background image

 

 

1

Wyznaczanie stałej tensometru 
Tensometry służą głównie do pomiaru naprężeń, które poprzez moduł Younga mogą zostać 
przeliczone na odkształcenia, a następnie na szukaną wartość nieznanej wielkości 
oddziałującej na badany obiekt w oparciu o jego dane geometryczne. 
W budowie tensometrów wykorzystywane jest zjawisko zmiany rezystancji przewodnika. 
 

 

 

Rys. 1 Tensometr foliowy 

 
 Mostki tensometryczne 

 

 

 

Rys. 2 Pełny i pół mostek tensometryczny

 

 
Dla uproszczenia załóżmy,  że tensometry w układzie pełnego mostka są zasilane ze źródła 

in

U

 o zerowej rezystancji wewnętrznej  a wyjście 

out

U

  jest nieobciążone dzięki połączeniu 

ze wzmacniaczem o nieskończenie wielkiej rezystancji. Mamy wtedy 

)

)(

(

4

3

2

1

3

2

4

1

T

T

T

T

T

T

T

T

in

out

R

R

R

R

R

R

R

R

U

U

+

+

=

 

W wyniku pojawienia się odkształcenia występuje przyrost temperatury 
 

4

...,

,

1

,

=

Δ

+

i

R

R

R

Ti

Ti

Ti

 

 
Stąd 
 

)

)(

(

)

)(

(

...

)

)(

(

...

...

)

)(

(

)

)(

(

...

)

)((

(

4

4

2

2

4

4

1

1

3

3

2

2

3

3

2

2

3

3

1

1

4

4

1

1

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

in

iout

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

U

U

Δ

Δ

Δ

Δ

Δ

Δ

Δ

Δ

Δ

Δ

Δ

Δ

Δ

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

=

 

background image

 

 

2

Po łatwych przekształceniach otrzymujemy 
 

⎟⎟

⎜⎜

Δ

+

Δ

+

Δ

+

Δ

+

+

=

Δ

4

4

2

2

3

3

1

1

3

2

4

1

2

4

)

(

T

T

T

T

T

T

T

T

R

R

R

R

in

out

R

R

R

R

R

R

R

R

U

U

ε

ε

ε

ε

 

Przyjmuje się, że 

2

4

4

2

2

3

3

1

1

<<

⎟⎟

⎜⎜

Δ

+

Δ

+

Δ

+

Δ

T

T

T

T

T

T

T

T

R

R

R

R

R

R

R

R

 

skąd otrzymjemy 

)

(

4

1

3

2

4

1

R

R

R

R

in

out

U

U

ε

ε

ε

ε

+

=

Δ

 

 
 
 
Wyznaczenie stałej tensometru
 
 

l

R

k

ε

ε

=

    

Musimy wyznaczyć względne odkształcenia: 

l

l

l

Δ

ε

=

 oraz  

R

R

R

Δ

=

ε

 

Odkształcenie 

l

l

l

Δ

ε

=

 wyznaczamy używając wzorcowanej belki  stalowej o danych jak na 

poniższym rysunku. 
 
 

 

 

 
 
 
 
 
 
 

background image

 

 

3

Z zależności geometrycznych możemy napisać: 
 

L

l

b

b

l

=

0

   więc 

L

l

b

b

l

0

=

 

 
Odkształcenie

ε

  jest ilorazem, w zakresie odkształceń sprężystych, naprężenia

σ

 i modułu 

Young’a E (tzw. moduł sprężystości liniowej)  

E

l

σ

ε

=

  

naprężenie  

σ   jest ilorazem momentu 

g

M

 gnącego i wskaźnika wytrzymałości 

g

W

  

g

g

W

M

=

δ

 

 

g

W

 oraz 

g

M

 dla belki z rysunku wynoszą  

 

6

2

h

b

W

l

g

=

,   

Fl

M

g

=

 

 
a więc 

2

0

2

2

6

6

6

h

Eb

FL

h

Eb

Fl

h

b

E

Fl

l

l

l

=

=

=

ε

 

gdzie 

2

2

5

2

11

2

7

21

10

1

.

2

10

1

.

2

10

1

.

2

mm

ton

mm

N

m

N

mm

G

E

=

=

=

=

 

 
Odkształcenie

l

ε

 przenosi się na tensometry 

1

T

R

 i 

2

T

R

, które są naklejone na belkę za 

pomocą specjalnego kleju tensometrycznego np. X60 albo Z70 firmy HBM Hottinger 
Baldwin Messtechnik, przenoszącego odkształcenie belki (bazy) na tensometry.  
 
 

 

Metoda zerowa 
 

Odkształcenie 

R

R

R

Δ

=

ε

metodą zerową wyznaczamy korzystając z mostka prądu stałego  

wraz z belką z powyższego rysunku z naklejonymi na nią dwoma tensometrami. Układ 
pomiarowy obrazuje rysunek  
 
 

background image

 

 

4

 

Układ do wyznaczenia 

R

ε

tensometrów 

 
Wstępnie zrównoważony za pomocą rezystorów 

1

b

 i 

2

b

 mostek rozrównoważamy po 

zadziałaniu na belkę znaną siłą  F, występującą w uprzednio wyznaczonej zależności na 

l

ε

  

i równoważymy ponownie regulując np. rezystancję 

2

b

R

 na 

'

2

b

R

. Zadziałanie siły  F 

spowoduje, że tensometr naklejony na górnej powierzchni belki wzrośnie o 

Δ  a naklejony na  

dolnej zmaleje o 

Δ .   

 
Dla ponownie zrównoważonego mostka mamy: 

 

)

(

)

(

'

2

'

2

1

1

Δ

Δ

+

+

=

+

T

p

b

p

b

T

p

b

p

b

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

 

Δ

Δ

+

=

+

+

T

T

p

b

p

b

p

b

p

b

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

)

(

)

(

1

'

2

'

2

1

 

a po uproszczeniu

  p

R

 

Δ

Δ

+

=

+

+

T

T

p

b

b

p

b

b

R

R

R

R

R

R

R

R

)

(

)

(

1

'

2

'

2

1

 

 

Po wymnożeniu stronami otrzymujemy 
 

)

2

(

)

(

1

'

2

'

2

1

'

2

1

p

b

p

b

b

b

p

b

p

b

T

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

+

+

=

Δ

 

 

i szukaną wartość 

T

R

R

Δ

ε

=

 w postaci 

background image

 

 

5

)

(

2

'

2

1

'

2

1

'

2

1

b

b

p

b

b

b

b

p

T

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

+

=

=

Δ

ε

 

 
Dzieląc wyznaczone 

R

ε  przez 

l

ε

 otrzymujemy szukaną stałą tensometru. 

 
 
Metoda wychyłowa 

 

Oznaczmy przez:  

g

R

 - rezystancję galwanometru 

1

R

 - wypadkową rezystancję w 1 gałęzi mostka 

p

b

p

b

R

R

R

R

R

+

=

1

1

1

 

2

R

 - wypadkową rezystancję w 2 gałęzi mostka 

p

b

p

b

R

R

R

R

R

+

=

2

2

2

 

oraz załóżmy zerową rezystancję źródła zasilania mostka.  
Niech, dla tych oznaczeń, gdy 

0

Δ

zachodzi 

Δ

+

=

T

R

R

3

 

Δ

=

T

R

R

4

 

i wtedy przez galwanometr popłynie prąd 

g

, który z zasady Thevenina wynosi  

 

z

g

g

R

R

U

I

+

=

0

 

gdzie 
 

)

(

4

3

3

2

1

1

0

R

R

R

R

R

R

U

U

+

+

=

 

 

4

3

4

3

2

1

2

1

R

R

R

R

R

R

R

R

R

z

+

+

+

=

 

Wstawiając powyższe do wzoru na prąd 

g

I

 oraz uwzględniają, że 

T

R

R

R

2

4

3

=

+

 

2

2

4

3

Δ

=

T

R

R

R

 

otrzymujemy 
 

background image

 

 

6

)

2

)(

(

2

)

)(

(

2

[

2

2

2

1

2

1

2

1

2

1

1

T

T

g

T

T

T

g

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

U

I

Δ

Δ

+

+

+

+

+

+

=

 

czyli 
 

)

)(

(

2

)

(

2

)

(

2

2

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

Δ

Δ

+

+

+

+

+

=

T

T

g

T

T

T

g

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

U

I

 

 

Zakładając w ostatnim równaniu 

2

2

T

R

<<

Δ

 oraz mnożąc go przez 

T

T

R

 otrzymujemy 

ostatecznie 

)

(

2

)

(

2

)

(

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

U

I

T

g

T

g

+

+

+

+

+

=

Δ

 

 
 
Wyznaczenia 

R

ε

 dokonujemy w dwóch krokach.  

1.  Wstępnie rozrównoważamy mostek oporem 

b

R

2

 na 

'

2b

R

 uzyskując opór wypadkowy tej 

gałęzi wynoszący 

'

2

 

 
Dla 

0

=

F

 i 

0

=

Δ

 prąd galwanometru i jego wychylenie wynosi teraz 

 

 

)

(

2

)

(

2

'

2

1

'

2

1

'

2

1

'

2

1

1

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

U

I

T

g

g

g

+

+

+

+

=

=

α

 

 

2. Dla ustalonej wartości 

'

2

 zadajemy znaną siłę 

 co powoduje powstanie 

0

>

Δ

 i nowy 

prąd równy 

 

)

(

2

)

(

2

)

(

'

2

1

'

2

1

'

2

1

'

2

1

'

2

1

2

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

U

I

T

g

T

g

g

+

+

+

+

+

=

=

Δ

α

 

 
Dzieląc przez siebie ostatnie dwa równania otrzymujemy 
 

)

(

'

2

1

'

2

1

'

2

1

2

1

R

R

R

R

R

R

R

T

g

g

+

=

Δ

α

α

 

 
 
 

background image

 

 

7

skąd  
 

)

1

(

1

2

'

2

1

'

2

1

g

g

T

R

R

R

R

R

R

α

α

Δ

ε

+

=

=

 

Uwzględniając poprzednie założenia na 

1

R

 i 

'

2

 mamy 

)

(

2

'

2

1

'

2

1

'

2

1

'

2

'

2

1

1

'

2

'

2

1

1

'

2

1

'

2

1

b

b

p

b

b

b

b

p

b

p

b

p

b

p

b

p

b

p

b

p

b

p

b

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

+

+

=

+

+

+

+

+

=

+

 

więc ostatecznie 
 

)

1

(

)

(

2

1

2

'

2

1

'

2

1

'

2

1

g

g

b

b

p

b

b

b

b

R

R

R

R

R

R

R

R

α

α

ε

+

+

=