МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”
ВИВЧЕННЯ РОБОТИ ЕЛЕКТРИЧНИХ ТЕНЗОМЕТРІВ ПРИ ВИПРОБУВАННІ МЕТАЛЕВОЇ ФЕРМИ
ІНСТРУКЦІЯ
до лабораторної роботи №2 з курсу
“Випробування конструкцій будинків і споруд”
для студентів спеціальності 7.092101
“Промислове та цивільне будівництво”
ЗАТВЕРДЖЕННО
на засіданні кафедри
будівельних конструкцій та мостів
Протокол № 1 від 04.09.2008 р.
Львів 2008
“Вивчення роботи електричних тензометрів при випробуванні металевої ферми”. Інструкція до лабораторної роботи № 2 з курсу “Випробування конструкцій будинків і споруд” для студентів спеціальності 7.092101 “Промислове та цивільне будівництво” (Укладачі: В.М. Барабаш, П.П. Цібеленко. Львів, НУ ЛП, 2008 – 8 с.).
Укладачі: В.М. Барабаш
П.П. Цібеленко
Відповідальний за випуск: В.М. Барабаш
Рецензенти: І.І.Кархут
О.В.Крочак
Мета роботи:
1.Вивчити електричний прилад, який вимірює деформацію в елементах конструкцій – тензорезистори опору, реєструючу апаратуру, схеми вимірювання.
2.Визначити напруження в елементах металевої ферми експериментальним шляхом, порівняти отримані результати з результатами роботи № 1.
1.УСТАНОВКА ДЛЯ ВИПРОБУВАННЯ ФЕРМИ.
Установка складається із, зв'язаних між собою, металевої ферми і балки (мал. 1). Для їх спільного завантаження статичним навантаженням використовується гвинтовий домкрат.
Мал.1.
Електровимірювальний прилад вимірює деформації (неелектричні величини) за допомогою електричних параметрів (наприклад, опір в омах). У приладах розрізняють дві частини: перша - тензорезистор сприймає деформації елементу конструкції, який досліджується і перетворює їх у величини електричного виміру; друга - реєструюча установка - реєструє зміну того чи іншого електричного параметру, яка відбувається внаслідок деформацій тензорезисторів.
У практиці випробувань використовують різні види тензорезисторів. Найбільш широко використовуються дротяні тензорезистори опору в омах. Тензорезистор представляє зигзагоподібну решітку 1 з тонкого дроту діаметром 0,02...0,5 мм (матеріал дроту - константан, манганін, ніхром та ін.). Дротяна решітка 1 (мал.2) наклеюється спеціальним еластичним клеєм на смужку тонкого паперу 2 - основу. До кінців дротяної решітки припарюються виводи 3, виготовлені з мідного дроту або фольги.
Мал.2.
З метою збереження решітки від пошкоджень зверху на неї приклеюється шар 4 тонкого паперу. Основними характеристиками тензорезисторів є: опір R, база L і коефіцієнт чутливості S.
Для статичних випробувань будівельних конструкцій використовують тензорезистори з базами 10, 30, 50, 75 мм і (або) опором 100, 200, 400 Ом.
Тензорезистори наклеюються на підготовлену поверхню досліджуваного елементу конструкції.
Навантаження, яке діє на конструкцію, викликає деформації волокон елементу, які через клей і основу передаються решітці тензорезистора. При деформації тензорезистора змінюється довжина і площа поперечного перерізу дроту, що призводить до зміни опору тензорезистора. Це дає змогу замість заміру подовження або скорочення дроту зробити замір зміни його омічного опору.
Зміна опору тензорезистора при деформації елементу складає дуже мале значення (тисячну частку ома). Точні виміри досить малих приростів опору досягаються при використанні вимірювальних мостових схем, працюючих на постійному і змінному струмі. Мостова схема забезпечує високу чутливість і точність реєструючого пристрою внаслідок того, що шкала вимірювального приладу в цьому випадку розрахована тільки на заміри приростів EMBED Equation.DSMT4 , а не повних опорів R. Одна з таких мостових схем відома, як міст Уітстона.
Для реєструючої установки використовують автоматичний вимірювач деформацій (мал.3), принципова схема вимірювання якого побудована за принципом моста Уітстона. В основу роботи автоматичного врівноваженого мосту покладено нульовий метод вимірювання опору тензорезисторів.
Мал.3.
Прилад для вимірювання деформацій складається із зовнішнього напівмоста, складеного з активного Ra і компенсаційного Rk тензорезисторів, внутрішнього напівмоста R1 і R2, реохорда.
Активний або робочий тензорезистор Ra, наклеюється на елемент досліджуваної конструкції (при n-ій кількості тензорезисторів опору, наклеєних на елементі, використовується комутуючий пристрій). У суміжне плече зовнішнього напівмоста підключається компенсаційний тензорезистор. Цей тензорезистор (при n-ій кількості активних тензорезисторів кількість компесаційних тензорезисторів визначається числом колодок комутуючого пристрою) наклеюється на окрему деталь із цього ж матеріалу, що і досліджувана конструкція, і поміщається в однакові температурні умови з активним тензорезистором. Від коливання температури оточуючого середовища опору двох резисторів Ra і Rk змінюється на одне і теж значення. Однакова зміна опору двох суміжних плечей мосту не викликає додаткового струму у вимірювальній діагоналі. У результаті вимірювальний міст є здатним здійснювати температурну компенсацію, тому датчик Rk і називають компенсаційним. Зовнішній напівміст R1 і R2 знаходиться всередині реєструючого пристрою і використовується для врівноваження (балансу) моста.
Мостова вимірювальна схема працює таким чином. У врівноваженому (збалансованому) стані моста у вимірювальній діагоналі струм не протікає. При зміні омічного опору активного тензорезистора, виникаючого в зв'язку з деформацією конструкції, на яку він наклеєний, рівновага мосту порушується, тобто в діагоналі моста з'являється струм, його напруга збільшується електронним двигуном до значення, достатнього для приведення в рух реверсивного двигуна, який повертає кінематично зв'язаний з ним двигун реохорда RB і врівноважує міст. З рухом реохорда через зубчату передачу зв'язані вказівні стрілки. Кут повороту стрілок прямо пропорційний зміні опору тензорезистора. Для зручності шкала приладу розділена на 100 поділок з ціною 1х10-5 відносних одиниць.
Таким чином, на шкалі приладу реєструється зміна відносних деформацій досліджуваної конструкції у відносних одиницях, зв'язана із зміною омічного опору активного тензорезистора.
2.ПОРЯДОК ПРОВЕДЕННЯ РОБОТИ.
Тензорезистори на моделі металевої ферми і балки згідно схеми (мал.1). Після зняття нульових відліків, які заносяться в табл.2, ферма завантажується ступенями.
За значеннями отриманих відносних деформацій обчислюється напруження за формулою:
EMBED Equation.DSMT4 ,
де EMBED Equation.DSMT4 - відносна деформація; Е - модуль пружності сталі.
Отримані значення напружень в елементах ферми порівнюють із значенням напружень в елементах ферми, отриманими експериментальним і теоретичним шляхом у роботі № 1 (табл.3).
Таблиця 2.
EMBED Equation.DSMT4 ,
де EMBED Equation.DSMT4 - різниця відліків по шкалі приладу; EMBED Equation.DSMT4 - ціна однієї поділки шкали приладу.
Таблиця 3.
ЛІТЕРАТУРА.
1.Долидзе Д.Е. “Испытание конструкций и сооружений” - М: Высш. шк., 1975.
2.Аронов Р.А. "Испытание сооружений". - М.: Высш. шк., 1974.
3.Почтовик Г.Я., Злочевский А.Б., Яковлев Н.И. "Методы и средства испытания строительных конструкций". - М.: Высш. шк., 1973.
4.Золотухин Ю.Д. "Испытание строительных конструкций" - Минск, Вышейшая шк., 1983