Tensometria ( latinasta tensus - jännittynyt ja kreikkalainen μετρέω - mitta) - joukko kokeellisia menetelmiä osan, rakenteen mekaanisen jännityksen määrittämiseksi. Se perustuu mekaanisen rasituksen aiheuttamien muodonmuutosten tai muiden materiaaliparametrien määrittämiseen (esim. kahtaistaitteisuus tai valon polarisaatiotason pyöriminen kuormitetuissa läpinäkyvissä osissa).
Venymämittauslaitteita kutsutaan venymämittareiksi . Toimintaperiaatteen mukaan venymämittarit jaetaan sähköisiin, optisiin, pneumaattisiin ja akustisiin. Venymämittari sisältää venymämittarin ja osoitinlaitteet (indikaattorit) ja/tai tallennuslaitteet.
Venymämittareita, jotka on suunniteltu mittaamaan muodonmuutoksia tutkittavan kohteen monissa kohdissa ja jotka on varustettu välineillä tietojen käsittelemiseksi, tallentamiseksi ja lähettämiseksi ohjaussignaaleina, kutsutaan usein venymämittariaseiksi tai venymäantureiksi.
1980-luvulle asti venymämittarit olivat sarja tallentimia , jotka tallensivat monien antureiden signaalit paperinauhalle. Tietotekniikan kehitys ja ADC:iden käyttö ovat muuttaneet tämän laitteen ulkonäköä. Tuli mahdolliseksi paitsi rekisteröidä venymämittarin signaaleja, myös käsitellä niitä digitaalisesti reaaliajassa , visualisoida muodonmuutoksia näyttöruuduilla ja antaa automaattisesti ohjaussignaaleja testatun rakenteen toimintatilan vaihtamiseksi, esimerkiksi kompensoimaan muodonmuutoksia . manipulaattorien osat CNC- koneissa , mikä parantaa tarkkuutta.työkappaleen käsittely.
Kantojen mittaamiseen on ehdotettu monia erilaisia menetelmiä, joista jokaisella on omat etunsa ja haittansa, joten menetelmän valinta riippuu tehtävästä.
Perustuu pintojen pienten siirtymien mittaukseen, jotka tallennetaan esimerkiksi interferenssimenetelmillä , moiré-kuvioilla jne.
Erillinen ryhmä optisia menetelmiä ovat kuituoptiset anturit, jotka perustuvat tutkittavaan kohteeseen liimatun kuitulangan muodonmuutoksen mittaamiseen, joihin muodostuu Bragg-hila .
Optisesti läpinäkyvien osien muodonmuutosten tutkimiseen käytetään menetelmiä, jotka perustuvat kuormitetuissa osissa kahtaistaittavuuden esiintymisen tai polarisaatiotason pyörimisen vaikutukseen - fotoelastisuusilmiöön . Tässä tapauksessa osa sijoitetaan ristikkäisten polarisaattorien väliin ja havaitaan visualisoitu jännityskuvio läpäisevässä valossa. Tällöin yleensä tutkitaan optisesti läpinäkyvien osien mallien muodonmuutoksia [1] .
Ne perustuvat paineilman paineen mittaamiseen tutkittavan osan pinnan vieressä olevassa suuttimessa . Suuttimen etäisyyden muuttaminen pinnasta aiheuttaa rekisteröidyn paineen muutoksen.
Kun osia kuormitetaan, materiaalin akustiset parametrit muuttuvat, kuten äänen nopeus , akustinen vastus , vaimennus. Nämä muutokset voidaan mitata pietsosähköisillä antureilla.
Myös akustiset menetelmät sisältävät anturit, jotka kuormitettuina herkän elementin luonnollisen värähtelyn taajuus muuttuu - esimerkiksi merkkijonoanturit.
Käytetään jännitysmittarin herkän elementin materiaalin sähköisten parametrien muutosta kuormituksen alaisena, yleensä sähkövastuksen muutoksia (venymäresistiiviset anturit) tai muodonmuutosten aiheuttamia jännityksiä (pietsosähköinen). Jälkimmäisten haittapuolena on, että ne eivät sovellu staattisten muodonmuutosten mittaamiseen, mutta niillä on erittäin korkea herkkyys.
Perinteisesti sähkömenetelmiä ovat erilaiset pienten siirtojen sähkömittarit - kapasitiiviset, induktiiviset anturit jne.
Kun materiaali muuttuu, atomien väliset etäisyydet tutkittavan kohteen materiaalin metallihilassa muuttuvat, mikä voidaan mitata röntgendiffraktiomenetelmillä .
Nyt se on kätevin ja yleisimmin käytetty menetelmä. Kun sähköä johtavia materiaaleja (metallit, puolijohteet ) muutetaan, niiden sähkövastus muuttuu ja sen seurauksena anturin herkän elementin resistanssi muuttuu. Johtavina materiaaleina käytetään yleensä metallikalvoja, jotka on kerrostettu joustavalle dielektriselle alustalle. Viime aikoina on käytetty puolijohdeantureita. Anturielementin resistanssi mitataan tavalla tai toisella.
Metalliseoskalvo kerrostetaan dielektriselle alustalle (esimerkiksi polymeerikalvolle tai kiillelle ) tyhjiössä maskin kautta tai substraatille muodostetaan johtava konfiguraatio fotolitografisilla menetelmillä. Jälkimmäisessä tapauksessa kerros fotoresistiä levitetään valmiiksi levitetylle jatkuvalle metallikalvolle alustalle ja valaistaan ultraviolettisäteilyllä fotomaskin läpi . Fotoresistin tyypistä riippuen fotoresistin valotetut tai valottamattomat alueet pestään pois liuottimella. Sitten fotoresistillä suojaamaton metallikalvo liuotetaan (esimerkiksi hapolla), jolloin muodostuu metallikalvosta kuviollinen kuvio.
Kalvomateriaalina käytetään yleensä seoksia, joilla on alhainen lämpötilavastuskerroin (esimerkiksi manganiini ) - vähentämään lämpötilan vaikutusta venymämittarin lukemiin.
Venymämittaria käytettäessä alusta liimataan muodonmuutosta tutkittavan kohteen pintaan tai kimmoisasti muotoaan muuttavan elementin pintaan, jos sitä käytetään vaa'oissa , dynamometreissä , torsiometreissä , paineantureissa jne. siten, että venymämittari on vääntynyt yhdessä osan kanssa.
Tällaisen venymämittarin venymäherkkyys riippuu muotoaan muuttavan voiman kohdistamissuunnasta. Näin ollen suurin herkkyys jännityksessä ja puristuksessa on kuviossa pystyakselilla ja melkein nolla vaaka-akselilla, koska siksak-muodossa olevat metallinauhat muuttavat poikkileikkaustaan voimakkaammin pystysuuntaisen muodonmuutoksen aikana.
Venymämittari on kytketty sähköjohtimien avulla ulkoiseen sähköiseen mittauspiiriin.
Tyypillisesti venymämittarit sisällytetään yhteen tai kahteen tasapainotetun Wheatstonen sillan varteen , joka saa virtansa vakiojännitelähteestä (sillan diagonaali A-D). Säädettävän vastuksen R 2 avulla silta tasapainotetaan siten, että voiman puuttuessa diagonaalijännite tehdään nollaksi. Signaali otetaan sillan B-C diagonaalista ja syötetään sitten mittauslaitteeseen , differentiaalivahvistimeen tai ADC :hen .
Kun suhde R 1 / R 2 = R x / R 3 täyttyy, sillan diagonaalin jännite on nolla. Muodonmuutosten myötä resistanssi R x muuttuu (esimerkiksi se kasvaa venytettäessä), tämä aiheuttaa vastusten R x ja R 3 (B) liitoskohdan potentiaalin pienenemisen ja B-C diagonaalin jännitteen muutoksen. sillasta - hyödyllinen signaali.
Resistanssin muutos Rx voi johtua paitsi muodonmuutoksesta, myös muiden tekijöiden vaikutuksesta, joista tärkein on lämpötilan muutos, joka aiheuttaa virheen mittaustulokseen. Lämpötilan vaikutuksen vähentämiseksi käytetään metalliseoksia, joiden TCR on alhainen, kohde termostoidaan, lämpötilamuutoksia korjataan ja/tai differentiaalipiirejä jännitysanturien kytkemiseksi siltaan.
Esimerkiksi kuvan piirissä vakiovastuksen R 3 sijasta ne sisältävät saman venymäliuskan kuin R x , mutta kun osa deformoituu, tämä vastus muuttaa resistanssiaan päinvastaisella etumerkillä. Tämä saavutetaan kiinnittämällä venymäantureita osan eri tavoin muotoutuneiden vyöhykkeiden pinnalle, esimerkiksi taivutetun palkin eri puolilta tai yhdeltä sivulta, mutta keskenään kohtisuorassa suunnassa. Lämpötilan muuttuessa, jos molempien vastusten lämpötila on yhtä suuri, (lämpötilan muutoksen aiheuttaman) vastuksen muutoksen etumerkki ja suuruus ovat yhtä suuret ja lämpötilapoikkeama kompensoituu.
Teollisuus tuottaa myös venymäantureiden yhteydessä toimivia erikoismikropiirejä, joissa signaalivahvistimien lisäksi usein käytetään siltavirtalähteitä, lämpökompensointipiirejä, ADC:itä, digitaalisia liitäntöjä viestintään ulkoisten digitaalisten signaalinkäsittelyjärjestelmien kanssa ja muita palvelutoimintoja. tarjotaan.
Sitä käytetään erilaisten koneiden, osien, rakenteiden suunnittelussa. Tällöin muodonmuutoksia ei pääsääntöisesti tutkita itse suunniteltujen esineiden, vaan niiden malleiden - esimerkiksi siltojen, lentokoneiden runkojen jne. - muodonmuutoksia. Usein mallit tehdään pienennetyssä koossa .
Sitä käytetään myös erilaisissa voimanmittauslaitteissa, -instrumenteissa - vaa'oissa, painemittareissa, dynamometreissä, vääntömomentin antureissa (torsiometreissä). Näissä laitteissa venymämittarit mittaavat elastisten elementtien (palkit, akselit, kalvot) muodonmuutoksia [2] .