Przemysław Ostrowski Toruń, 18.04.2006

Fizyka Techniczna, MSK III

UMK

Ćwiczenie12. POMIARY TENSOMETRYCZNE, WAGA TENSOMETRYCZNA.

Wstęp teoretyczny

Rozwijając w szereg Taylora funkcę napięcia niezrównoważenia mostka od przyrostu oporności tensometru, okazuje się,że funkcja ta zachowuje się liniowo w przypadku kiedy mostek jest w równowadze, oraz ΔR≈ 0. Wtedy U_n=E/R* ΔR. Dlatego należy zadbać aby mostek był możliwie najbliżej równowagi.

• Opis aparatury

W ćwiczeniu zostały urzyte dwie kasety euro :

UBR - w roli mostka i wzmacniacza napięcia

TRM1 - w roli przetwornika ADC

W ćwiczeniu urzyta została belka mosiężna z przyklejony do niej tensometrem oporowym.

Mierzone kartą TRM1 napięcie było napięciem niezrównoważenia mostka, którego jednym z oporników był tensometr.W celu uzyskania najbliższej zera wartości napięcia niezrównoważenia , użyto potencjometru.

Opis kalibracji

W celu kalibracji układu, obrano punkt podparcia belki, jako środek tensometru.

Potencjometrem włączonym w układ mostka, ustawiono napięcie niezrównoważenia U_n możliwie bliskie zeru. Wzmocnienie karty UBR wynosiło 1000 razy. Ustawiona potencjometrem wartość U_n jest w kolejnychj pomiarach offsetem.

• Wyniki

W celu wyznaczenia modułu Younga, wykonano 9 pomiarów ( 100 pomiarów w serii) U_n, w funkcji odległości ciężarka od tensometr.

Wykres1. Zależność napięcia niezrównoważenia od odległości ciężarka od środka tensometru.

Dzięki czemu po przekształceniu danych (σ = 9,81*0,2 * l /0,72 [N/mm]; ε = (4*U_n)/(10*2,05) ) otrzymano zależność σ = E ε + B. Przedstawia ją wykres2.

Wykres2 Zależność σ = E ε + B. Wartość bezwzględna ze współczynnika kierunkowego prostej równa się modułowi Younga ( znak minus wynika z określenia napięcia niezrównoważenia).

E=114,8 [N/mm] ΔE= 2,6 [N/mm]

Aby przekształcić belkę tensometryczną, w wagę, wykonano 4 pomiary znanych mas w stałej odległości od tensometru ( 100 pomiarów w serii). Na podstawie odczytanych z przetwornika napięć niezrównoważenia mostka i odpowiadających im wartościom mas zawieszonych na belce, można wycechować wagę, dopasowując do punktów pomiarowych prostą. Postępowanie takie przedstawia wykres3.

Wpisując otrzymane parametry prostej do programu TRM1 otrzymano wagę, której wskazania odpowiadały rzeczywistym masom odważników (jeden odważnik 50g).

Waga działała poprawnie tylko przez pewien czas, po upływie którego wagę należało skalibrować ponownie.

Wykres3. Wyznaczanie współczynników cechowania wagi.

Tabela1. Zależność zmierzonej wartości masy od czasu - te same parametry kalibracyjne.

Ilość odważników	Zmierzona masa[g] w ciągu kilku minut od kalibracji	Zmierzona masa [g] po 30 minutach od kalibracji
0	-0,4	103
1	46	158
2	94	207
3	144	253
4	194	295

• Wnioski

1. Zależność oporności tensometru od odkształcenia pręta jest niewielka - zmiana napięcia niezrównoważenia mierzona w mV przy napięciu zasilania mostka 10V, dzięki czemu można używać przybliżenia : U_n≈ ΔR.

2. Stabilność czasowa badanej wagi jest fatalna, co przedstawia tabela1. Może to wynikać z faktu, że potencjometr użyty w ćwiczeniu doprowadzający do równowagi mostka, może być już zużyty i być mało stabilnym. Ewentualnie wina może leżeć po stronie tensometru. Np. Nie jest on skompensowany temperaturowo ( pracuje pojedyńczo, dwa tensometry po przeciwległych stronach belki, włączone w mostek mogły by dać lepszy efekt).

---