= K, kde K je tzv. gauge factor - deformační citlivost (hlavní parametr tenzometru) l r

Transkript

1 MĚŘENÍ SÍLY - TENZOMETRY Pro odporový tenzometr platí vztah mezi relativní změnou odporu a poměrným prodloužením nebo zkrácením: R = K, kde K je tzv. gauge factor - deformační citlivost (hlavní parametr tenzometru) R l I. CEJCHOVÁNÍ TENZOMETRU - viz obr. P. )Po zatížení závažím G je mezi podporami konst. ohyb. moment M o a rel. prodloužení povrch. vláken tyče je l M o yh = =, kde y průhyb tyče, h, b, r viz obr. P., E modul pružnosti W E r o ( pro h b W o =, (r >> y), 6 M or y =, EJ 8 h b J = ) ) Závaží je možno imitovat odporem R c (tzv. "shunt calibration") viz obr. P., pak změna Rc R R R = R =,dále RC + R RC + R R R = R R + R C R r = K, (po dosazení) deformační konstanta K =, R = Ω l R + R yh C h η Obr. P. Obr. P. a) Určete deformační konstantu K foliového tenzometru nalepeného na duralové tyči zatěžované dle obr. P.. Měření opakujte x a hodnotu K určete jako průměrnou. Při měření použijte kompenzační tenzometr obr. P.. b) V mezích Hookova zákona změřte závislost průhybu tyče na zatížení y = f(g) a závislost výstup. napětí tenzometrického ¼-můstku (lze přecejchovat jako obraz zatížení U [N]) na zatížení G, tj. U = f(g). Jako zátěžnou jednotku užijte kotouč cca m,6 kg a sady závaží. Pomocí kotoučů a závaží realizujte vzestupné zatížení s následným odlehčením ( cykl ). Rozhodněte, zda je nutno brát v úvahu hysterezi. Z grafu určete citlivosti pro /G max, popř. stanovte korekci závislosti U = f(g), tak aby údaje U odpovídaly reálnému zatížení G. c) Ověřte (pouze jako demonstraci): reprodukovatelnost průhybu a zatížení (např. 5x opakovaným zatížením z klid. hodnoty na cca N), krátkodobou časovou stabilitu údajů (např. v intervalu -6 s pro vybrané zatížení), možnost zvýšit citlivost -přechodem ze ¼ na ½ - můstek (lehkým tlakem na nosník kompenzačního tenzometru) vliv teploty -!!Až jako poslední demo!! - aby pro další měření stačil nosník s kompenzačním tenzometrem opět zchladnout. Ohřev realizujte pomocí bodové lampy!!pouze krátkodobě!! - vzdálené cca 5 cm. Přístroje a pomůcky: - měřicí stanice geometrických veličin INTRONIX NX + čidlo (indukční dif. sonda ± 5 µm př. %), - měřicí jednotka SCOUT 55 + tenzometrický ¼ -můstek s kompenzačním tenzometrem R M = R K = Ω, - zatěžovací přípravek + 7x závaží (à kotouč cca,6 kg ± %) + sada závaží, - odpor s dekádou R C = 567 kω + R; R dekáda kω (%).

2 Obsluha: Na zadním panelu měřicí ústředny SCOUT 55 hlavní vypínač ZAP.; obdobně u INTRONIXu (z hlavního MENU pomocí - vybrat: MERENI PRUBEZNE). Zobrazené hodnoty považujte za výchozí ( -vé N; µm, popř. mm). Po měření hlavní vypínače VYPNOUT! Postup - ad a) pro výpočet K : - na plato naložte všech 7 kotoučů odpovídá G max ; zaznamenejte průhyb tyče y a odpovídající obraz zatížení U, - závaží sundejte a nasimulujte ho elektricky paralelním připojením odporu R C (místo připojení: vodič svorka dekády - označeny R C ). Na dekádě nastavte hodnotu R tak, aby odpovídala původní hodnotě U (před sejmutím závaží), pak R C = R kω. Pozn.:! Manipulace se závažími provádějte opatrně, aby mechanismus nespadl z podpůrného břitu!!! NEDOTÝKEJTE SE polohové SONDY a distanční PODLOŽKY!! - pokud je ukazatel v rozmezí cca ± 5 µm - v klidové poloze (tj. bez závaží). Tab. pro R = Ω; G max m, kg (~ 7x,6 kg) č. U [N] y [mm] R C = R [kω] K [ - ] K stř [ - ] ad b) Tab. pro y = f(g) ; U = f(g) G [kg] U [V] y [mm] (zatěžování) (odlehčování) (zatěžování) (odlehčování) Citlivost snímače - z grafu: c U = = [V/N]; G c y y = = [mm/n]; G

3 II. TENZOMETRICKÝ MŮSTEK - KOMPENZACE TEPLOTY Obr. P.5: Pro U V = platí pro rovnováhu: R R = R R. Volíme: R - = R klidová hodnota (bez zatížení). ¼ - můstek: tenzometr měřicí; popř. tenzometr kompenzační - musí být v sousední větvi obr. P.6, ½ - můstek: x tenzometr měřicí; popř. x tenzometr kompenzační. Pro dosažení -násobku citlivosti: - shodně namáhané tenzometry (tah-tah, popř. tlak-tlak) zapojit do protilehlých větví obr.p.7, - opačně namáhané tenzometry (tlak- tah ) zapojit do sousedních větví obr.p.8, plný můstek: x tenzometr měřicí (zároveň kompenzační). Pro dosažení až -násobku citlivosti obr. P.9. Obr. P.5 Obr. P.6 Obr. P. 7 Obr. P.8 Obr. P. 9 a) Porovnejte citlivost ½ a ¼ - můstku. Změřte závislost výstupního napětí U V jako fci průhybu y, tj.: U V = f(y) u jednostranně namáhané planžety v rozsahu y (-5mm; +5mm). b) Z grafů určete: rozsah snímače; citlivost snímače (popř. porovnejte symetrii - tah x tlak - tj.: I.x III.kvadrant); metodou lineární regrese stanovte rovnici náhradní přímky. Pomůcky a přístroje: - přípravek x - tenzometrický ½ můstek: R = Ω ±,5%, K- faktor,8 ± %, typ /LY pro ocel; - měřicí ústředna SPIDER 8 (tř. př.,) plně řízená počítačem, proto nemá žádné vnější nastavovací ani řídící prvky komunikuje přes paralelní port PC/Master (IEE-8); nebo sériový RS-C. Určena k elektrickým měřením mechanických veličin jako dráha, síla, tlak, relativní prodloužení, zrychlení, teplota, rychlost. Možno připojit až 8 snímačů. - PC: MS Windows.; 886; 8 MB RAM; HD 5 MB; paralelní (LPT), sériový (COM,) port; myš. Postup a obsluha: - ZAPnout PC po náběhu ZAPnout SPIDER 8 a spustit program CONMES (LPT, EPP) MERENI; - zvolte variantu ½ nebo ¼ - můstek planžeta bez zatížení; kontrola: měřicí rozsah citlivosti mv/v; ½ - můstek. kanál odpovídá typu snímače polo most (ale pouze tenzometry aktivní) ten55; ¼ - můstek 5. kanál odpovídá typu snímače polo most (ale pouze tenzometr aktivní) ten55; objeví-li se nenulová hodnota - vynulujte (nepodaří-li se, zobrazenou hodnotu považujte za výchozí, tj. ); - průhyb s krokem mm nastavujte od -5 mm do +5 mm, zaznamenejte U V - tab.. Pozn.: Hodnoty +5 mm až + mm realizujte přítlakem planžety k stavěcímu hrotu mikrometrického šroubu. Hodnoty -mm až -5 mm realizujte lehkým vyhnutím planžety nad nastavovanou mez s následným nastavením mikrometrického šroubu na tuto mez. Po uvolnění planžety odečtěte U V. Obdobně realizujte návrat mikrometrického šroubu do klidové polohy.!! Z důvodu opotřebení NENASTAVUJTE - průhyb planžety - ŠROUBEM!! Pro pohodlí odečtu možno použít MONITOR v nabídce PANELY (návrat ZPET ke Konfigur7.cfn)! Po měření: ukončete program KONEC v nabídce SOUBOR; aktivujte START a VYPnout PC; po svolení vypněte hlavní vypínač PC a SPIDERu 8; planžety odlehčete. Tab. y [mm] ½- můstek ¼ - můstek U V [V]

4 III. APLIKACE TENZOMETRŮ - VÁHOVÝ ĆLÁNEK Úkol : a) Ověřte linearitu snímače U = f(g), tj. závislost výstupního napětí [mv] zobrazeného zatížení U [N] na skutečném zatížení G = mg [N]; v rozmezí sady závaží (cca kg) pro různá místa plochy snímače (střed, roh, kraj). b) Pro vybrané hmotnosti (např. kg ;,5 kg ; kg) stanovte rozlišovací schopnost váhy (s krokem cca g měňte vstup převodníku a sledujte odezvu na výstupu, určete případnou max. odchylku = [N]. c) Určete tř. přesnosti: Tp = ( Gmax / Gmax).% = %, je-li jmenovitý rozsah váhy 7, kg (odpovídá Gmax); a Gmax max. chyba v měřicím rozsahu (pro zjednodušení uvažujte jenom Vámi měřené hodnoty). Přístroje a pomůcky: - tenzometrická váha HBM-WE s váhovým článkem PW- 7, kg;!! kompletní sada závaží bez plíšků Obsluha: - ZAPnutí - zasunutím vidlice do zásuvky. Automaticky se nastaví (po chvíli) měřicí režim. - VYPnutí - vytažením vidlice ze zásuvky.

5 Měření momentu ) změřte a vykreslete závislost poměrného prodloužení ε = f(m) a výstupního napětí můstku U = g(m) jako funkce torzního zatížení ocelové trubky ) Vyneste graficky změřené hodnoty spolu s vypočtenými podle teoretického vztahu a komentujte případné rozdíly Popis: Zatěžovaná ocelová trubka má vnitřní průměr d = mm, vnější průměr D = 5 mm, materiál uvažujte ocel s modulem pružnosti v tlaku E = GPa a Poissonovou konstantou ν =,. Trubka je zatěžována přidáváním závaží o hmotnosti m na známém rameni délky l = mm. Poměrné prodloužení ε je měřeno tenzometry v zapojení plného můstku. Výstupní napětí U je měřeno přesným mv. Deformační citlivost - "gauge factor" - použitých tenzometrů je K =,. Můstek je napájený napětím V S. Použité přístroje: RLC můstek, napájecí zdroj Diametral PR5D (5V část) Měřené a vypočtené hodnoty: hmotnost m (g) Zatěžovací síla (N) Použité vztahy: Zatěžovací moment T (Nm) Poměrné prodloužení ε(-) Rozvážení můstku R/R (-) Měřené výstupní napětí můstku U (mv) Vypočtené výstupní napětí můstku U (mv) Zatěžovací síla : modul pružnosti v krutu: G T Poměrné prodloužení: ε = G W = m g Zatěžovací moment: T = l k = E ( + ν ) K výstupní napětí můstku V = VS ε ; Moment odporu v krutu W ; Rozvážení můstku R / R = ε K ; k π D d = 6 D 5