Add one value

zapiszemy nowe wyniki w pami

ę

ci systemu.

Pojawi

ą

si

ę

one natychmiast w najni

ż

szym wierszu tablicy. Zmieni si

ę

te

ż

odpowiednio wygl

ą

d wykresu

26. W pierwszym wierszu tablicy wy

ś

wietlanej w oknie notowane b

ę

d

ą

ci

ą

gle

wyniki pomiarów w czasie rzeczywistym. Mimo nie zmieniaj

ą

cego si

ę

obci

ą ż

enia belki wyniki te ulega

ć

b

ę

d

ą

powolnym zmianom w rezultacie

wspomnianego wcze

ś

niej zjawiska „płyni

ę

cia zera”.

27. Rezultaty zapisane w czasie trwania eksperymentu mo

ż

na wydrukowa

ć

,

klikaj

ą

c prawym przyciskiem myszy na obszar wykresu i wybieraj

ą

c

lewym przyciskiem opcj

ę

Print Page. Zostanie wówczas wydrukowana

tablica wyników wraz z wykresami.

Uwaga: Wyniki wyra

ż

one w jednostkach [mV/V] widniej

ą

ce na

monitorze s

ą

ju

ż

warto

ś

ciami odkształce

ń

jednostkowych

(wzgl

ę

dnych), poniewa

ż

współczynnik tensoczuło

ś

ci K, patrz

zale

ż

no

ś ć

(6), został wcze

ś

niej wprowadzony w programie

Spider8 Control. Wyniki te nale

ż

y pomno

ż

y

ć

przez 1000, aby

otrzyma

ć

je w tradycyjnie stosowanych jednostkach -

µ

Str

(mikrostrejnach)

.

28. Na podstawie wyników pomiarów widniej

ą

cych na wydruku (w

przypadku awarii drukarki wyniki nale

ż

y odpisa

ć

z monitora), wypełnij

Tablic

ę

1. i uzupełnij j

ą

wynikami oblicze

ń

poszczególnych napr

ę ż

e

ń

Ć

wicz. Nr 71 Po miary tens ometryczne z zastosowaniem ...

21

21

jednostkowych

σ

. Napr

ę ż

enia

σ

oblicza si

ę

ze wzoru (1), przyjmuj

ą

c

warto

ś ć

modułu Younga E = 2,1·10

1 1

[N/m

2

].

(przypomnijmy: 1kG

≈

9,81N.)

Tablica 1

T1

T9

T13

T2

T14

P

ε

σ

ε

σ

ε

σ

ε

σ

ε

σ

kG

µ

Str

N/m

2

µ

Str

N/m

2

µ

Str

N/m

2

µ

Str

N/m

2

µ

Str

N/m

2

0

2

4

9

W sprawozdaniu nale

ż

y:

1. Sporz

ą

dzi

ć

tablic

ę

pomocnicz

ą

: Tablica 2

Tablica 2

Tensometry rozci

ą

gane

Tensometry

ś

ciskane

T1

T9

T13

T2

T14

X

1

=15cm

X

2

=35 cm

X

3

=45 cm

X

1

=15cm

X

2

=45 cm

P

σ

1

σ

2

σ

3

σ

1

σ

2

kG

N/m

2

N/m

2

N/m

2

N/m

2

N/m

2

2

4

9

2. Na podstawie wyników otrzymanych w Tablicy 2, wykre

ś

li

ć

we wspólnym

układzie współrz

ę

dnych prostok

ą

tnych zale

ż

no

ś

ci:

( )

i

x

f

=

σ

, dla

poszczególnych tensometrów i poszczególnych warto

ś

ci siły P.

gdzie:

x

i

–

odległo

ś ć

i-tego tensometru od miejsca zamocowania belki

3. We wspólnym układzie współrz

ę

dnych prostok

ą

tnych wykre

ś

li

ć

zale

ż

no

ś

ci

( )

P

f

=

σ

dla wszystkich tensometrów stosowanych w pomiarach

4. Odpowiedzie

ć

na pytanie, jakie wnioski dla konstruktorów urz

ą

dze

ń

mechanicznych wynikaj

ą

z wyników pomiarów otrzymanych w trakcie

ć

wiczenia ?

Ć

wicz. Nr 71 Po miary tens ometryczne z zastosowaniem ...

22

22

4. Pytania kontrolne

1. Podaj definicj

ę

odkształcenia jednostkowego

ε

.

2. Podaj definicj

ę

napr

ę ż

enia jednostkowego

δ

.

3. Podaj wzór okre

ś

laj

ą

cy prawo Hooke’a

4. Podaj zwi

ą

zek, jaki wyst

ę

puje mi

ę

dzy napr

ę ż

eniem jednostkowym i

odkształceniem jednostkowym.

5. Wyja

ś

nij zasad

ę

działania tensometru oporowego.

6. Jakie parametru drutu oporowego zmieniaj

ą

si

ę

w wyniku rozci

ą

gania tego

drutu?

7. Wymie

ń

rodzaje tensometrów

8. Omów korzy

ś

ci wynikaj

ą

ce z pomiarów wielopunktowych.

9. Podaj główne cechy systemu komputerowego Spider8

5. Literatura

1. Roli

ń

ski Z. Zarys elektrycznej tensometrii oporowej wyd. II WNT,

Warszawa 1966

2. Styburski W. Przetworniki tensometryczne WNT, Warszawa 1971
3. Łapi

ń

ski M. Pomiary elektryczne i elektroniczne wielko

ś

ci nieelektrycznych

WNT, Warszawa 1974

4. Zimmermann R. Pomiary drga

ń

i napr

ę ż

e

ń

metodami elektrycznymi, PWT,

Warszawa 1959

5. Lion K.S. Przyrz

ą

dy do bada

ń

naukowych WNT, Warszawa 1962