Pochodzenie nazwy

Tensometr najczęściej stanowi główne źródło sygnału w większości systemów pomiaru wielkości mechanicznych. Potocznie jednak, terminem tensometr bywa określany kompletny tensometryczny przetwornik wagi stanowiący od lat zasadniczą część wag elektronicznych. Z etymologicznego punktu widzenia polska nazwa „tensometr” jest zapożyczeniem z języka francuskiego, w którym używany jest termin „extensomètres à fils résistants w języku angielskim powszechnie stosuje się określenie „strain gauge, a w języku niemieckim skrót „DMS” który pozwala w słownictwie inżynierskim ominąć dość długą nazwę „Dehnungsmessstreifen”

 

Istota działania tensometrów

Istotą znaczenia każdego z tych terminów jest zdolność reakcji na odkształcenie a tym samym możliwość pomiaru naprężenia występującego w materiale samego tensometru oraz, przede wszystkim, na powierzchni przedmiotu stanowiącego obiekt badań, na który nasz tensometr jest naklejony. W tym miejscu wypada zaznaczyć, że działanie tensometrów może bazować na wykorzystywaniu różnych zjawisk fizycznych. Z punktu widzenia tego kryterium można wyróżnić kilka grup tensometrów, jednak w naszej ocenie, dwie najistotniejsze to: tensometry elektrooporowe i tensometry optyczne.

 

Budowa tensometru

Pokazany na rysunku tensometr jest „jednoosiowy” to znaczy pozwala na pomiar naprężeń w osi tak zwanej drabinki pomiarowej. W praktyce stosowane są tensometry jedno-, dwu- osiowe oraz tak zwane rozety pozwalające na jednoczesny pomiar odkształceń w trzech osiach. 

Podstawa działania tensometrów

W tym miejscu pragniemy się skoncentrować na tensometrach elektrooporowych. Zasada ich działania wynika z zależności obowiązującej wszystkie przewodniki prądu elektrycznego a głoszącej, że opór elektryczny jest wprost proporcjonalny do długości a odwrotnie proporcjonalny do przekroju poprzecznego danego przewodnika. Aby ułatwić dalsze rozważania warto oznaczyć najistotniejsze parametry występujące w procesie pomiaru w technologii tensometrii elektrooporowej. Proponujemy wprowadzić następujące określenia:

(pamiętajmy, że zmiana długości materiału skutkuje również zmianą powierzchni przekroju poprzecznego zgodnie z zasadą stałej objętości), którą określa współczynnik Poissona ν dla uproszczenia jednak proponujemy odnosić oczekiwane wyniki pomiarów tensometrycznych do wartości podstawowego parametru jakim jest wydłużenie względne)


Legenda

Wartość względnej zmiany rezystancji

Jak łatwo zauważyć względna zmiana rezystancji tensometru jest wprost proporcjonalna do wydłużenia względnego. Wartość współczynnika proporcjonalności „k” wynika z własności materiału, z którego zbudowany jest tensometr. W wyniku wielu prób przyjęto iż najkorzystniejszym materiałem do produkcji tensometrów jest konstantan czyli brąz niklowy (stop miedzi 60% i niklu 40%), dla którego współczynnik „k” osiąga stosunkowo wysoką wartość równą ~2 co pozwala uzyskać możliwie największy sygnał pomiarowy. Doskonaląc wyniki pierwszych prac związanych z opracowaniem konstrukcji i zastosowaniem tensometrów do pomiaru odkształceń (E.E.Simons i niezależnie A.C.Ruge rok 1937) uzyskano formę stosunkowo łatwych w aplikacji foliowych tensometrów oporowych. Ich konstrukcja polega na połączeniu warstwy konstantanu o kształcie naniesionym metodą fotograficzną na folie metalową i wytrawioną oraz materiału nośnika którym zazwyczaj jest warstwa żywicy zapewniającej możliwie dobre połączenie w procesie naklejania tensometru na powierzchnie materiału który jest obiektem pomiaru odkształceń.

Należy jednak pamiętać, że wartość zmiany oporności tensometru nawet przy znacznych odkształceniach jest bardzo mała. 

Obwód Mostka Wheatstone'a

W praktyce pomiarów tensometrycznych wykorzystuje się wzmacniacze pomiarowe, które wykorzystują opracowany w roku 1843 obwód mostka Wheatston’a.

Gdzie:

UB - napięcie zasilania (zwykle 1 ÷ 8 V)

UA- sygnał pomiarowy (zwykle 0 ÷ 2 mV/V)

R1 - R4 - kolejne tensometry


W przypadku gdy wszystkie cztery tensometry posiadają identyczną rezystancję a żaden z tensometrów nie podlega odkształceniu mostek jest zrównoważony i sygnał wyjściowy wynosi 0 mV. Gdy jednak odkształcimy co najmniej jeden tensometr, równowaga napięć na mostku zostanie zakłócona i otrzymamy wyraźny sygnał wyjściowy o maksymalnej wartości (w typowych zastosowaniach) do 2 mV na każdy wolt zasilania.

Zastosowania tensometrów

Tensometry elektrooporowe znajdują zastosowanie między innymi przy pomiarze naprężeń występujących w materiałach różnych konstrukcji (na przykład mostów, torowisk). Wtedy są bezpośrednio naklejone na materiał danego obiektu, lub przy produkcji przetworników siły, przetworników wagi czy przetworników momentu obrotowego. W takim przypadku tensometry są naklejane na elementy korpusu danego przetwornika a kompletny przetwornik podlega kalibracji i zapewnia możliwość pomiaru odpowiedniej wielkości z bardzo dużą dokładnością. W obecnych warunkach możemy, przy zastosowaniu najlepszych przetworników wagi oraz najwyższej klasy wzmacniaczy pomiarowych osiągnąć dokładność do 0,000 5% .

Przetworniki tensometryczne

Przykłady przetworników wagi, siły i momentu obrotowego.









Rodzaje tensometrów oporowych

Szczegóły konkretnych tensometrów, oporności, dokładności.

TENSOMETRY SERIA LY

ODKSZTAŁCENIA JEDNOKIERUNKOWE
Stanowi pierwszy wybór w przypadku pomiarów odkształceń tylko w jednym kierunku.
Więcej

TENSOMETRY SERIA XY

DRABINKA W KSZTAŁCIE LITERY V
Typ XY2 i XY4 są tensometrami w kształcie litery V z dwoma drabinkami pomiarowymi ułożonymi pod kątem 45° względem osi.
Więcej

TENSOMETRY SERIA M

PODWYŻSZONA ODPORNOŚĆ
Specjalnie opracowane dla wysokiej odporności na zmienne obciążenia przy wzrastającym poziomie odkształcenia i wysokich temperaturach do 300°C.
Więcej

TENSOMETRY SERIA XY-RY

METODA WIERCONEGO OTWORKA
Analiza naprężeń resztkowych, dla metody wierconego otworu i wierconego pierścienia.
Więcej

TENSOMETRY SERIA KY

ŁAŃCUCHY TENSOMETRYCZNE
Łańcuchy tensometryczne są szczególnie przydatne do określania gradientów naprężeń.

Więcej

TENSOMETRY SERIA VY

TENSOMETRY PEŁNO-MOSTKOWE
Tensometry pełno-mostkowe VY posiadają 4 drabinki pomiarowe, ułożone tak, że każda jest przesunięta o kąt 90° względem kolejnej.
Więcej

TENSOMETRY SERIA RDS

CZUJNIKI PROPAGACJI PĘKNIĘĆ
Czujniki propagacji pęknięć są używane do określania postepowania pęknięć w elementach. HBM oferuje trzy różne typy takich czujników.
Więcej

TENSOMETRY SERIA XY

ROZETA TYPU T
Tensometry XY jako rozety typu T posiadają 2 drabinki pomiarowe ułożone pod kątem 90° od siebie.

Więcej

Szkolenia

Zastosowanie tensometrów w technikach

hammer

ZASTOSOWANIE TENSOMETRÓW W TECHNIKACH POMIAROWYCH I CZĘŚĆ - INSTALACJA TENSOMETRÓW

RR Company Advisor

Szkolenie rozpoczyna teoria – podstawy wiedzy o tensometrii takie jak: budowa tensometru, wartości pomiarowe odkształceń, Mostek Wheatstone’a. Zajęcia praktyczne obejmują wybranie odpowiedniego miejsca do pomiaru, przygotowanie powierzchni i naklejanie tensometrów. Następnie podłączanie własnoręcznie zainstalowanych tensometrów do aparatury pomiarowej i analizę otrzymanych wyników.

więcej tel. 519 325 350 b.zajaczkowska@hbm.com.pl

hammer

ZASTOSOWANIE TENSOMETRÓW W TECHNIKACH POMIAROWYCH II CZĘŚĆ - TENSOMETRIA ELEKTROOPOROWA W TEORII I PRAKTYCE

RR Company Advisor

Dwudniowe szkolenie rozpoczyna część teoretyczna obejmująca zagadnienia stanu naprężeń i odkształceń opisanych odpowiednimi równaniami, rozszerzalności i kompensacji temperaturowej, zastosowanie rozet tensometrycznych. Część praktyczna obejmuje wyznaczanie i analizę naprężeń w płaskich układach prętowych w belkach i tarczach płaskich na podstawie obliczeń oraz pomiarów tensometrycznych.

więcej tel. 519 325 350 b.zajaczkowska@hbm.com.pl

hammer

HBM CATMAN - AKWIZYCJA DANYCH POMIAROWYCH W PRAKTYCE

RR Company Advisor

Program szkolenia obejmuje konfigurację urządzeń pomiarowych, wprowadzenie podstawowych ustawień, tworzenie kanałów obliczeniowych i analizowanie otrzymanych danych. Każdy z uczestników szkolenia pracuje przy komputerze, samodzielnie rozwiązując zadania w celu utrwalenia nabytej wiedzy.

więcej tel. 519 325 350 b.zajaczkowska@hbm.com.pl

Nasze publikacje

Najczęściej Zadawane Pytania

W jakich temperaturach może pracować tensometr?

Tradycyjne foliowe tensometry prawidłowo funkcjonują w zakresie temperatur -50 do +80 stopni Celsjusza. Tensometry o podwyższonej wytrzymałości można śmiało stosować od - 80m do +300 stopni Celsjusza.

Jakie kleje stosujemy przy aplikacji tensometrów?

Kleje jednoskładnikowe, dwuskładnikowe do stosowania w temperaturze pokojowej (na zimno) oraz do zastosowań bardzo wymagających kleje dwuskładnikowe wiążące w wyższych temperaturach.

Jakie oporności tensometrów są zalecane w zależności od zastosowania?

Przy analizie naprężeń najczęściej stosujemy 120 Ohm, do konstrukcji przetworników 350 Ohm lub wyżej.

Jak zabezpieczyć tensometry przed wpływem czynników zewnętrznych?

Najczęściej stosujemy powłoki sylikonowe, masy uszczelniające, lub aplikujemy tensometry zakapslowane.

Jaka jest maksymalna odległość między tensometrem i elektronika pomiarową?

Przy najbardziej korzystnych warunkach zapewniających możliwie mały spadek napięcia zasilana odległość nie może przekraczać 500 m.