Что такое терапевтическая стоматология ?. Чем занимается и какие процедуры входят в курс лечения ?

Стоматолог-терапевт: что лечит и с каким проблемами следует к нему обращаться?

Невыносимая зубная боль, воспаленные десна и неприятный запах изо рта требует срочного вмешательства стоматолога, чтобы не усугубить уже имеющуюся проблему.

Первичный прием проводится стоматологами-терапевтами. Это востребованная специализация, поскольку данные врачи лечат распространенные патологии десен, зубов и тканей полости рта. Стоматолог-терапевт имеет более широкий диапазон знаний, в отличие от узкоспециализированного ортодонта или хирурга. Такие стоматологи устраняют пародонтиты и пародонтозы, избавляют патологических изменений в работе слюнных желез, лечат от хейлитов и глосситов (воспалений губ и языка)

Стоматолог-терапевт не только пломбирует каналы, лечит десна или устраняет зубные камни. Врач стоматолог работает над изучением проблем челюстно-лицевой области и разработкой новых методик их преодоления.

Какие заболевания лечит стоматолог-терапевт?

В нашей семейной клинике «Династия» стоматологами практикуется индивидуальный подход к каждому обратившемуся в зависимости от типа, происхождения и динамики недуга, уровня болевого порога.

Основные задачи, решающиеся стоматологом-терапевтом:

  • Диагностика и определение причин воспалений, лечение пародонтоза, периодонтита, пародонтомы, гингивита и пародонтита;
  • Лечение и профилактика кариеса (удаление стоматологом зубного камня и пломбирование каналов);
  • Восстановление механических повреждений зубов (трещины, сколы);
  • Устранение заболеваний некариозного происхождения (пигментация/эрозия либо гипоплазия эмали, флюороз, вскрытие пульпы, амелогенез, переломы корней, дентиногенез, одонтогенез).

В клинике «Династия» стоматолог-терапевт проводит и эстетическую реставрацию, что позволяет решить все проблемы в пределах одного кабинета, без привлечения ортопеда. Не вставая с кресла терапевта, можно за два часа восстановить переднюю сторону поверхности зубов с помощью виниров и люминиров (накладки для «голливудской улыбки») – безболезненно, быстро и эффективно.

Когда следует обращаться к стоматологу-терапевту

Люди советской закалки не любят посещать стоматологов, потому что их пугает устойчивая ассоциация со «страшной бор-машиной» и сильной болью. В медицинском центре «Династия» стоматологи-терапевты используют современные методы и оборудование, чтобы полностью обезболить процесс.

Стоматолог-терапевт поможет в случаях, когда:

  • Во время гигиенической очистки полости рта наблюдается кровоточивость;
  • Эмаль зубов поменяла оттенок;
  • Устраняет причину неприятного запаха;
  • Поражение слизистых рта, требующих вмешательства терапевта;
  • Наблюдаются постоянная «ноющая» боль, усиливающаяся при нажатии на зуб;
  • В поверхности зубов появились кариозные полости и они стали остро реагировать на холодное/горячее;
  • Опухают и краснеют десна либо на них появляются новообразования. Стоматолог-терапевт определит причину воспаления и назначит лечение;
  • Зубы получают механические повреждения или имеют врожденные косметические изъяны;
  • Постоянная «блуждающая» боль, отдающая в ухо или висок – помощь стоматолога-терапевта требуется незамедлительно.

Полезная информация: посещать стоматолога-терапевта рекомендовано два раза в год для планового осмотра и чистки зубов специализированными инструментами. С помощью лазера стоматолог удаляет минерализированные отложения на поверхности зубов, вместе с ним уходят и болезнетворные бактерии. Процедура позволяет даже немного осветлить эмаль.

Стоимость услуг стоматолога

Стоматолог-терапевт оказывает широкий перечень услуг, поэтому цены зависят от многих факторов: типа заболевания и сложности его лечения; расходных материалов и количества сеансов у стоматолога.

Базовая стоимость услуг:

  • Профессиональная чистка – 170 рублей;
  • Лечение пульпитов и пародонтитов – от 550 рублей;
  • Устранение кариеса – от 300 рублей;
  • Химическое отбеливание всех зубов – 8000 рублей.

Полный перечень находится в прайс-листе на сайте.

Если понадобилась профессиональная помощь стоматолога, то наша клиника предлагает услуги специалистов с многолетним опытом работы.

Полезные рекомендации по уходу за ротовой полостью от стоматолога

Стоматолог-терапевт пропагандирует профилактику кариеса и дает основные советы:

  • Соблюдайте гигиену (очищайте зубы после еды и применяйте зубную нить);
  • В процессе чистки щеткой не забывайте про язык, потому что на нем в первую очередь скапливаются микробы;
  • Ограничьте потребление газированных и красящих напитков, чипсов, леденцов и карамельных конфет;
  • Проходите профилактический осмотр у стоматолога.

Стоматолог-терапевт способен предотвратить заболевания и вылечить их на ранней стадии, что поможет избежать множества проблем.

Чтобы записаться на прием – звоните по указанным на сайте номерам телефонов или воспользуйтесь формой обратной связи.

Тензометр — понятие и разновидности прибора

Тензометр – это прибор, который преобразует физическую величину силы воздействия на объект в электрический сигнал. Изменения тока в цепи отображаются на интерфейсе тензометра числовыми величинами в единицах измерения силы.

Физические принципы тензометрии

Метод тензометрии – это способ определения напряжённого состояния какой-либо конструкции при возникновении локальных деформаций. Методика измерений позволяет выявить слабые места конструкции, находящейся в напряжённо-деформированном состоянии. Существует несколько способов измерения деформаций:

  • оптический;
  • пневматический;
  • акустический;
  • электрический;
  • рентгеновский.

Оптический

Оптоволоконные датчики приклеивают к массиву. С помощью оптоволоконной нити, в которой сформирована брегговская решётка, происходит фиксация изменения геометрии поверхности исследуемого объекта. В результате обработки полученного электронного сигнала результат отображается на экране прибора.

Важно! Деформации оптически прозрачных тел измеряют методами, основанными на эффекте двойного лучепреломления. Также величину фотоупругости нагруженного тела меряют способом вращения плоскости поляризации.

Пневматический

Применяют поток сжатого воздуха в сопле, направленного на исследуемую поверхность объекта под силовым напряжением. Малейшее изменение расстояния между соплом и телом вызывает изменение давления воздушного потока, которое регистрируется специальными датчиками.

Акустический

Пьезоэлектрическими элементами отмечают изменения акустических параметров объекта. То есть происходят замеры скорости звука, акустического сопротивления и его затухания. В другом случае струнные датчики под воздействием деформаций объекта меняют частоту собственных колебаний.

Электрический

Измерения деформаций фиксируются тензодатчиками. Они отражают изменения электрического сопротивления нагружаемого объекта. Измерительные элементы называют тензорезистивными датчиками.

Рентгеновский

В материалах, подвергающихся силовым воздействиям, меняются расстояния между атомами в кристаллической решётке исследуемого тела. Для фиксации динамики этих процессов применяют рентгеноструктурный метод.

Тензорезистивный метод

В основу этого самого популярного метода положен принцип измерения динамического изменения удельного электрического сопротивления испытуемой детали под нагрузкой. В качестве измерителей применяются полупроводниковые тензометрические датчики. Металлический датчик, улавливая колебания электрического сопротивления детали, сам меняет величину собственного сопротивления. Изменение характеристики тока, проходящего через датчик, отражает тензометр на своём интерфейсе.

Читайте также:  Осложнения после синус-лифтинга и костной пластики

Конструкция типичного металлического датчика

Тензометрирование осуществляется с помощью металлических датчиков плёночного типа. Их изготавливают несколькими способами, но конструкция остаётся одной и той же. В одном случае на полимерную плёнку накладывают трафарет (маску) и сверху напыляют тонкий слой металлического сплава.

По-иному токопроводящую форму резистора создают методом фотолитографии. На напылённую металлическую поверхность наносят фоторезист. Через фототрафарет просвечивают поверхность ультрафиолетом. В зависимости от вида фоторезиста, растворителем смывают засвеченные участки или необлучённые поверхности. Открытый металлизированный слой смывают кислотой, получая фигурную металлическую плёнку.

Тензометрический рисунок датчика напоминает по форме сжатую пружину в плане. Чтобы снизить влияние температуры на показания тензометра, для печатной формы датчика применяют металлические сплавы с низким коэффициентом удельного сопротивления.

Датчики имеют самоклеящуюся подложку. Плёнки приклеивают к поверхности исследуемых объектов: это могут быть рычажные весы, динамометры, валы автомобилей, секции трубопроводов. Таким же способом измеряют степень деформации валопроводов и опорных подшипников в машиностроении, и др.

Обратите внимание! Чувствительность тензорезистора зависит от ориентирования датчика по направлению приложения нагрузки к объекту. Если происходит сжатие или растяжение детали, то продольные линии тензорезистора должны располагаться по оси приложения нагрузки. В противном случае чувствительность датчика будет равна нулю.

Измерительная схема

Тензорезисторная измерительная схема включает в себя так называемый сбалансированный мост Уинстона. Ниже на рисунке он представлен со встроенным по диагонали вольтметром. Проводник A – D замкнут на источнике постоянного напряжения.

Переменный резистор R2 в отсутствие нагрузки сводит напряжение к нулю. Вольтметр диагонали B – C показывает изменение уровня напряжения в схеме при наличии нагрузки, приложенной к исследуемому объекту. Параллельно этому сигнал с линии B – C подаётся через дифференциальный усилитель в тензометр.

Применение тензометрии

Тензометрия является неотъемлемой частью испытаний макетов и экспериментальных образцов, проектируемых ответственных строительных конструкций, продукции авиапрома, космической техники и пр. Тензометрии подвергают здания и сооружения, в которых были замечены нарушения целостности конструкций.

На принципах тензометрии проектируют и производят приборы измерительного назначения. К ним относятся весы, динамометры, торсиометры (датчики крутящего момента). Тензорезисторы играют большую роль в профилактике и предупреждении возникновения возможных аварийных ситуаций, связанных с разрушением строительных конструкций, различного оборудования тяжёлой промышленности и т.п.

Принцип действия тензометра

Чтобы понять принцип действия тензометра, надо вернуться к рассмотрению вышеуказанной измерительной схемы. При возникновении деформации тензорезистор Rx меняет своё сопротивление, что вызывает падение потенциала в точке схождения R3 и Rx. В результате изменяется напряжение моста B – C. На изменение сопротивления тензорезистора Rx может оказывать побочное влияние окружающая температура. При получении результатов тестирования данные корректируют, внося поправки на изменение температуры.

Виды тензометров

Для измерения деформаций различных объектов были созданы тензометры, отличающиеся принципами действия и областями применения. По этим признакам измерительное оборудование подразделяют на следующие виды:

  • механическое;
  • резистивное;
  • струнное;
  • ёмкостное;
  • индуктивное.

Механические

Измерения основаны на фиксации изменения длины объекта под нагрузкой. Работа механического тензометра заключается в определении зависимости удлинения тела от напряжения в поперечном сечении.

Резистивные

Плёночные тензоризисторы, наклеенные в разных направлениях на теле объекта, при его сжатии или растяжении меняют своё электрическое сопротивление вместе с объектом. Точность измерений деформаций обеспечивается работой не одного датчика, а группы тензорезистров.

Струнные

Струнный вариант представляет собой стальную проволоку (струну), её натягивают между опорами, которые закрепляют на поверхности объекта. Суть измерений заключаются в определении отношения частоты колебания струны к степени её натяжения при изменении длины обследуемого тела под воздействием нагрузки.

Ёмкостные

В качестве датчика применяют конденсатор с переменной ёмкостью. Деформация объекта вызывает изменение зазора между пластинами конденсатора, что отражается на характеристике тока в измерительной схеме прибора.

Индуктивные

Устройство прибора основано на применении катушки индуктивности, в которой установлен подвижный сердечник. Он напрямую контактирует с поверхностью объекта. При малейшей деформации поверхности происходит смещение сердечника в катушке. Изменяющиеся параметры катушки индуктивности фиксируются через электросхему прибором.

Примеры использования тензометров

Одним из примеров может служить максимальная оптимизация степени натяжения полотна ленточной пилы. Также стоит упомянуть об обследовании железобетонных конструкций, которые производят с помощью тензометров, фиксирующих степень напряжения арматуры в массиве бетона.

Настройка тензометра

Настройку тензоизмерений производят с помощью компьютерной программы Тензометр. Операционная система позволяет осуществлять измерения с помощью тензометрических датчиков силы, крутящего момента на основе мостовых и полумостовых схем в тензостанции ZET 017-T. С её настройкой можно проводить измерения силы, крутящего момента, веса и смещений.

Самописец программы отображает фиксированные результаты в почасовом режиме. Статистика показаний отображается графически и в табличном виде.

Параметры

Комплекс измерений формируется выбором нужных характеристик в поле «Параметры» на интерфейсе программы. К ним относятся:

  • ток питания;
  • показания;
  • единицы измерений;
  • сглаживание;
  • коррекция;
  • инверсия данных.

Тензорезистор

Для его настройки пользуются окном программы – «Тензорезистор». Для выбора процесса измерений используют раздел «Файл калибровки». Высвечивается поле «Показания». В нём указываются данные датчика.

Тензодатчик

Используют поле программы – «Тензодатчик». Для настройки применяют два параметра: это чувствительность и предел измерений.

Многоканальный

Программа поддерживает многоканальные режимы измерений. Их использует при установке на объект группы датчиков.

Подсказки в программе Тензометр

Корректировщик программы укажет во всплывающем окне неправильное задание тех или иных параметров. Разработчики программного продукта учли самые распространённые ошибки и позаботились о следующих оповещениях:

  • отсутствие опорного канала;
  • неправильно заданы каналы;
  • низкий уровень опорного сигнала (ниже 3% верхнего диапазона).

Дополнительная информация. Программное обеспечение ZETLAB TENZO содержит программу Тензометр для всех тензостанций. При сбое программ подключают Ethernet. Для этого запускают панель ZETLAB, нажимают клавишу F1 и находят строку подключения к Ethernet.

Читайте также:  Художественная реставрация зубов в Киеве

Тензометрические обследования помогают избегать просчётов в проектировании объектов, испытывающих деформации различного характера под воздействием разных внешних факторов. Своевременное выявление причин, вызывающих изменения характеристик объекта, позволяет сохранить его эксплуатационные качества и предотвратить возникновение аварийных ситуаций.

Видео

Метод тензометрии

Метод тензометрии

  • Метод тензометрии Чтобы определить напряжение методом тензома, экспериментально была определена деформация в произвольной точке, а затем было определено напряжение с использованием обобщенного закона крюка. В общем случае условий плоских напряжений необходимо знать две линейные деформации, EU и угловые (Xu) деформации. Поскольку прямое определение угловой деформации затруднительно, обычно обнаруживается только

линейная деформация. Для любой точки, если местоположение основной детали известно заранее, полностью охарактеризовать напряженное состояние в этой точке путем определения основных деформаций ei и E2 В большинстве случаев местонахождение основного сайта неизвестно. Это усложняет задачу.

Следует применять специальный метод, который может устанавливать напряженное состояние на основе измерения только линейной Людмила Фирмаль

деформации. Вы также можете найти следующие соображения: Типичный случай. Чтобы измерить удлинение на поверхности тела, планируется сегмент, и его длина называется s до деформации. С помощью специального оборудования — тензодатчика (отсюда и название метода) — определяется абсолютное удлинение сегмента, поэтому рассчитайте среднюю линейную деформацию s = As / s от длины основания до длины основания Если напряженное состояние

точки однородно, или При близком к 1,39 (что не меняется слишком быстро) среднее значение е найденного можно рассматривать как истинное значение изучаемой точки. В противном случае найденное значение e можно рассматривать как усредненное приближение, чем ближе к истинной деформации, тем меньше основание s, на котором измеряется удлинение. В точках на поверхности тела, где внешняя нагрузка не прикладывается напрямую, всегда есть плоское (или линейное) состояние давления. Действительно, поверхность тела

  • будет параллельна этой грани, если вы выберете базовый куб так, чтобы одна из его граней соответствовала поверхности тела Рис 128А Освободился от напряжения. Следовательно, только два главных напряжения на поверхности куба, перпендикулярной поверхности, могут быть ненулевыми. Именно эти напряжения можно определить путем измерения деформации. Вот пример. 128) 1. Известно, что в данной точке в определенном направлении происходит простое растяжение или сжатие. Для определения A достаточно использовать od и n в качестве тензодатчиков, а основание расположено в направлении действия a (рис. 128, ‘a). Определено по опыту e, закону

Гука По находим а = ее. Это делается, например, при испытании образца на растяжение или сжатие (см. Главу II). 2. На данный момент известно только направление основного напряжения на и А2. Чтобы определить величину этих напряжений, необходимо положить d в тензодатчик, установленный в направлении a2 у его основания (рис. 128, б). С их помощью мы находим основные варианты et и E2 из опыта, а затем по формуле (3.45) в главе III 140E ° 1 = -T-R. 2 (£ 1 + ° 2 = J_p, 2 (e2 + P-®1) — (А> 3. В этот момент главное напряжение с произвольно выбранной осью x и главным напряжением и O2 и углом направления формирования a (рис. 128, б). Чтобы определить, что ясно, три неизвестных А2, и это должно быть получено из опыта

t p и любой деформации. Это, например, ex, относительное удлинение ЕС и Людмила Фирмаль

угол смещения CCS, которое находит ej, Ej и E2 по уравнению (3.39), а затем включает A2. Однако, как упоминалось выше, этот метод фактически не используется из-за сложности экспериментального определения угла сдвига. Поэтому обычно в этой точке tR, ydl, n en, I: ex и EU показаны на рисунке для g45o # this t R и тензодатчика под углом 45 ° в направлении оси x, y V. Эта тензометрическая установка называется прямоугольной розеткой. Например, эквигулярные розетки других типов применяются, когда угол между тремя основаниями тензодатчика равен и равен 120 °. Получена формула расчета прямоугольного гнезда. Покажем угол между направлением E4 и направлением GC A, тогда угол между направлением et и

направлением s45o и EU будет 4-45 ° и A4-90 ° соответственно. Учитывая это, мы можем написать выражение (3.36): (5,1> Давайте решим эти уравнения для E1> E2 и a. Помните, что ex, g2o и EU известны из опыта. Указывая, что cos2 (+ 90 °) = -cos2a, мы складываем и вычитаем первое и третье уравнения и получаем: e x + £ y- £ 1 «S2> ex-EU = (in! -E2) cos2a. Если вы переместите cos2a влево и сложите и вычтете обе строки результатов, вы увидите следующее: (5.2) Замените второе уравнение системы (5.1) cos2 (a4-45 °) == — sin2A, и из этого уравнения sin2A из первого уравнения той же системы cos2a получим соотношение tg2a = — 2 £ 45 ° — (1 фунт стерлингов) — (1 фунт стерлингов) Заменив 4-f E2 на ex + e, tg2 «= -. (5.3) Уравнения (5.2) и (5.

3) показывают направление основной деформации в терминах измеренного удлинения ex, £ 45 °, EU. Позволяет вам найти величину Зная J и E2, вы можете легко определить напряжение и C2, к которым нужно применить уравнение (а). Рис. 128 угол а от оси х откладывается в направлении по часовой стрелке. Поэтому положительный угол, найденный по уравнению (5.3), также следует отложить в направлении по часовой стрелке. Можно было исключить cos2a из уравнения (5.2), а cos2a- — неизвестное тождество использовалось из тригонометрии. …. -, y1-G tg2 2a Где tg2a заменяется формулой (5.3). Поэтому мы приходим на церемонию £ 1’2

2 ± u% -e4 5 ‘) 2+ (£ U- £ 45 °) 2> (5-4) Часто используется вместо математических формул (5.2). Обратимся теперь к проблеме технологии измерения

Читайте также:  Темный, желтый, коричневый налет на зубах у детей: причины и устранение

деформации. В настоящее время существует множество типов тензодатчиков, таких как механические, оптические, гидравлические и пневматические. Однако в последние годы широко используемые электрострикционные датчики, особенно датчики сопротивления проводов, все больше вытесняют другие типы тензодатчиков. Датчики — это элементы, которые воспринимают деформацию и преобразуют ее в изменения электрических параметров. 142-проводной датчик изменяет напряжение, изменяя сопротивление проводника. Он состоит из нескольких петель из тонкой (диаметром 0,025-0,030 мм) проволоки, прикрепленной к листу бумаги. 129).

Датчик приклеивается к исследуемой части с помощью специального клея, и деформация передается на провод. Опыт показал, что сопротивление проволоки изменяется с деформацией. По мере растягивания проволоки сопротивление увеличивается, а сжатие уменьшается. Это изменение сопротивления датчика регистрируется специальным устройством. Рис 129 ± диаграмма. 130A Экспериментально установлено, что в области малых деформаций существует линейная зависимость, выраженная уравнением между относительным изменением сопротивления датчика и относительной деформацией провода. (5,5) Где Р и А /? — начальное

сопротивление датчика и его абсолютный прирост, s и база As-датчика, равные длине проволочной петли, и его абсолютная деформация, коэффициент чувствительности P-датчика к деформации. Для наиболее распространенных проводов из константана (сплав 60% Si и 40% Ni), p = 24-2,1. Другие сплавы с р = 24-3,5 также применимы. Типичные значения для сенсорной базы: 20 и 10 мм. Чем меньше основание, тем ближе среднее удлинение, измеренное на этой длине, к истинному значению деформации в исследуемой точке. Однако с уменьшением базы точность измерения уменьшается. Кроме того, датчики с небольшим основанием (24-5 мм)

чувствительны к боковой деформации из-за деформации поперечного сечения проволоки по углам петли и требуют специальной калибровки датчика. Для одного датчика используется гнездо датчика, расположенное на общей бумажной основе (рис. 130). 143). 131А. Ка может быть создан непосредственно на поверхности детали с помощью подходящего датчика наклейки. Датчик сопротивления не является проводом, а изготовлен из постоянной фольги толщиной около 0,01 мм. Кислотоустойчивая композиция сенсорного рисунка печатается фольгой и затем травится. Печатные датчики позволяют легко механизировать производственный процесс и имеют ряд других преимуществ по сравнению с

проводными датчиками. В последние годы монокристаллические тензометрические датчики из полупроводниковых материалов (германия, кремния и др.). ) Появился. Одной из наиболее важных особенностей полупроводникового тензодатчика является способность соответствующим образом изменить технологию его изготовления и отрегулировать его свойства в широком диапазоне. Например, коэффициент чувствительности к деформации находится в диапазоне -100- + 200. Высота двух датчиков Это значительно упрощает измерительное оборудование и может обеспечить высокий уровень выходного сигнала, который может быть получен в пределах чувствительности деформации полупроводниковых датчиков (на порядок выше, чем у проводных датчиков). Изменения сопротивления и сопротивления при измерении деформации

  • Учебник по сопротивлению материалов: сопромату
Практический расчет соединений, работающих на сдвигТеорема Кастильян
Экспериментальные методы исследования деформаций и напряжений общие замечанияНапряжения и деформации при кручении валов круглого сечения

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

Что такое тензодатчик, типы тензометрических датчиков, схема подключения и их применение

«Точность – вежливость королей!» В наше время актуальность этого средневекового французского афоризма только растет. Для проведения точных измерительных вычислений на производстве и в быту все шире используются приборы на основе тензометрических датчиков.

Что такое тензометрия и для чего нужны тензодатчики

Тензометрия (от лат. tensus — напряжённый) — это способ и методика измерения напряжённо-деформированного состояния измеряемого объекта или конструкции. Дело в том, что нельзя напрямую измерить механическое напряжение, поэтому задача состоит в измерении деформации объекта и вычислении напряжения при помощи специальных методик, учитывающих физические свойства материала.

В основе работы тензодатчиков лежит тензоэффект — это свойство твёрдых материалов изменять своё сопротивление при различных деформациях. Тензометрические датчики представляют собой устройства, которые измеряют упругую деформацию твердого тела и преобразуют её величину в электрический сигнал. Этот процесс происходит при изменении сопротивления проводника датчика при его растяжении и сжатии. Они являются основным элементом в приборах по измерению деформации твёрдых тел (например, деталей машин, конструкций, зданий).

Устройство и принцип работы

Основу тензодатчика составляет тензорезистор, оснащенный специальными контактами, закрепленными на передней части измерительной панели. В процессе измерения чувствительные контакты панели соприкасаются с объектом. Происходит их деформация, которая измеряется и преобразуется в электрический сигнал, передаваемый на элементы обработки и отображения измеряемой величины тензометрического датчика.

В зависимости от сферы функционального использования датчики различаются как по типам, так и по видам измеряемых величин. Важным фактором является требуемая точность измерения. Например, тензодатчик грузовых весов на выезде с хлебозавода совершенно не подойдет к электронным аптекарским весам, где важна каждая сотая часть грамма.

Рассмотрим более предметно виды и типы современных тензометрических датчиков.

Датчики крутящего момента

Датчики крутящего момента предназначены для измерения крутящего момента на вращающихся частях таких систем, как коленвал двигателя или рулевой колонки. Тензодатчики крутящего момента могут определять как статический, так и динамический момент контактным либо бесконтакным (телеметрическим) способом.

Тензодатчики балочного, консольного и кромочного типов

Эти типы датчиков изготавливают обычно на основе параллелограммной конструкции со встроенным элементом изгиба для высокой чувствительности и линейности измерений. Тензорезисторы в них закрепляются на чувствительных участках упругого элемента датчика и соединяются по схеме полного моста.

Конструктивно балочный тензодатчик имеет специальные отверстия для неравномерного распределения нагрузки и выявления деформаций сжатия и растяжения. Для получения максимального эффекта тензорезисторы по специальным меткам строго ориентируют на поверхности балки в ее самом тонком месте. Высокоточные и надежные датчики этого типа используют для создания многодатчиковых измерительных систем в платформенных или бункерных весах. Нашли они свое применение и в весовых дозаторах, фасовщиках сыпучих и жидких продуктов, измерителях натяжения тросов и других измерителях силовых нагрузок.

Читайте также:  Как отбелить зубы с помощью фольги алюминиевой: способы отбеливания

Тензодатчики силы растяжения и сжатия

Тензодатчики силы растяжения и сжатия, как правило, имеют S-образную форму, изготавливаются из алюминия и легированной нержавеющей стали. Предназначены для бункерных весов и дозаторов с пределом измерения от 0,2 до 20 тонн. S-образные тензодатчики силы растяжения и сжатия могут использоваться в станках по производству кабелей, тканей и волокон для контроля силы натяжения этих материалов.

Тензорезисторы проволочные и фольговые

Проволочные тензорезисторы делают в виде спирали из проволоки малого диаметра и крепят на упругом элементе или исследуемой детали с помощью клея. Их отличает:

  • простота изготовления;
  • линейная зависимость от деформации;
  • малые размеры и цена.

Из недостатков отмечают низкую чувствительность, влияние температуры и влажности среды на погрешность измерения, возможность применения только в сфере упругих деформаций.

Фольговые тензорезисторы в настоящее время являются наиболее распространенным типом тензорезисторов из-за их высоких метрологических качеств и технологичности производства. Это стало доступным благодаря фотолитографической технологии их изготовления. Передовая технология позволяет получать одиночные тензорезисторы с базой от 0,3 мм, специализированные тензометрические розетки и цепочки тензорезисторов с широким рабочим температурным диапазоном от –240 до +1100 ºС в зависимости от свойств материалов измерительной решетки.

Преимущества и недостатки тензодатчиков

Широкое применение тензодатчики получили благодаря своим свойствам:

  • возможности монолитного соединения датчика деформации с исследуемой деталью;
  • малой толщине измерительного элемента, что обеспечивает высокую точность измерения с погрешностью 1-3 %;
  • удобстве крепления, как на плоских, так и на криволинейных поверхностях;
  • возможности измерения динамических деформаций, меняющихся с частотой до 50000 Гц;
  • возможности проведения измерений в сложных условиях окружающей среды в температурном интервале от -240 до +1100˚С;
  • возможности измерений параметров одновременно во многих точках деталей;
  • возможности измерения деформации объектов, расположенных на больших расстояниях от тензометрических систем;
  • возможностью измерения деформаций в движущихся (крутящихся) деталях.

Из недостатков следует отметить:

  • влияние метеоусловий (температуры и влажности) на чувствительность датчиков;
  • незначительные изменения сопротивления измерительных элементов (около 1%) требует применение усилителей сигналов.
  • при работе тензодатчиков в условиях высокотемпературной или агрессивной среды необходимы специальные меры их защиты.

Основные схемы подключения

Рассмотрим это на примере подключения тензометрических датчиков к бытовым или промышленным весам. Стандартный тензодатчик для весов имеет четыре разноцветных провода: два входа — питание (+Ex, -Ex), два других — измерительные выходы (+Sig, -Sig). Встречаются также варианты с пятью проводами, где дополнительный провод служит в качестве экрана для всех остальных. Суть работы весового измерительного датчика балочного типа довольно проста. На входы подается питание, а с выходов снимается напряжение. Величина напряжения зависит от приложенной нагрузки на измерительный датчик.

Если длина проводов от весового тензодатчика до блока АЦП значительна, то сопротивление самих проводов будет влиять на показание весов. В этом случае целесообразно добавить цепь обратной связи, которая компенсирует падение напряжения путем корректировки погрешности от сопротивления проводов, вносимую в измерительную цепь. В этом случае схема подключения будет иметь три пары проводов: питания, измерения и компенсации потерь.

Примеры использования тензометрических датчиков

  • элемент конструкции весов.
  • измерение усилий деформации при обработке металлов давлением на штамповочных прессах и прокатных станах.
  • мониторинг напряженно-деформационных состояний строительных конструкций и сооружений при их возведении и эксплуатации.
  • высокотемпературные датчики из жаропрочной легированной стали для металлургических предприятий.
  • с упругим элементом из нержавеющей стали для измерений в химически агрессивной среде.
  • для измерения давления в нефте и газопроводах.

Простота, удобство и технологичность тензодатчиков — основные факторы для дальнейшего активного их внедрения, как в метрологические процессы, так и использования в повседневной жизни в качестве измерительных элементов бытовой техники.

Что такое КИП и А и чем занимаются специалисты службы: слесарь и инженер КИП и А

Термометр сопротивления — датчик для измерения температуры: что это такое, описание и виды

Как подключить и настроить датчик движения для управления освещением: электрические схемы подключения и настройка датчика

Что такое электроконтактный манометр, назначение, принцип работы, схема подключения и обзор популярных моделей

Что такое датчик Холла: принцип работы, устройство и способы проверки на работоспособность

Что такое термопара, принцип действия, основные виды и типы

Особенности и принцип действия тензометрических датчиков

Измерение напряжений и усилий в действующих узлах и конструкциях оборудования считается одной из наиболее сложных задач. Между тем в процессе эксплуатации техника подвергается разным видам нагрузок, которые определяют долговечность и надежность оборудования. Решение поставленных задач возможно с помощью тензометрических датчиков. Установка подобных устройств целесообразна тогда, когда в дополнение к производственным факторам добавляются остаточные напряжения, постепенно накапливаемые в ходе работы.

Описание и назначение

При измерении деформаций, напряжений и усилий при помощи тензометрических датчиков используют изменение значений омического сопротивления материала, которое вызывается упругими деформациями металлической проволоки или полупроводников стержневого исполнения. Изменение сопротивления датчика передаётся при помощи кабеля или бесконтактным путем на измерительный мост. Там оно преобразуется в усиленные электрические сигналы, которые и фиксируются прибором.

Все типы тензометрических датчиков (или, иначе – тензорезисторов) используют зависимость между напряжениями и деформациями – закон Гука – который справедлив в области упругих деформаций. Согласно закону Гука изменение электросопротивления, отнесённое к исходному значению данного параметра до деформации, пропорционально изменению удлинения, отнесённому к первоначальной длине измерительного элемента. Применяя коэффициент пропорциональности, который зависит от диапазона измеряемых параметров и материала устройства, устанавливают зависимость между нагрузкой на датчик и его удлинением:

Читайте также:  Недостатки нейлоновых протезов, как с ними бороться

R – исходное значение электрического сопротивления;

ΔR – изменение значения электрического сопротивления в процессе деформации;

k – коэффициент пропорциональности;

Δl – изменение длины при деформировании;

l – исходная длина измерительного элемента до приложения к нему эксплуатационной нагрузки.

Указанный тип устройств используется в весоизмерительной технике, поскольку относится к тензорным, определяющим усилия и внешние нагрузки.

Применяемость рассматриваемых измерительных элементов определяется материалом, из которого выполнен датчик. Чаще всего исходным материалом служит сплав константан, состоящий из 40% никеля и 60% меди. Для константана k ≈ 2; таким же порядком значений (1.5…3,5) обладают и другие сплавы постоянного электросопротивления.

Датчики полупроводникового типа имеют более высокие значения коэффициента пропорциональности. В зависимости от материала полупроводника (кремний или германий), а также состава легирующих добавок значения коэффициента достигают 50…70. В связи с этим полупроводниковые тензометрические датчики более чувствительны, и их применяют для оценки малых удлинений. Вместе с тем полупроводниковые датчики характеризуются повышенными отклонениями своего удлинения в диапазонах 1,5…9 % относительного удлинения. Для проволочных датчиков этот показатель не превышает 0,5%.

Конструкции тензометрических датчиков проволочного типа разрабатываются с учетом следующих ограничений:

  • С целью получения достаточной точности измерений величина сопротивления проволочного элемента должна находиться в пределах 100…1000 Ом;
  • Диаметр проволоки целесообразно иметь в диапазоне 0,01…0,03 мм;
  • Длина проволочного элемента не должна превышать 250…300 мм.

В некоторых случаях приведенные ограничения не позволяют устанавливать тензометрические датчики в виде проволок, поэтому измерительные устройства изготавливают из фольги или плоских измерительных решеток. Для предохранения от повреждений, которые могут возникнуть при транспортировке или сборке таких датчиков, для их крепления в напольном исполнении применяют подложку из бумаги или тонкого пластика.

Чтобы обеспечить электрический контакт с измерительной решеткой, на подложке размещают проволочные выводы, которые затем присоединяются к датчику при помощи пайки.

Виды тензодатчиков, включающих в себя активный измерительный элемент, контактные выводы и подложку:

  1. Плоский проволочный.
  2. Фольговый.
  3. Полупроводниковый, с одним или двумя стержнями.
  4. Трубчатый.

Краткая характеристика наиболее распространённых исполнений тензодатчиков приводится далее.

  • Консольные. Предназначены для измерения крутящих и изгибающих моментов, устанавливаются в метах наибольшего прогиба конструкций.
  • Цилиндрические. Наименее компактны, зато позволяют определять значительные напряжения, приближающиеся по своим значениям к пределу текучести лимитирующего материала.
  • S-образные. Дают возможность оценивать трехмерные деформации при объемном напряженно-деформированном состоянии. Чаще других нуждаются в поверке.

Устройство и принцип работы

По типу воздействия на исполнительные элементы конструкции различают тактильные, резистивные, пьезорезонансные, пьезоэлектрические, магнитные и емкостные датчики.

Тактильные

Срабатывают в результате механического действия на чувствительную поверхность. Позволяют устанавливать минимальные деформации, но при неточных настойках могут подавать и ложный сигнал.

Резистивные

Наиболее распространенный тип датчиков. Требуют подключения к слаботочной управляющей цепи, поскольку включают в себя тензорезисторный контур. Надежны при любом состоянии окружающей среды.

Пьезорезонансные

Относятся к устройствам полупроводникового типа, нуждаются в надежном обслуживании и тонкой настройке. Работают по принципу сравнения эталонного сигнала с фактическим.

Пьезоэлектрические

По своему действию подобны измерителям предыдущего типа, но подают сигнал при изменении значений контактных деформаций, прикладываемых к чувствительному элементу.

Магнитные

Изготавливаются из сплавов с переменным значением коэрцитивной силы, используются при измерении усилий в узлах оборудования, работающих в сильных электромагнитных полях.

Емкостные

Предназначены для измерения малых механических напряжений в деталях со сложной конфигурацией, когда изменение длины токопроводящей проволоки изменяет ее электрическую емкость.

Характеристика

Для изготовления тензометрических датчиков необходимо использовать материалы проволок, относительное изменение сопротивления которых пропорционально удлинению в максимальном диапазоне деформаций. При этом коэффициент пропорциональности k должен иметь большие значения. Для компактных устройств со значительной чувствительностью приходится применять материалы, обладающие высоким удельным сопротивлением. При этом температурная зависимость удельного сопротивления при изменении внешних условий должна быть незначительной, а лучше и вовсе отсутствовать.

Условия оптимального использования тензорезисторов:

  • Малое различие между коэффициентами теплового расширения материала конструкции (или узла) и измерительной проволоки устройства.
  • Нечувствительность к термическим напряжениям, которые возникают при соединении измерительного элемента с контролируемой частью оборудования или конструкции (для такого присоединения чаще всего используют пайку).
  • Хорошая обрабатываемость паяных соединений, которая не изменяет эксплуатационные параметры оборудования.
  • Надежность соединения, учитывающая возможные динамические удары и перемещения.

На параметр пропорциональности k влияют коэффициент Пуассона ε (представляющий собой условную меру изменения поперечного сечения детали при приложении к ней растягивающих напряжений) и теплофизические параметры материала, из которого изготовлен тензометрический прибор.

Схемы подключения

Конструкции тензометрических датчиков, в частности, их малая жесткость, вынуждают применять особые способы подключения рассматриваемых элементов. Например, участки проволочной решетки в местах возможного изгиба при деформации часто располагаются поперечно к направлению измерений. Они воспринимают составляющие удлинения, действующие именно в этом направлении, и поэтому недостаточно точно реагируют на силы и деформации продольного направления. Отношение чувствительности измерения удлинений в продольном и поперечном направлениях для датчиков проволочного исполнения находятся в пределах от -0,01 до +0,04.

Влияние описанного фактора уменьшается, если для измерения напряжений, крутящих моментов или усилий использовать фольговые силоизмерительные датчики. По аналогии с печатными схемами, измерительная фольговая решетка, которая расположена на пластмассовой подложке, может быть получена в результате травления тонкой металлической фольги. Кроме того, токовая нагрузка на тензометрические датчики фольгового типа больше, чем на проволочные, вследствие чего тепло от фольговых тензометров отводится лучше.

Тензорезисторы часто приклеиваются к исследуемому конструктивному элементу. Клеевое соединение обеспечивает постоянную передачу деформации через подложку на измерительную решетку. Поэтому к клеям предъявляется также и ряд особых требований:

  • Высокое сопротивление ползучести.
  • Отсутствие гистерезиса.
  • Влагостойкость.
  • Адгезионная способность.
  • Температуростойкость.
Читайте также:  Протрузия и ретрузия зубов. Как развивается и методы лечения

Наибольшую эксплуатационную надежность проявляют эпоксидные смолы холодного твердения. Для экспериментального определения многосторонней деформации используют розеточную систему данных устройств, которые образуют измерительный мост. При этом образованная схема состоит из не менее, чем четырех закрепленных на подложке датчиков, которые размещаются крестообразно, треугольником, т-образно, в виде звезды. Благодаря многолучевому размещению тензорезисторов их удлинения измеряются в двух, трех или четырех направлениях.

Сферы применения

Кроме определения удлинений, которые вызываются действием внешних нагрузок на конструктивные части оборудования, тензометрические датчики могут применяться для измерения собственных (остаточных) напряжений в момент их релаксации, это явление происходит при высверливании или разрезке некоторых конструктивных деталей и узлов.

Тонкопленочные датчики давления, которые изготавливаются путем осаждения из паровой фазы или распыления, используются для определения усилий, напряжений, крутящих моментов и деформаций в изоляционных элементах, которые размещаются непосредственно на полированных мембранах. Для калибровки резистивных элементов используется лазерная подгонка, повышающая точность замеров. Диффузионные полупроводниковые датчики давления могут проникать в кремниевую чувствительную к давлению диафрагму, и не связаны со свойствами поверхности. Это позволяет использовать их в технологиях миниатюрного тензометрирования.

Основным преимуществом тонкопленочных преобразователей является устранение нестабильности, вызванной клеем.

Технология тонких пленок считается более современной и обеспечивает превосходную стабильность при нулевом температурном режиме и полной чувствительности, а также высокую долговечность.

Часто применяемые условия для использования тензодатчиков перечислены далее.

Измерение веса

Необходимо в системах напольного типа, при помощи которых определяют массу груза. Характеризуются минимальными требованиями к точности монтажа и наладки.

Измерение давления

Используется в технологических линиях обработки металлов давлением. Одновременно производится также измерение рабочих сил и упругих деформаций. Датчики снабжаются силоизмерительным устройством с цифровой индикацией.

Измерение крутящего момента

Применяется для испытательного оборудования станций технического обслуживания автомобильного транспорта.

Определение ускорения

Иногда используется в экспериментальных лабораториях, где занимаются проектированием и испытаниями высокоскоростной рельсовой и безрельсовой техники.

Контроль перемещения

Самые распространенные отрасли применения – сейсмологические станции и фундаменты высокоточного массивного оборудования, преимущественно энергетического.

Плюсы и минусы

Тензорные датчики компактны, удобны при установке, практически не ограничивают работоспособность конструкции, где они установлены. Вместе с тем они часто подвержены эффекту старения, чувствительны к температурным напряжениям и иногда характеризуются повышенным разбросом получаемых данных. Тонкоплёночные тензорезисторы, кроме того, характеризуются низким уровнем выходного сигнала, ограниченными частотными характеристиками и влиянием высокого напряжения на точность получаемых результатов. Чаще других типов применяются в качестве весовых, а также для определения комплекса силовых факторов, постоянно изменяющихся в процессе работы оборудования или конструкции.

Преимущества тензометрических технологий:

  • Быстрое время отклика;
  • Простота компенсации температурных эффектов;
  • Малая чувствительность к динамическим воздействиям.
  • Невозможность обеспечить более низкие диапазоны измерений;
  • Снижение точности показаний при вибрациях;
  • Необходимость точного совмещения с окружающей средой;
  • Сложность первоначальной настройки.

Выпуск современных тензометрических датчиков регламентируется требованиями ГОСТ 21616-91.

Резистивный преобразователь, является главной составной частью высокоточных устройств и приборов. Изготавливают датчик из чувствительного тензорезистора, представляющего собой тонкую алюминиевую проволоку или фольгу. Резистор в результате деформации изменяет свое сопротивление, подает сигнал на индикатор.

Тензометрические датчики: описание, инструкция по применению, характеристики и отзывы

Измерение напряжений и усилий в действующих узлах и конструкциях оборудования считается одной из наиболее сложных задач. Между тем в процессе эксплуатации техника подвергается разным видам нагрузок, которые определяют долговечность и надежность оборудования. Решение поставленных задач возможно с помощью тензометрических датчиков. Установка подобных устройств целесообразна тогда, когда в дополнение к производственным факторам добавляются остаточные напряжения, постепенно накапливаемые в ходе работы.

Тензометрический датчик: принцип действия

Основным элементом устройства является тензорезистор, закрепленный на упругой конструкции. Тензодатчики калибруют, ступенчато нагружая заданным возрастающим усилием и измеряя при этом величину электрического сопротивления. Затем по его изменению можно будет определить значения приложенной неизвестной нагрузки и пропорциональной ей деформации.

В зависимости от типа датчики позволяют измерить:

  • силу;
  • давление;
  • перемещение;
  • крутящий момент;
  • ускорение.

Даже при самой сложной схеме нагружения конструкции действие на тензорезистор сводится к растяжению или сжатию его решетки вдоль длинного участка, называемого базой.

Устройство и принцип работы

По типу воздействия на исполнительные элементы конструкции различают тактильные, резистивные, пьезорезонансные, пьезоэлектрические, магнитные и емкостные датчики.

Тактильные

Срабатывают в результате механического действия на чувствительную поверхность. Позволяют устанавливать минимальные деформации, но при неточных настойках могут подавать и ложный сигнал.

Резистивные

Наиболее распространенный тип датчиков. Требуют подключения к слаботочной управляющей цепи, поскольку включают в себя тензорезисторный контур. Надежны при любом состоянии окружающей среды.

Пьезорезонансные

Относятся к устройствам полупроводникового типа, нуждаются в надежном обслуживании и тонкой настройке. Работают по принципу сравнения эталонного сигнала с фактическим.

Пьезоэлектрические

По своему действию подобны измерителям предыдущего типа, но подают сигнал при изменении значений контактных деформаций, прикладываемых к чувствительному элементу.

Магнитные

Изготавливаются из сплавов с переменным значением коэрцитивной силы, используются при измерении усилий в узлах оборудования, работающих в сильных электромагнитных полях.

Емкостные

Предназначены для измерения малых механических напряжений в деталях со сложной конфигурацией, когда изменение длины токопроводящей проволоки изменяет ее электрическую емкость.

Проволочные тензорезисторы

Наиболее простым примером является прямолинейный отрезок тонкой проволоки, который крепят на исследуемой детали. Его сопротивление составляет: r = pL/s, где p — удельное сопротивление, L — длина, s — площадь сечения.

Вместе с деталью упруго деформируется наклеенная проволока. При этом меняются ее геометрические размеры. При сжатии поперечное сечение проводника увеличивается, а при растяжении — уменьшается. Поэтому изменение сопротивления меняет знак в зависимости от направления деформации. Характеристика является линейной.

Читайте также:  Челюсть сводит: какие меры предпринять для борьбы со спазмом

Низкая чувствительность тензорезистора привела к необходимости увеличения длины проволоки на небольшом участке измерения. Для этого его делают в виде спирали (решетки) из проволоки, оклеенной с обеих сторон пластинками изоляции из пленки лака или бумаги. Для подключения к электрической цепи устройство снабжено двумя медными выводными проводниками. Они привариваются или припаиваются к концам проволочной спирали и достаточно прочны, чтобы подключиться к электрической схеме. Тензорезистор крепится на упругом элементе или исследуемой детали с помощью клея.

Проволочные тензодатчики имеют следующие достоинства:

  • простота конструкции;
  • линейная зависимость от деформации;
  • небольшие размеры;
  • малая цена.

К недостаткам относятся низкая чувствительность, влияние температуры среды, потребность в защите от влаги, применение только в области упругих деформаций.

Проволока будет деформироваться в том случае, когда сила сцепления с ней клея значительно превосходит усилия, требуемые для ее растяжения. Отношение поверхности склеивания к площади поперечного сечения должно быть 160 к 200, что соответствует ее диаметру 0,02—0,025 мм. Допускается его увеличение до 0,05 мм. Тогда при нормальной работе тензорезистора клеевой слой не разрушится. Кроме того, датчик хорошо работает на сжатие, поскольку нити из проволоки составляют одно целое с пленкой клея и деталью.

Технические особенности

Даже при внушительном разнообразии различных моделей тензометрических датчиков, у них есть технические особенности, объединяющие между собой все разновидности устройств. В первую очередь речь о погрешности результатов замер, которая в той или иной степени присуща любому типу весовых тензодатчиков. Тем не менее, в самых современных устройствах для измерения веса устанавливаются электронные модели, которые отличаются повышенной точностью замер степени деформации. Такие устройства относятся к классу С3, который предлагает возможность проведения измерения с погрешностью всего в 0.02 %. Ещё одной интересной деталью функционала тензометрических датчиков является возможность измерительного устройства с несколькими датчиками сохранять свою работоспособность, если один из них выйдет из строя.

Отдельно стоит подчеркнуть и материалы, из которых выполнены компоненты тензодатчиков. Чаще всего в эксплуатации встречаются изделия на основе легированной стали или алюминия, благодаря которым датчики обладают отличной долговечностью. Для весов, используемых в пищевой промышленности, принято применять датчики из нержавеющей стали, которые отличаются высокой устойчивостью к коррозии и защитой от влаги уровня IP68.

Характеристики тензорезисторов

  1. База — длина проводника решетки (0,2—150 мм).
  2. Номинальное сопротивление R — величина активного сопротивления (10—1000 Ом).
  3. Рабочий ток питания Ip — ток, при котором тензорезистор заметно не нагревается. При перегреве изменяются свойства материалов чувствительного элемента, основы и клеевой прослойки, искажающие показания.
  4. Коэффициент тензочувствительности: s = (∆R/R)/(∆L/L), где R и L — соответственно электрическое сопротивление и длина ненагруженного датчика; ∆R и ∆L — изменение сопротивления и деформация от внешнего усилия. Для разных материалов он может быть положительным (R при растяжении возрастает) и отрицательным (R увеличивается при сжатии). Величина s для разных металлов изменяется в пределах от -12,6 до +6.

Что такое тензометрия

Тензометрия (от латинского tensus — напряжённый и греческого μετρέω — измеряю) — это отрасль деятельности, которая изучает механическое напряжение и деформации материала, детали, а также изменение его физических свойств под влиянием нагрузки.

Среди методов, которые использует тензометрия для определения степени деформации объекта, можно выделить:

. Основан на измерении давления газа, подающегося к поверхности деформируемого материала.

Акустический

. Измеряет изменение физических параметров звуковых волн, а также частоту собственных колебаний тела.

. Основан на измерении малых смещений поверхностей.

Рентгеновский

. Регистрирует изменение атомной решетки.

Электрический

. Измеряет физические параметры объекта при изменении механического напряжения или возникающие при деформации.

Тензометрию нельзя назвать наукой в чистом виде, скорее это сфера деятельности человека и отрасль, основные принципы которой базируются на физических свойствах материала и объекта, а именно — на изменении физических свойств материального тела при его деформации.

Схемы включения тензометрических датчиков

Для измерения малых электрических сигналов наилучшим вариантом является мостовое включение, в центре которого находится вольтметр. Простейшим примером будет тензометрический датчик, схема которого собрана по принципу электрического моста, в одно из плеч которого он подключен. Его сопротивление в ненагруженном состоянии будет таким же, как и у остальных резисторов. В этом случае прибор покажет нулевое напряжение.


Принцип работы тензометрического датчика заключается в увеличении или снижении величины его сопротивления в зависимости от того, будут усилия сжимающими или растягивающими.

На точность показаний значительное влияние оказывает температура тензорезистора. Если в другое плечо моста включить аналогичное тензосопротивление, которое не будет нагружаться, оно будет выполнять функцию компенсационного при тепловых воздействиях.

В измерительной схеме также должны учитываться значения электрических сопротивлений проводов, подключенных к резистору. Их влияние уменьшается за счет добавления еще одного провода, подключенного к какому-либо выводу тензорезистора и вольтметру.

Если на упругий элемент наклеить оба датчика таким образом, чтобы их нагрузки отличались по знаку, сигнал усилится в 2 раза. При наличии в схеме четырех датчиков с нагрузками, обозначенными на схеме выше стрелками, чувствительность значительно возрастет. При таком подключении проволочных или фольговых тензорезисторов обычный микроамперметр даст показания без усилителя электрических сигналов. Важно точно подобрать номиналы сопротивлений с помощью мультиметра, чтобы они были равны между собой в каждом плече электрического моста.

Проверка тензодатчика

Проверка весовых тензодатчиков является обязательным этапом подготовки измерительного прибора к работе и проводится сразу после подключения всех контактов устройства. Исправность изделия проверяется тремя способами:

  • Диагностика тензометрического моста-Уитстона осуществляется замерами с помощью омметра сопротивления на его входе и выходе.
  • Проверка в нагруженном состоянии производится милливольтметром, когда датчик подключен к стабильному источнику питания с напряжением от 5 до 12 V.
  • Испытание при нулевой нагрузке проводится с помощью вольтметра при отсутствии нагрузки. Если такового под рукой нет, подойдет хороший мультиметр. В процессе потребуется подключить замерное устройство и подать сигнал, чтобы проверить его значение на выходе. Оно должно соответствовать значениям в паспорте датчика.
Читайте также:  Можно ли восстановить зуб, если он раскрошился по корень и болит?

Применение тензометрических датчиков в технике

  1. Часть конструкции весов: при взвешивании корпус датчика упруго деформируется, а вместе с ним наклеенные на него тензорезисторы, соединенные в схему. Электрический сигнал передается на измерительный прибор.
  2. Мониторинг напряженно-деформированного состояния строительных конструкций и инженерных сооружений в процессе их возведения и эксплуатации.
  3. Тензодатчики для измерения усилия деформации при обработке металлов давлением на прокатных станах и штамповочных прессах.
  4. Высокотемпературные датчики для металлургических и других предприятий.
  5. Измерительные датчики с упругим элементом из нержавеющей стали для работы в химически агрессивной среде.

Стандартные тензометрические датчики выполняются в виде шайб, колонн, простых или двусторонних балок, S-образные. Для всех конструкций важно, чтобы сила прикладывалась в одном направлении: сверху вниз или наоборот. При тяжелых условиях работы специальные конструкции дают возможность устранить действие паразитных сил. От этого в большой степени зависят их цены.

На тензометрические датчики цена составляет от сотен рублей до сотен тысяч. Многое зависит от производителя, конструкции, материалов, технологии изготовления, величин измеряемых параметров, дополнительного электронного оборудования. Большей частью они являются составными частями весов разных типов.

Схемы подключения

Конструкции тензометрических датчиков, в частности, их малая жесткость, вынуждают применять особые способы подключения рассматриваемых элементов. Например, участки проволочной решетки в местах возможного изгиба при деформации часто располагаются поперечно к направлению измерений. Они воспринимают составляющие удлинения, действующие именно в этом направлении, и поэтому недостаточно точно реагируют на силы и деформации продольного направления. Отношение чувствительности измерения удлинений в продольном и поперечном направлениях для датчиков проволочного исполнения находятся в пределах от -0,01 до +0,04.

Влияние описанного фактора уменьшается, если для измерения напряжений, крутящих моментов или усилий использовать фольговые силоизмерительные датчики. По аналогии с печатными схемами, измерительная фольговая решетка, которая расположена на пластмассовой подложке, может быть получена в результате травления тонкой металлической фольги. Кроме того, токовая нагрузка на тензометрические датчики фольгового типа больше, чем на проволочные, вследствие чего тепло от фольговых тензометров отводится лучше.

Тензорезисторы часто приклеиваются к исследуемому конструктивному элементу. Клеевое соединение обеспечивает постоянную передачу деформации через подложку на измерительную решетку. Поэтому к клеям предъявляется также и ряд особых требований:

  • Высокое сопротивление ползучести.
  • Отсутствие гистерезиса.
  • Влагостойкость.
  • Адгезионная способность.
  • Температуростойкость.

Наибольшую эксплуатационную надежность проявляют эпоксидные смолы холодного твердения. Для экспериментального определения многосторонней деформации используют розеточную систему данных устройств, которые образуют измерительный мост. При этом образованная схема состоит из не менее, чем четырех закрепленных на подложке датчиков, которые размещаются крестообразно, треугольником, т-образно, в виде звезды. Благодаря многолучевому размещению тензорезисторов их удлинения измеряются в двух, трех или четырех направлениях.

Классификация тензометрического оборудования

Все тензооборудование можно поделить на классы, характеризующие сложность и уровень вложенности технического устройства:

Виды тензометрического оборудования

Тензометрическое оборудование получило очень широкое распространение в метрологии. Так как силу нельзя измерить напрямую, тензорезистивные датчики стали основным способом измерения приложенной нагрузки, составив конкуренцию пружинным и торсионным весам и динамометрам. Тензометрическое оборудование можно поделить на следующие сферы использования:

Измерение деформаций

Деформации измеряются тензометрами, тензорезисто- рами, компараторами (деформации сжатия и растяжения) и сдвигомерами (деформации сдвига).

Механические тензометры — это приборы, в которых использован принцип неравноплечего рычага для увеличения небольших деформаций верхнего слоя испытываемого элемента до видимых невооруженным глазом перемещений конца стрелки. В практике применяют тензометры Гугенбергера (рис. 1.5). Основными частями тензометра Гугенбергера являются рычажная система и шкала. На испытываемую конструкцию 1 опираются неподвижная призма 2 и подвижная призма 9, жестко соединенная с рычагом 7. Горизонтальное коромысло 5 передает перемещения стрелке 6, прикреплённой к неподвижному рычагу 3 на шарнире 4.

При деформации А поверхностного волокна испытываемой конструкции на базе I призма 9 и прикрепленный к ней рычаг 7 перемещаются относительно шарнира 4, вследствие чего стрелка 6 показывает приращение длины базы:

= Д1 (Ш) • (5/л) = Ап ‘ т ’

где Ап — разность отсчетов на шкале; (Ыф • (8/г) — увеличение прибора, равное 1000; т — цена деления шкалы — 0,001 мм.

База тензометра может изменяться в пределах 20—250 мм с помощью специального удлинителя, входящего в комплект прибора. На шкале прибора расположено зеркало, служащее для достижения постоянного положения глаза наблюдателя при различных отсчетах. При взятии отсчета изображение стрелки в зеркале совмещается со стрелкой; при этом взгляд наблюдателя постоянно перпендикулярен шкале прибора, что уменьшает ошибку при взятии отсчета. Прибор прост в обращении, не требует специальной подготовки персонала для работы с ним

11 – механического Гугенбергера; 6 – электромеханического; / — испытываемая конструкция; 2 — неподвижная призма; 3 — неподвижный рычаг; 4 — шарнир; 5 — коромысло; 6 — стрелка; 7 — по- дпижный рычаг; 8 — шкала; 9 — подвижная призма; 10 — тензоре- аисторы; 11 — упругий элемент; Г — крепления тензометра


Вместе с тем тензометры Гугенбергера требуют тщательной установки призм (без излишнего прижима, но с достаточно плотным примыканием к конструкции), с ними необходимо осторожно обращаться, во время проведения испытаний нельзя прикасаться к приборам во избежание смещения их от первоначального положения.

Несколько более точен электромеханический тензометр, представляющий собой упругий стальной элемент 11, прикрепленный к испытываемой конструкции закладными деталями 12 и деформируемый совместно с ней. Деформации замеряют с помощью тензорезисторов 10.

Наиболее точные данные о деформациях можно получить с помощью электрических тензометров, которые позволяют измерять деформации с помощью электрических параметров (омическое сопротивление, емкость, индуктивность и др.). В основанных на этом принципе электроизмерительных приборах различают две основные части:

Читайте также:  Лазерное лечение зубов у детей от кариеса и кисты: преимущества и недостатки лазерной технологии, противопоказания при беременности

тензометр, который деформируется совместно с исследуемым элементом конструкции и преобразует деформацию в изменяемый электрический параметр; г регистрирующая установка, которая регистрирует изменение электрического параметра, причем шкала установки отградуирована в единицах деформаций.

Известны несколько видов тензометров: омического сопротивления, емкостные, индуктивные, пьезоэлектрические, ферромагнитные и др. Применение ряда тензометров требует очень сложной аппаратуры и электрических измерительных цепей. Наиболее широко используются тензометры омического сопротивления, называемые тензорезисторами.

Рис. 1.6. Типы тензорезисторов:

а — проволочный; б — фольговый; в — ж — типы проволочных тензорезисторов (в — петлевые; г, д — беспетлевые; е, ж — розетки); и — л — типы фольговых тензорезисторов; 1 — подложка; 2 — основа; 3 — решетка; 4 — выводы

Распространенные в практике фольговые и проволочные тензс^езисторы представляют собой зигзагообразную решетку из фольги толщиной 0,005—0,01 мм или из тонкой проволоки диаметром 0,02—0,05 мм (рис. Ь6). Фольговая решетка изготовляется вытравлением лишних частей фольги. Проволочная решетка наклеивается специальным клеем на полоску тонкой бумаги, называемую основой. К концу рететки припаиваются выводы, изготовленные из медной про- иолоки диаметром 0,15—0,3 мм или из фольги. Выводы прочно закрепляются на основе, чтобы при натяжении сочинительных проводов, припаиваемых к выводам тензоре- шстора и идущих к регистрирующему прибору, решетка не работала на дополнительные усилия. С целью предохранения от возможных механических воздействий при наклейке тензорезисторов на решетку сверху наклеивается гонкая бумага.

Тензорезисторы наклеивают специальными клеями (индивидуальными для каждого типа тензорезисторов) на подготовленную поверхность конструкции. При нагружении конструкции тензорезистор деформируется совместно с поверхностным слоем конструкции (для обеспечения совместной деформируемости наклейка должна производиться с соблюдением ряда правил). При деформации тензорезистора изменяются длина и площадь поперечного сечения проволоки (фольги) и ее омическое сопротивление (в пределах тысячной доли Ома), что дает возможность замерять изменение сопротивления приборами, построенными по мостовой измерительной схеме.

Все тензорезисторы чувствительны к изменению температуры. С целью устранения влияния температуры на показания тензорезисторов в мостовую измерительную схему вводят компенсационные тензорезисторы. Эти тензорезисторы находятся в совершенно идентичных условиях по ср&внению с активными тензорезисторами, наклеенными па нагружаемую конструкцию, но не подвергаются силовым воздействиям.

Недостатком проволочных тензорезисторов является их поперечная тензочувствительность, так как небольшие участки проволоки в местах перегибов решетки расположены в поперечном направлении по отношению к направлению замеряемых деформаций. Определенную погрешность в результаты вносит и слой дополнительного клея между решеткой и основой. Фольговые тензорезисторы не имеют этих недостатков, так как поперечные участки фольги сильно утолщены.

Наиболее высокочувствительными тензорезисторами (но вместе с тем и наиболее дорогими) являются полупроводниковые тензорезисторы, представляющие собой тонкую пластинку полупроводника с присоединенными к ней выводами. Эти тензорезисторы исключительно чувствительны к изменениям температуры, требуют очень осторожного обращения вследствие хрупкости пластинки полупроводника.

Основной характеристикой тензорезистора является его тензочувствительность, устанавливающая связь между относительным изменением сопротивления и деформацией в направлении измерения. Коэффициент тензочувствительности тензорезистора c относительным изменением сопротивления и деформацией в направлении измерения. Коэффициент тензочувствительности тензорезистора.

Значение коэффициента тензочувствительности существенно зависит от материала решетки. В качестве материала проводника для проволочных тензорезисторов используют константан, нихром, элинвар и эдванс; для фольговых — преимущественно константан и нихром, а при работе тензорезисторов в агрессивных средах — сплав титана; в качестве чувствительного элемента в полупроводниковых тензорезисторах применяют монокристаллический полупроводник (обычно германий и кремний) толщиной 20—50 мкм, шириной до 0,5 мм, длиной 2—12 мм. Коэффициент тензочувствительности составляет для проводниковых тензорезисторов 1,9—6, а для полупроводниковых он зависит от наличия примесей и может достигать 200.

Важной характеристикой тензорезистора является его база /, то есть длина решетки или чувствительного элемента (рис. 1.6). Тензорезисторы изготовляют с базой от 1 до 200 мм. В практике испытаний строительных конструкций используют тензорезисторы с базой 5—200 мм, причем выбор базы связан с однородностью материала конструкции и градиентом напряжений в исследуемой области.

На погрешность показаний тензорезисторов оказывают влияние многочисленные факторы: тщательность подготовки поверхности элемента конструкции (особенно бетонной), размер базы измерения, соблюдение правил наклейки, гидроизоляция тензорезисторов, коммутация, проверка сопротивления между решеткой и конструкцией.

Поверхность для наклейки тензорезисторов готовится следующим образом: металлическую поверхность очищают от краски и продуктов коррозии при помощи напильника, затем наждачной бумагой доводят участок наклейки до гладкой блестящей поверхности. Бетонную поверхность очищают от пыли и грязи, заполняют все раковины гипсом, после высыхания затвердевшего гипса участок наклейки снова зачищают шлифовальной шкуркой до получения
гладкой поверхности, обезжиривают ватным тампоном, смоченным в ацетоне или толуоле, промывают спиртом. Затем поверхность покрывают тонким слоем клея, который хорошо высушивают.

Рекомендации по наклейке тензорезисторов зависят от типа тензорезистора, вида основы, вида клея, возможности создания усилия, прижимающего тензорезистор к конструкции в период приклеивания, возможности горячего отверждения клея (что уменьшает его ползучесть). Наилучшая толщина клеевого шва — до 0,2 мм, при этом деформации поверхностного слоя конструкции и тензорезистора равны.

Качество проклейки всей поверхности тензорезистора оказывает большое влияние на погрешность измерений. При наличии непроклеенных мест (что бывает, если после приклейки тензорезистор не прижат к поверхности конструкции) деформация решетки тензорезистора отличается от деформации поверхностного слоя элемента конструкции, и возникают дополнительные погрешности.

Большое значение имеет гидроизоляция тензорезисторов, особенно при испытаниях натурных конструкций, проводимых без укрытия этих конструкций. Хорошие результаты дает изоляция чистым вазелином, воском (они наносятся внутрь рамки из водостойкого материала, наклеенной вокруг тензорезистора), карбинольно-цементной пастой (паста является также хорошей защитой от механических повреждений). При наклейке тензорезисторов на арматуру, расположенную в бетоне, до бетонирования наилучшие результаты дает изоляция тензорезисторов полиэтиленовой рубашкой, выполняемой путем заливки расплавленного полиэтилена в разъемную форму.

Читайте также:  Художественная реставрация зубов в Киеве

Правильная установка тензорезисторов заключается в использовании проводов примерно одной длины, объединении их в равномерно расположенные на конструкции группы, закрепленные от возможных подвижек при помощи временных закреплений (например, пластилиновых шайб), использовании многожильных экранированных проводов, недопущении взаимных перемещений проводов и кабелей во1 .время испытаний во избежание различных наводок.

Рис. 1.7. Мостовые схемы:

а — с использованием метода- отношений; б — с использованием нулевого метода; Ка — активный тензорезистор; Кк — термокомпенсационный тензорезистор; К — реохорд; РА — амперметр; ЗА — переключатель; 1 — испытываемая конструкция; 2 — бетонный кубик

Для измерения деформаций в одном направлении используются одиночные тензорезисторы. При исследованиях плоского напряженного состояния применяют розетки; имеются заранее изготовленные тензорезисторы, на одной основе которых нанесены фольговые тензорезисторы, составляющие розетку, в том числе и компенсационный тензорезистор. Для создания розетки из проволочных тензорезисторов их наклеивают в разнообразных сочетаниях (см. рис. 1.6).

Измерение деформаций производится приборами, построенными по мостовой схеме. Во внешние плечи моста включены активные тензорезисторы с сопротивлением непосредственно воспринимающие деформации конструкции, и компенсационный тензорезистор с сопротивлением А?к, помещаемый в одинаковые с активными тензорезисторами условия в непосредственной близости от них, но не подверженный деформациям. Во внутренние плечи моста включены тензорезисторы с сопротивлениями и /?2. Мост будет сбалансирован (то есть ток в его измерительной диагонали будет равен нулю), если будет соблюдаться условие

При использовании мостовой схемы применяют два метода измерений (рис. 1.7):

метод отклонений, при котором изменение сопротивления рабочего (активного) тензорезистора определяется по силе тока, возникшего в измерительной диагонали первоначально сбалансированного моста после его разбаланси- ровки при испытаниях;

нулевой метод, когда относительные изменения сопротивления А Я определяют балансировкой моста с помощью включенного в цепь реохорда.

Второй метод является более совершенным и чаще применяется для испытаний. В настоящее время регистрирующие приборы балансируют мост автоматически (табл. 1.2).

Более совершенными приборами являются серийно выпускаемые цифровые тензометрические мосты ЦТМ-3, ЦТМ-5 с выводом на цифропечать. В конструкции этих мостов имеются устройства для ввода в ЭВМ. В КИСИ и НИИСК созданы тензометрические автоматизированные комплексы (ТАК), которые тоже позволяют получать печатные данные и вводить их в ЭВМ для обработки и построения графиков. В Новочеркасском политехническом институте создан автоматический испытательный стенд, в котором весь процесс испытания и обработки информации вплоть до построения графиков автоматизирован.

Для автоматизации процесса измерений и ввода информации в ЭВМ служат измерительно-информационные системы, обладающие быстродействием и позволяющие производить автоматический съем данных при большом числе тензорезисторов (табл. 1.3).

где I — длина струны; ст — напряжение струны; р — акустическая плотность струны.

Деформация вычисляется по формуле

В отдельных случаях применяются другие виды тензометров. Оптико-механические тензометры представляют собой усовершенствованные конструкции механических тензометров и отличаются от первых тем, что в качестве измерительного элемента используется световой луч. Струнные тензометры основаны на свойствах стальной струны изменять частоту собственных колебаний в зависимости от степени ее натяжения (рис. 1.8). Натянутая струна прикрепляется своими концами к элементу, чтобы деформации элемента под нагрузкой вызывали изменение натяжения струны, а следовательно, и частоты ее колебаний. Частота собственных колебаний струны

где /1; /2 — частоты собственных колебаний до и после приложения нагрузки; Е — модуль упругости материала струны.

Рис. 1.8. Струнные тензометры:

1 — струна; 2 — электромагнит; 3 — подвижная призма; 4 — выводы; 5 — регулировочный винт на неподвижной призме

Рис. 1.9. Компараторы:

а — механический; 6 — оптический; 1 — индикатор; 2 — корпус; 3 — инварный брус; 4 — пружина; 5 — ножки; 6 — микроскопы; 7 — пластина с делениями

Для измерения деформаций испытываемых конструкций в течение длительного времени (недели, месяца, года) применение обычных тензометров невозможно, их трудно оградить от сотрясения, влаги, пыли. В таких условиях используются компараторы (рис. 1.9). В отличие от обычных тензометров с помощью компараторов можно измерить деформации, возникшие в материале еще в процессе изготовления, и проследить за изменением их в процессе эксплуатации сооружений.

Для измерений на выбранном участке элемента намечаются две риски, расстояние между которыми равно базе прибора. Аналогичные риски наносятся на эталоне, изготовленном из специального металла с очень малым коэффициентом температурного расширения. Компаратор устанавливается на эталоне, и опоры прибора совмещаются с рисками. Берется отсчет, отвечающий расстоянию сх между рисками эталона. Затем компаратор переносится на исследуемый элемент, где после совмещения опор с рисками берется новый отсчет, соответствующий расстоянию между рисками на элементе с2, и вычисляется разность А/х = сг

    с2. После деформации исследуемого элемента под нагрузкой берется второй отсчет, отвечающий изменившемуся расстоянию с3 между рисками на элементе и определяется разность А/2 — Сх — с3. Величина деформации элемента на базе измерения

    Следовательно, для определения деформации элемента под нагрузкой нет надобности измерять абсолютные величины сх и с3, а достаточно знать их разность до и после при ложения нагрузки. Известны оптические и механические компараторы.

    Деформации сдвига можна замерять механическим сдви- гомером конструкции Н. Н. Аистова. В сдвигомере Аистова использован электромеханический тензометр, который замеряет деформации сдвига между соседними волокнами испытываемого элемента. Для этого прибор прикрепляют к элементу и опирают на него в трех точках двумя призмами и одним конусом. Взаимный сдвиг волокон вызывает перемещение одной опоры относительно других, что и фиксируется тензометром.

    Ссылка на основную публикацию