Завдання на підготовку до лабораторної роботи

Для виконання роботи з наклеювання тензорезисторів на деталь механічні напруги, в якій необхідно визначити, насамперед вибирають місце для установки тензорезисторів. Місце установки тензорезисторів ретельно очистити від фарби, іржи або забруднення за допомогою абразивних засобів. Незалежно від матеріалу, нерівності поверхні в місцях розміщення тензорезисторів не повинні перевищувати 15-25мкм при застосуванні тензорезисторів із тонкої і 25-50мкм - із товстою або комбінованою основою.

Після зачищення й обезжирювання необхідно зробити грунтовку місця наклеювання для одержання проміжного клейового шару. Грунтовку зробити розведеним монтажним клеєм. Наклеювання тензорезисторів зробити безпосередньо після опрацювання поверхні об'єкта дослідження або після полімеризації грунтового шару. При наклеюванні термореактивними клеями забезпечити нормальну термообробку по рекомендованому режимі. При наклеюванні тензорезисторів із тонкою основою на метал та інші електропровідні матеріали необхідно в місці приєднання вивідних контактів підклеювати конденсаторний папір або тонку, просочену клеєм склотканину. Це підвищує надійність електричної ізоляції між штахетом і поверхнею.

Наклеювання тензорезисторів із паперовою основою експрес-клеєм циакрин 30 виконувати після грунтовки основи яким-небудь клеєм холодного затвердіння з наступним нормальним сушінням. Тензорезистори з плівковою основою грунтовки не вимагають.

Перед наклеюванням ампулу з циакрином витягти з холодильника і витримати при температурі +10^о - +20^о  протягом 15-20 хв. В ампулі проколоти отвір діаметром біля 0,3мм.

Клей нанести тонким шаром тільки на основу тензорезистора, що точно установити на місце наклеювання і витримати під тиском протягом однієї хвилини. Наступне сушіння здійснювати при нормальній температурі та вологості 40-60% не менше 12 годин.

Нанесення клеїв інших типів на поверхню варто робити колонковими пензлями №5-8. Грунтовку пористих матеріалів виконують також колонковими пензлями №8-12. При замазуванні пір і раковин фосфатцементом використовують сталевий шпатель. Наклеювання фольгових тензорезисторів зробити клеями ВЛ-4 і ВЛ-931. На досліджувану поверхню, попередньо підігріту до 70-80^оС, нанести грунтовий шар клею, який після сушіння піддати термообробці (нагрів до 180^оС з наступним охолодженням у термостаті, що остигає). Після наклеювання тензорезисторів зробити сушіння і термообробку. Потім тензорезистори покрити клеєм із наступним сушінням і термообробкою.

Наклеювання дротових тензорезисторів із паперовою і плівковою основою термоактивними клеями виконати також, як і клеями холодного затвердіння, із тієї різницею, що після сушіння об'єкт дослідження з наклеєними тензорезисторами піддати термообробці в сушильній шафі або термостаті, забезпечивши рекомендований режим термообробки (наліпка тензорезисторів клеями холодного затвердіння буде розглянута в практичній частині роботи).

Після наклеювання тензорезисторів перевірити її якість, опір тензорезисторів і опір ізоляції штахету щодо об'єкта дослідження. Візуально перевірити відсутність відшарувань основи, щільність її прилягання до поверхні, а також відсутність зсувів осі штахету щодо розміточних рисок. Опір ізоляції між штахетом і поверхнею об'єкта дослідження не повинно бути менше 50-100 мОм.

Контрольні питання для самоперевірки і контролю

Підготовленості студентів до роботи

1. Які методи використовуються для визначення напруг у деталях механізмів?

2. Що дозволяє визначити метод тендітних лакових покриттів?

3. На якому явищі заснована дія тензорезисторів?

4. Що прийнято за основні параметри тензорезисторів?

5. Що розуміється під коефіцієнтом тензометричної чутливості?

6. З яких матеріалів виготовляються тензорезистори?

7. Які типи тензорезисторів застосовуються в машинобудуванні?

8. У чому перебуває основна перевага фольгових тензорезисторів?

9. Переваги і недоліки напівпровідникових тензорезисторів?

10. Які застосовуються електричні схеми з'єднання тензорезисторів?

11.  Що таке температурна компенсація і як вона виконується?

12.  Які вимоги до наклеювання тензорезисторів?

Матеріали, інструмент, пристосування, устаткування

1. Тензометричні датчики опору.

2. Деталі автомобіля.

3. Абразивні матеріали.

4. Розчинники (ацетон, спирт).

5. Дрантя.

6. Клей для наклеювання тензорезисторів.

Порядок виконання лабораторної роботи

Наліпку тензорезисторів із паперовою, плівковою або лаковою основою клеєм холодного затвердіння проводять у наступній послідовності.

1.4.1 Підготувати місце наклеювання відповідно до вищевказаних вимог.

1.4.2 Обезжирити місце наклеювання ацетоном, спиртом або ефіром.

1.4.3 Провести обрізку основи тензорезистора на відстані 1-2мм від штахету по подовжніх крайках і не ближче 3-2мм від кінця штахету.

1.4.4 На підготовлену поверхню і на основу тензорезистора нанести тонкі шари клею, просушити.

1.4.5 Провести повторне покриття основи (іноді місця наліпки) більш товстим шаром клею і потім тензорезистор можливо точніше укласти на підготовлену поверхню уздовж розміточних рисок.

1.4.6 Покрити тензорезистор фторопластовою або целофановою плівкою і гумовим валиком накотити тензорезистор, видаляючи надлишки клею.

1.4.7 Закріпити тензорезистор на поверхні та витримати якийсь час під тиском.

1.4.8 Провести холодне сушіння при температурі 20-25°С і вологості не більш 50%.

Зміст звіту

У звіті за результатами роботи повинні бути приведені наступні дані:

- найменування роботи, цілі і задачі;

- короткі теоретичні зведення;

- схеми наклеювання і з'єднання тензорезисторів;

- висновки.

Література: [1], c.101-105, 125-126; [2], c.17-22; [3], c.92-107; [4], c.55-91.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2

ПРОМІЖНІ ПЕРЕТВОРЮВАЧІ ІНФОРМАЦІЇ

Ціль роботи

2.1.1 Вивчити пристрої, застосовувані для проміжного перетворення інформації від тензорезисторів.

2.1.2 Набути навики роботи з тензометричною підсилювальною апаратурою.

2.1.3 Вивчити способи тарування і методи оцінки похибок тензоапаратури.

2.1.4 Провести виміри, побудувати тарувальний графік балки рівного опору, визначити похибку виміру.

Загальні відомості

При дослідженнях автомобілів та їх агрегатів для одержання інформації про механічні напруги в деталях часто використовують так названі “аналогові” методи вимірювання. Серед аналогових методів широко використовують метод тензометрії, який дозволяє вимірювати неелектричні величини електричними засобами. Одержуваний при цьому сигнал у таких схемах має дуже малу потужність, тому при вимірі дуже малих деформацій (порядку 1×10^-4), а також при високій верхній межі частот вимірювальних деформацій необхідно застосовувати вимірювальні прилади дуже високої чутливості або вводити в схему посилюючі пристрої. Для різних видів вимірів створені різні типи тензоапаратури, що відрізняються принципом роботи, метрологічними характеристиками, кількістю вимірювальних каналів і т.д.

При статичних вимірах найбільше доцільно застосування приладів, дія яких засновано на нульовому методі виміру (тензомости). При цьому методі вимірювальний міст після кожного навантаження балансується зміною опорів пасивних плечей моста, убудованих в апаратуру. Зрівноважування моста може бути ручним або автоматичним, безупинним (реохорд) або дискретним (набір зразкових резисторів із перемикачем). Вимірювальна деформація оцінюється по різниці положень зрівноваженого органа (показань шкали реохорда або хода перемикача), після навантаження і до нього. Живлення вимірювального моста може здійснюватися постійною, перемінною або імпульсною напругою.

Нульовий метод виміру відрізняється високою точністю, обумовленою точністю зрівноваженого органа (похибки підсилювача і джерела живлення моста практично не позначається на точності вимірів). По цьому принципі працюють тензометричні прилади ІСД-3, ЦТМ-3, ІДЦ-1 та ін. Низька швидкодія обмежує застосування цих приладів статичними вимірами.

При дослідженні динамічних процесів, характерних для роботи автомобілів, застосовують апаратуру, що працює за методом відхилення (тензопідсилювачі). У цих пристроях вимірювальний міст балансують вручну при ненавантаженому об'єкті. У процесі випробувань посилений сигнал розбалансу представляє у визначеному масштабі інформацію про миттєве значення вимірювального розміру. Цей метод пред'являє високі вимоги до метрологічних характеристик підсилювача і джерела живлення моста. Тензопідсилювачі звичайно мають декілька однакових вимірювальних каналів, що мають виходи для підключення стандартної реєструвальної апаратури (світлопроменеві осцилографи, магнітографи).

Живлення мостів може здійснюватися як постійним, так і перемінним струмом несучої частоти (від сотень герц до десятків кілогерц).

Вибір підсилювача визначає структурна схема, прийнята для вимірювальної системи.

Так, у системах із зворотним зв'язком від підсилювачів потрібно висока стабільність, тоді як амплітудні та частотні характеристики і сувора сталість коефіцієнта підсилення не мають вирішального значення. Навпаки, у системах прямого перетворення обов'язкова висока стабільність характеристик підсилювача й особливо коефіцієнта підсилення, необхідні також лінійна амплітудна характеристика і широка смуга пропускання.

У вимірювальних системах застосовують підсилювачі перемінного струму, постійного струму і підсилювачі, які працюють на несучій частоті.

Підсилювачі перемінного струму відрізняються простотою і стабільністю характеристик, смуга їх пропускання обмежена. Тому вони придатні більше для вимірів при досить високій частоті нижчої гармоніки досліджуваного процесу (починаючи від 20Гц) і помірній частоті вищих гармонік (до 8-10кГц). Зокрема, підсилювачі перемінного струму застосовують для посилення сигналів недокомпенсації. При необхідності в схему вводять перетворювачі частоти вхідного сигналу.

Підсилювачі постійного струму відрізняються порівняно широкою смугою пропускання (до 200кГц), але мають недостатньо стабільні характеристики.

На характеристики помітний вплив здійснюють коливання живлячих напруг, температури, вологості, а також зміна згодом властивостей деталей самого підсилювача. Область застосування підсилювачів цього типу - посилення широкосмугастих сигналів із постійної складової, наприклад, від п’єзоелектричних датчиків тиску (індиціювання ДВЗ).

Підсилювачі на несучій частоті найбільше універсальні. У блок таких підсилювачів входять генератор несучої частоти ГНЧ (0,5-50кГц), амплітудний модулятор АМ (у виді бруківкою або диференціальною схемою), підсилювач П перемінного струму, модулятор посилених сигналів ПМ, фазочутливий детектор ФД, що здійснює демодуляцію посиленого сигналу й одночасно визначальний знак збільшення параметра датчика і, нарешті, фільтр несучої частоти Ф, після якого сигнал подається на вихідну ланку (показник Пк). Блок-схема підсилювача і послідовність проходження і перетворення їм сигналу датчика показана на рис. 2.1.

Рисунок 2.1 - Блок схема (а) і послідовність перетворення (б)

сигналів у підсилювачі на несучій частоті

Ефективність підсилювачів даного типу визначається правильним вибором несучої частоти. Необхідно, щоб несуча кругова частота  перевищувала найбільше значення моделюючої кругової частоти  не менше, ніж у 10-15 разів.

У проміжних ланках вимірювальних схем у даний час широко використовують перетворювачі вимірювальних аналогових величин у цифровий код, що потім і перетвориться в сигнали, що посилаються на вихідний пристрій.

При роботі з тензоапаратурою, що працює по методу відхилення, перед проведенням випробувань, а іноді в проміжках між дослідами, проводять тарування апаратури з метою визначення масштабного коефіцієнта запису, необхідного для розшифровування осцилограм. У залежності від форми і розмірів деталі, на якій наклеєні тензорезистори, а також від вимірювальних величин застосовують різні види тарування.

При випробуваннях автомобілів за допомогою тензорезисторів, наклеєних на відповідні чутливі елементи, у якості яких можуть використовуватися і деталі автомобіля (наприклад, півосі), вимірюють зусилля, крутни моменти, переміщення, тиски й інші розміри. У таких випадках доцільно проводити безпосереднє тарування вимірю-вального тракту, для чого деталь із наклеєними тензорезисторами піддають у відповідному пристосуванні еталонним навантаженням, реєструючи при цьому вихідні показання (наприклад, зсув світлової плями на екрані світлопроменевого осцилографа). Навантаження здійснюють ступенями в двох напрямках (навантаження-розвантаження) з метою виявлення можливого гистерезису.

Експериментальні точки аппроксимуються лінійною залежністю по методу найменших квадратів. Масштабний коефіцієнт визначається за результатами  вимірів по формулі:

                                                                           (2.1)

де  і  - відповідно i-ті навантаження деформації й ордината осцилограми.

Вважаючи відхилення експериментальних точок  від своїх математичних чекань випадковими з нормальним законом розподілу, визначають середньоквадратичну похибку масштабного коефіцієнта:

                      ,                               (2.2)

У ряді випадків для оцінки похибки застосовують дисперсію . Однак на практиці частіше користуються відносною середньоквадратичною похибкою:

                                                       (2.3)

Середньоквадратична похибка - вірогідний розмір, він обмежує інтервал, якому задовольняють результати ~ 68% вимірів.

При тензометруванні деталей складної форми, що не дозволяють задавати еталонні деформації в зоні наліпки тензорезисторів, тарування тензоапаратури проводять за допомогою декількох тензорезисторів із цієї ж партії, наклеєних на спеціальні тарувальні балочки чистого вигину, що виготовляються, як правило, із того ж матеріалу, що і випробовувана деталь. Розкид по опорі датчиків у партії не повинний перевищувати 0,5% опори датчика, наклеєних на випробовуваній деталі.

Датчик, наклеєний на тарувальну балку, включають у плече напівмісту підсилювача, сусіднім плечем якого є робочий датчик. Для забезпечення температурної компенсації тарувальна балка і досліджувана деталь повинні знаходитися в аналогічних температурних умовах.

У випадку, коли виносний напівміст підсилювача перебуває з двох робочих датчиків, наклеєних на досліджувані деталі в місцях із рівною за розміром, але зворотною за знаком деформацією, датчики, що наклеюються на тарувальну балку, включаються паралельно робочим датчикам. Таким чином, кожне плече вимірювального напівмісту перебуває з паралельно включених робочого датчика і датчика, наклеєного на тарувальну балку.

Тарування датчиків з апаратурою робиться після попереднього зрівноважування моста. При навантаженні тарувальної балки визначається залежність відхилення вимірника від деформації  балки, а по відхиленню вимірника при деформації досліджуваної деталі можна визначити її деформацію в місці наліпки робочого датчика.

На рис. 2.2 показана схема градуйованого пристрою з балкою прямокутного перетину m´b на двох опорах, що навантажується симетричними силами.

Рисунок 2.2 - Схема градуйованого пристрою

для тарування датчика

Між опорами балка піддається чистому вигину і, отже, має постійну відносну деформацію поверхневих волокон, що дозволяє наклеювати датчики в будь-якому місці по всій довжині . До консольних кінців балки прикладають рівні сили , що викликає її вигин. Ця деформація може бути визначена побічно за розміром прогину  в середині балки, за допомогою формули:

,

де  і  - відстань між опорами і товщина балки відповідно;

 - деформація робочої ділянки балки.

Розмір прогину  визначають індикатором, висоту  - мікрометром, а довжину балки з постійним згинаючим моментом - штангенциркулем.

Характеристики тензопідсилювачів можуть декілька змінюватися під дією змін напруги живлення, температури і т.д., що приводить до зміни масштабу запису. Щоб врахувати зміну масштабного коефіцієнта (при розшифровуванні осцилограм), у проміжках між опитами періодично проводять електричне калібрування підсилювача за допомогою убудованих пристроїв. Калібрування здійснюється двома способами: подачею на вхід підсилювача еталонного електричного сигналу при відключеному тензомості (ТА-5), або створенням еталонного розбалансу моста шунтируванням одного з плечей «масштабним» резистором (Топаз-1).