Studiu privind tensiunile și deformația din bare

Cuprins 1

INTRODUCERE

Progresele din domeniul tehnicii măsurării sunt strâns legate de progresele din domeniul senzorilor şi traductoarelor şi de cele din domeniul mijloacelor de prelucrare şi transmitere a semnalelor asociate mărimilor măsurate.

O tendinţă manifestată în ultimele decenii este aceea de a încorpora în structura senzorilor sau traductoarelor circuite şi dispozitive de prelucrare primară a semnalelor prelevate pentru a furniza la ieşire un semnal cât mai bogat în informaţie şi cât mai propice pentru transmitere către celelalte elemente ale sistemului de măsurare sau conducere. Este vorba de prelucrări care să facă posibilă transmiterea mărimilor prelevate pe semnale de ieşire standard acceptabile de aparatele de măsurare şi/sau de microprocesoarele din structura senzorilor şi traductoarelor sau de cele din structura sistemului de măsurare.

Cvasitotalitatea senzorilor şi traductoarelor care se fabrică în prezent au ca mărime de ieşire curentul electric (4÷20 mA), trenul de impulsuri cu frecvenţe de ordinul KHz÷MHz sau ieşire numerică serială sau paralelă pe 8-32 biţi, transmisibile pe magistrale de tip HART, FIELDBUS, OPC ş.a.

Există, de asemenea, tendinţa de a folosi, acolo unde este cazul, traductoare inteligente, adică traductoare care să întrunească în totalitate sau parţial atributele (cerinţele) echipamentelor inteligente, enumerate anterior.

Gradul de inteligenţă al traductorului este determinat, atât de inteligenţa metodei de măsurare adoptate cât şi de inteligenţa sistemului care asigură derularea automată a procesului de măsurare.

Inteligenţa se materializează atât prin diverse funcţii implementate prin echipamente, cât mai ales prin algoritmul sau programul de aplicaţie executat de o structură programabilă.

PARTEA I – STUDIU BIBLIOGRAFIC

Capitolul 1 :TENSOMETRIA

1. PREZENTARE GENERALĂ

Deoarece determinarea prin studiul rezistenţei materialelor a eforturilor unitare pentru corpuri ce au configuraţii, rezemări şi moduri de încărcare complexe prezintă dificultăţi şi risc de apariţie al erorilor, s-au conceput numeroase metode experimentale, dintre care cele mai importante sunt: tensometria, fotostress, metoda rö ntgenografică, metoda causticelor.

Tensometria este metoda de măsurare a deformaţiilor mici, la suprafaţa corpurilor supuse unor solicitări

Determinarea stării de tensiune şi de deformaţie într-un punct de pe suprafaţa unei structuri cu ajutorul tehnicilor tensometriei electrice, se bazează, în general, pe transformarea variaţiei deformaţiei specifice din punctul respectiv, în variaţia unei mărimi electrice (tensiunea), prin intermediul unui element de circuit, care poartă numele de traductor. După tipul elementului de circuit folosit ca traductor, tensometria electrică cunoaşte mai multe tehnici experimentale: tensometria electro-rezistivă (traductorul fiind un rezistor), tensometria electro-inductivă (traductorul fiind o bobină), tensometria electro-capacitivă (traductorul fiind un condensator) şi tensometria semiconductivă (traductorul fiind un semiconductor.

Tensometria electrică rezistivă este cea mai folosită pentru determinarea stării de deformaţie într-un punct. Aceasta se bazează pe fenomenul modificării rezistenţei conductorilor electrici atunci când se alungesc sau se scurtează prin întindere, respectiv prin comprimare axială.

Etapele care trebuie să fie parcuse în tensometria electrică rezistivă sunt:

Măsurarea deformaţiilor;

Determinarea stării de deformaţii;

Determinarea stării de tensiuni;

Tensiuni principale (în puncte semnificative).

2. TRADUCTORUL TENSOMETRIC

2.1. SCURT ISTORIC

Lordul Kelvin a descoperit în 1856 că firele metalice supuse la tracţiune îşi modifică rezistenţa electrică. Pe baza acestui fenomen, în 1938, Edward Simmons şi Arthur Ruge, lucrând independent, au construit şi utilizat primele TER (numit impropriu şi marcă tensometrică).

La primele încercări făcute, elementul sensibil nu era lipit de piesa ale cărei deformaţii trebuiau măsurate, ci aplicat pe o piesă intermediară menită să transmită deformaţiile de la piesa studiată la elementul sensibil. Existenţa piesei intermediare făcea ca avantajele tensometriei electrice să fie minime. Americanul Simmons a făcut un foarte important pas în tensometria electrică, măsurând deformaţiile piesei prin lipirea pe ele a unui grilaj de sârmă foarte subţire, prin intermediul unui adeziv, bun izolator electric. În acelaşi deceniu, Rouge a uşurat manevrarea şi aplicarea traductorilor, lipindu-i pe un suport intermediar independent.

Aceste traductoare s-au dezvoltat şi diversificat permanent. Mult timp s-au fabricat TER cu fir pe suport de hârtie, însă acum marea majoritate sunt de tipul folie metalică pe suport polimeric. In prezent TER se faprică în extrem de multe tipodimensiuni, iar cererea de pe plan mondial este foarte mare şi în continuă creştere. De aici a plecat şi afirmaţia că "aplicaţiile tensometriei electrice rezistive la problemele de măsurare a deformaţiilor sunt limitate doar de imaginaţia experimentatorului".

2.2. CLASIFICAREA GENERALĂ A TRADUCTOARELOR

după natura mărimii de intrare

traductoare de mărime mărimi neelectrice temperatură

debit

presiune

nivel

umiditate

viteză etc.

mărimi electrice tensiune

curent

rezistenţă

frecvenţă etc.

traductoare de calitate (caracteristici ale compoziţiei corpurilor) gazoanalizoare

traductoare de pH

spectrografe etc.

după natura mărimii de ieşire

traductoare parametrice (transformă o mărime neelectrică într-un parametru de circuit electric)

rezistive

inductive

capacitive

fotoelectrice etc.

traductoare generatoare (transformă o mărime neelectrică într-o forţă electromotoare)

de inducţie

sincrone

piezoelectrice

termoelectrice etc.

2.2.1. Traductoare parametrice

Mărimi fizice de bază Mărimi fizice derivate Elemente sensibile tipice

Deplasare - deplasare liniară;

- deplasare unghiulară

- lungime (dimensiuni geometrice);

- grosime;

- straturi de acoperire;

- nivel

- deformaţie (indirect forţă, presiune sau cuplu);

- altitudine. - rezistive;

- inductive;

- fotoelectrice;

- electrodinamice (de inducţie, selsine, inductosine).

Viteză - viteză liniară;

- viteză unghiulară;

- debit. - electrodinamice (de inducţie);

- fotoelectrice.

Forţă - efort unitar;

- greutate

- acceleraţie (vibraţie);

- cuplu;

- presiune (absolută, relativă, vacuum, nivel, debit);

- vâscozitate. - termorezistive;

- termistoare;

- rezistive;

- inductive;

- capacitive;

- piezorezistive;

- magnetorezistive.

Temperatură - temperatură ( pentru solide, fluide, de suprafaţă);

- căldură (flux, energie);

- conductibilitate termică. - termorezistenţe;

- termistoare;

- termocupluri.

Masă - debit de masă - complexe (dilatare+deplasare)

Concentraţie - densitate;

- componente în amestecuri de gaze;

- ioni de hidrogen în soluţii. - idem ca la forţă;

- termorezistive;

- electrochimice;

- conductometrice.

Radiaţie - umiditate;

- luminoasă;

- termică;

- nucleară. - fotoelectrice;

- detectoare în infraroşu;

-elemente sensibile bazate pe ionizare.