Politechnika Śląska w Gliwicach
Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
Zakład Podstaw Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn Energetycznych

Ćwiczenie laboratoryjne z Wytrzymałości Materiałów

Sprawozdanie:

Temat ćwiczenia:

Tensometria oporowa – stała tensometry k

Skład sekcji:
Krzysztof Borkowski, Vanessa Bułkowska,
Michał Szulga, Piotr Groborz, Piotr Swalarz,
Grzegorz Steć, Łukasz Marzec

1. Wprowadzenie:

Odkształcenie ciała stałego poddanego obciążeniu charakteryzuje się względną zmianą położenia poszczególnych jego punktów. Do pomiaru tych przemieszczeń na powierzchni ciała, jako wielkości bardzo małych w zakresie sprężystym (często niezauważalnych gołym okiem) służą przyrządy zwane tensometrami. Pozwalają one na określenie naprężeń
w badanym obiekcie poprzez pomiar jego odkształceń. .
W materiałach podlegających prawu Hooke’a, gdy występuje jednokierunkowy stan napięcia, naprężenia wynoszą:

σ = Eε

Gdzie:
E – moduł Younga . . .
ε – jednostkowe odkształcenie mierzone w kierunku działania naprężenia.

2. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest:
a) zapoznanie się z tensometrią i różnymi rodzajami tensometrów,
b) poznanie obsługi mostka tensometrycznego,
c) poznanie sposobu wyznaczenia stałej tensometru.

3. Krótki wstęp teoretyczny:

Tensometrami nazywamy przyrządy pozwalające na pomiar odkształceń.
Można je podzielić na:
a) mechaniczne,
b) optyczne,
c) elektryczne,
d) pneumatyczne,
e) hydrauliczne,
f) strunowe.

W naszym doświadczeniu używaliśmy tensometru elektrycznego, w którym wykorzystuje się zjawisko zmiany oporu elektrycznego drutu na skutek zmiany jego długości.

W tensometrach elektrycznych wykorzystuje się relacje zachodzące pomiędzy pewnymi wielkościami elektrycznymi, a odkształceniami. Zależnie od tego, która z wielkości jest mierzona dokonuje się podstawowego podziału tych tensometrów na:
a) elektrooporowe
b) indukcyjne
c) pojemnościowe
d) piezoelektryczne
e)fotoelektryczne
f) magnetostrykcyjne

Stosuje się trzy typy tensometrów oporowych:
- wężykowe
- kratowe
- foliowe

Tensometry wężykowe wykonane są z odpowiednio ukształtowanego jednego kawałka drutu, pokrytego obustronnie bardzo cienkim papierem lub folią.

Tensometry kratowe składają się z szeregu pojedynczych odcinków drutów połączonych ze sobą w obwód taśmą o większym przekroju wykonaną z materiału o małej oporności własnej.

Tensometry foliowe wykonuje się z folii metalowej o grubości od 0,0025 do 0.025 mm sposobem podobnym do tego, jakim wytwarza się obwody drukowane.

4. Schemat układu:

Najczęściej stosowaną metodą do pomiaru odkształceń w tensometrii oporowej jest metoda zerowa. Zasadę pomiaru pokazano na rysunku:

Dla zmierzenia odkształceń próbki I (w kierunku działania siły P) nakleja się na próbkę tensometryczną czujnik oporowy (pomiarowy) o oporze R_I. .
Dla określenia zmian jego oporu ∆R_I należy czujnik włączyć w gałąź AD mostka Wheatstone’a. Badana próbka odkształca się na tylko wskutek działań mechanicznych, lecz również na skutek mogących występować w trakcie badań ewentualnych zmian temperatury. Aby wyeliminować wpływ zakłóceń na pomiary włącza się w gałąź BD drugi czujnik oporowy (tzw. kompensacyjny) o oporze R_II (R_II = R_I). Czujnik ten powinien być naklejony na nieobciążonej próbce II wykonanej z tego samego materiału co badana próbka I
i znajdującej się w tych samych warunkach. . .
Najczęściej pomiaru przyrostu oporu dokonuje się metodą zerową, polegającą na zrównoważeniu mostka przed obciążeniem, a następnie po obciążeniu i odczytaniu różnicy wskazań. Zrównoważenie mostka oznacza, że w gałęzi CD nie ma przepływu prądu.
Do zrównoważenia mostka służy specjalny opornik regulacyjny.

5. Wyznaczanie stałej tensometru:

Badanie przeprowadza się na belce jak w układzie przedstawionym na rysunku:

Na odcinku BC belka podlega zginaniu równomiernemu. Oznacza to, że moment gnący M_g, naprężenia σ, a zatem odkształcenia ε są jednakowe we wszystkich punktach na odcinku BC.

7. Uwagi i wnioski końcowe:

W obu przypadkach, podczas dociążania i odciążania belki siłą maksymalną (największą strzałką ugięcia) stała tensometru wyniosła dokładnie tyle, ile wartość średnia dla wszystkich pomiarów. . .
Dla dociążania belki średnia stała tensometru jest nieco mniejsza (3,09) niż podczas jej odciążania (3,26). . . . .
Wartość średnia dla całego eksperymentu wyniosła 3,17. . .
Stała tensometru k jest określana doświadczalnie i zależy od rodzaju materiału, z którego wykonany jest drucik czujnika, a jej wartość waha się w granicach od 1,6 do 3,6 dla najczęściej stosowanych stopów. . .
Wyznaczona doświadczalnie wartość stałej tensometru mieści się w tym zakresie.
Stałą k nazywa się również współczynnikiem czułości odkształceniowej lub współczynnikiem tensoczułości.