Методи вимірювання механічних напружень, сил і моментів зміст

Методи вимірювань деформацій і механічних напруг 5

ТЕРМОПРУЖНОСТІ метод вимірювання механічних напружень 10

Метод рентгенівської тензометрії 12

Методи вимірювань сил і моментів, що крутять 15

Зміна сили методом урівноваження 23

Контрольні питання: 28

Список літератури: 29

Механічні зусилля, діючі на різні об'єкти, справ бувають зосереджені і розподілені. Розрізняють зосереджені лінійно спрямовані зусилля - сили і обертальні зусилля - крутний момент. Розподілені зусилля ділять на зовнішні - тиску і внутрішні - механічні напруги, що виникають в тілі досліджуваного об'єкта. Вимірювання механічних зусиль є невід'ємною частиною багатьох наукових досліджень, технологічних процесів, медичної діагностики ...

Методи вимірювань різних видів механічних зусиль мають багато спільного. По виду безпосередньо вимірюваної величини їх можна розділити на 4 групи, засновані на вимірі:

деформацій досліджуваного об'єкта або пружного елемента, що виникають під дією визначається зусилля;

параметрів або властивості перетворювачів, що змінюються під дією визначених зусиль (електричне або магнітне опір, частота власних коливань);

безпосередньо властивостей досліджуваних об'єктів або середовищ, що залежать від діючих на них зусиль (швидкість поширення звуку, теплопровідність газу, температура);

зусилля, що врівноважує вимірюваний зусилля.

Перша група методів найбільш широко використовується для визначення механічних напружень шляхом вимірювання деформації поверхні досліджуваного об'єкта, а також в приладах для вимірювання сил, що крутять моментів і тисків.

Друга група застосовується для побудови засобів вимірювань, заснованих на використанні п'єзоелектричних, магнитоупругих і манганіновим перетворювачів, природною вхідний величиною яких є вимірювана зусилля.

Прямий п'єзоелектричний ефект, що полягає в електризації кристалічних тіл під дією механічної напруги, широко використовується для вимірювання сил і тисків. Оскільки перетворення механічної напруги в електричний заряд здійснюється з малою похибкою (10

- 10 %), А власна частота п'єзоелектричних датчиків досить висока (20 - 200 до Гц), то на їх основі випускаються досить точні засоби вимірювань для визначення швидкозмінних сил і тисків. Застосування сучасних підсилювачів з високим вхідним опором (R= 10 Ом), підсилювачів заряду дозволяє використовувати п'єзоелектричний ефект для вимірювань не тільки динамічних, але і квазистатических зусиль.

Високими метрологічними характеристиками володіють прилади з п'єзоелектричними резонансними датчиками, заснованими на зміні частоти резонатора під дією механічного зусилля. Такі датчики дозволяють створювати манометри з похибкою 0.01 -0.02%. з верхньою межею вимірювання

70 М Па, а також динамометри для вимірювання сил в діапазоні

3 * 10

- 15 Н з похибкою 0.02%.

Магнітопружний ефект, що полягає в залежності магнітної проникності феромагнітних тел μ від існуючих в них механічної напруги σ, використовується для вимірювання великих сил, що обертають моментів і тисків. Магнитоупругие датчики можна застосовувати для вимірювання зусиль, як в статистичному, так і в динамічних режимах при частотах до декількох до Гц. Вони відрізняються високою надійністю, але і малою точністю (похибка 1 - 5%). Нижня межа вимірювання визначається магнітопружної чутливістю матеріалу датчика, яка для різних матеріалів лежить в межах

Верхня межа вимірювання манометрів і динамометрів обмежується допустимим значенням механічної напруги в матеріалі Магнітопружний перетворювача, який мав би перевищувати 10 - 20% від межі пружності даного матеріалу. В іншому випадку сильно зростають похибки лінійності і гістерезису.

Вимірювання тисків за допомогою манганіновим перетворювачів заснована на властивості манганина - змінювати свій опір під дією всебічного стиснення. Баричний коефіцієнт манганина визначається виразом (2).

Тому такі перетворювачі застосовуються для вимірювання високих і надвисоких тисків (10

- 10). зокрема високих імпульсних тисків.

На залежності властивостей або параметрів досліджуваних об'єктів від діючих зусиль засновані ультразвукової, термопружності, Магнітопружний і фотопружних методи вимірювань механічних напружень, теплової та іонізаційний методи вимірювань вакууму, інтерферометричний метод вимірювання тиску і т. П.

Методи врівноваження використовуються при побудові найбільш точних засобів вимірювань сил, що обертають моментів і тисків.