Masurarea electrica a alungirii, a tensiunilor mecanice, a fortelor si presiunii

Masurarea electrica a alungirii, a tensiunilor mecanice, a fortelor si presiunii

Un senzor tensometric rezistiv este un senzor rezistiv a carei variatie a rezistentei electrice este rezultatul variatiei lungimii conductorului din care acesta este realizat ca urmare a alungirii, respectiv contractiei. Senzorul tensometric este fixat pe o portiune din piesa care se deformeaza ca urmare a unei solicitari mecanice. Masurand prin metode electrice variatia rezistentei senzorului tensometric, care este proportionala cu alungirea sa, se poate determina pe baza unei etalonari prealabile deformatia piesei studiate, respectiv marimea neelectrica (forta, cuplu, presiune) ce a produs aceasta deformatie.

Exprimand rezistenta senzorului prin relatia:

se obtine , de unde rezulta prin diferentiere:

sau pentru mici variatii:

Raportul dintre deformatia transversala si cea longitudinala este :

unde m este coeficientul lui Poisson.

In ceea ce priveste variatia rezistivitatii si variatia volumului exista o relatie de forma:

unde c este o constanta specifica diverselor materiale.

Prin urmare:

respectiv dependenta dintre variatia relativa a rezistentei traductorului si variatia relativa a lungimii acestuia este:

Cum in cazul unor solicitari mecanice de intindere sau de comprimare a unei piese de proba in domeniul elastic, efortul unitar , unde A este aria sectiunii transversale a probei solicitate, are expresia:

unde E este modulul de elasticitate, rezulta ca este proportional cu tensiunea mecanica s, respectiv cu forta F .

Un senzor tensometric denumit uneori marca sau sonda tensometrica este in fapt un rezistor in forma de grila, Fig.32, dintr-un fir de 20 25 mm, fixat cu un adeziv pe un suport izolant. Marca tensometrica astfel rezultata se lipeste cu un adeziv special pe piesa supusa efortului mecanic.

In mod uzual, schema de masura este o punte Wheatstone in regim dezechilibrat, Fig. 33, in care doua sonde identice, una supusa solicitarii de masurat, alta libera, se afla montate in doua laturi adiacente ale puntii. Pentru F = 0 puntea se afla la echilibru, iar pentru F 0, curentul de dezechilibru masurat de aparatul indicator este dependent de variatia relativa a rezistentei sondei solicitate mecanic.

Traductoare pentru masurarea fortelor, denumite si capsule dinamometrice, se inseriaza cu proba supusa fortei de masurat. Senzorii acestor capsule pot fi marcile tensometrice prezentate mai sus, senzori magnetoelastici, din materiale cu proprietati magnetostrictive importante, sau senzori piezoelectrici.

Proprietatea de magnetostrictiune a unui material consta in modificarea proprietatilor magnetice sub influenta eforturilor mecanice. Un aliaj cu magnetostrictiune importanta este permalloyul (80Ni20Fe). Dintr-un astfel de material se construieste miezul magnetic al capsulei dinamometrice magnetoelastice din figura 34. Permeabilitatea magnetica fiind dependenta de forta F, rezulta ca inductivitatea traductorului este dependenta de aceasta forta. Masurarea electrica a inductivitatii ofera o informatie asupra fortei.

Proprietatea de piezoelectricitate consta in polarizarea electrica a unor substante cristaline (de exemplu cuart, titanat de bariu) in urma unor deformatii mecanice. Piesele 1 ale capsulei dinamometrice piezoelectrice, Fig. 35, sunt senzori piezoelectrici care fac ca atunci cand forta F este diferita de zero condensatorul capsulei sa aiba o tensiune la borne diferita de zero, a carei valoare este dependenta de marimea fortei F.