|
| |
|
Слаботочка Книги Полученные формулы, выражающие гистерезис через параметры ползучести (Пе, oi и ог), позволяют перевести характеристику гистерезиса в разряд расчетных характеристик. Это уменьшит число метрологических характеристик, экспериментально определяемых у тензорезнсторов, а также позволит более правильно оценивать погрешность от гистерезиса тензорезнсторов в любых экспериментах, отличающихся скоростями нагружения и разгружения, а также временами регистрации выходных сигналов тензорезнсторов. 4. ВЛИЯНИЕ РЕОЛОГИИ СВЯЗУЮЩЕГО НА ЛИНЕЙНОСТЬ ФУНКЦИИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДЕФОРМАЦИИ И НА ВОСПРОИЗВОДИМОСТЬ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ СОПРОТИВЛЕНИЯ ТЕНЗОРЕЗНСТОРА При определении функции преобразования деформации за время т, затрачиваемое на деформирование балки и измерение выходных сигналов, упругие несовершенства связующего могут привести к ее искажению. Степень искажения функции преобразования можно оценить, считая для упрощения, что при отсутствии влияния упругих несовершенств функция преобразования будет линейна, а отклонения от линейности бил по аналогии с предыдущим будут представлены в виде где Sb - напряжение в связующем с учетом влияния за время т упругих несовершенств; S и 5т -напряжения в связующем при рассмотрении его как упругого тела при г и гт соответственно. Так как при определении функции преобразования можно считать, что е=/?т и ет=/?Тт, то в случае механической модели, приведенной на рис. 19, б, Sb определяется уравнением (94), а S=Gie. Тогда 1 -е или, пр,робразуя это выражение, получаем: , = -П„
запишем 86 . = -ПеД1. (102)  }2 16 20 24 Л Рис. 38. Зависимость A=/(vi) при 8/Вт=1 Случай механической модели, приведенный на рис. 19, в, связанный с длительным временем, когда начинает проявляться в связующем текучесть, при определении бнл не рассматривается, так как согласно ГОСТ на методику определения функции преобразования время т деформирования балок и изменения выходных сигналов не должно превышать 120 с. За такое короткое время текучесть связующего не будет заметно влиять на функцию преобразования деформации. Из рассмотрения формулы (102) следует, что максимальные значения нелинейности в случае заданных vi будут при е/ет=1. Значения Дь рассчитанные при различных vi для е/ет=1, приведены на рис. 38. Таким образом, при заданных временах определения функции преобразования деформации и известных параметрах Пе, oi и 02 можно опредблить ее искажение. Так, за время т деформирования балки и измерения выходных сигналов при определении функции преобразования, равное 120 с, для тензорезнсторов, значения Пе, Oi, Ог которых приведены в табл. 10- 11, бнл не будет превышать 0,1 %. Температурная характеристика сопротивления (зависимость выходного сигнала тензорезнстора, установленного на свободно расширяющийся образец с заданными коэффициентами линейного расширения, от температуры t) определяется не только температурным коэффициентом сопротивления чувствительного элемента, но и разностью температурных коэффициентов расширения материала образца Рм и чувствительного элемента Рч, которая приводит к деформации (103) Воспроизводимость температурной характеристики сопротивления при повторных нагревах зависит от стабильности электрических свойств чувствительного элемента тензорезнстора. Однако при использовании некоторых связующих, особенно холодного отверждения, даже в случае стабильных электрических свойств чувствительного элемента наблюдается отклонение значений температурного приращения сопротивления при первом нагреве от таковых при последующих нагревах. Эти отклонения связаны с релаксационными процессами в связующем при деформации ей определяемой формулой (103). Если принять, что при определении температурной характеристики сопротивления температура изменяется равномерно с заданной скоростью, то и деформация е< будет возрастать равномерно со скоростью Ri, и можно считать, что Релаксационные процессы, протекающие в связующем за время xt достижения заданной температуры, приводят к смещению температурной характеристики 5, которое при таком задании деформации можно рассматривать так же, как и ранее, и считать 8,.= (5,„-5,)/5„ где SfH -напряжение, возникающее в связующем от деформации et при отсутствии релаксационных процессов; St - напряжение от деформации st с учетом релаксационных процессов. После аналогичных рассмотренных в предыдущих параграфах рещений и преобразований для заданной температуры t можно записать 8, = -(ПеЛ, + Д2,), (104) Аи=1-- v, = e,/(/?,a„); 4t = tKRfl2t)- -е-2/); (105) (106) (107) (108) Причем Ьи определяемое уравнением (104), является относительной величиной, и для представления ее в единицах выходного сигнала следует записать: 8rxc = 8/S . (109) Из уравнений (104) и (109) следует, что в случае ег>0 (при Рм>Рч) 5тхо<0 и температурная характеристика сопротивления при наличии заметных релаксационных процессов в связующем лежит ниже таковой, определенной при их отсутствии. Если же е<<0(Рм<Рч), то 5тхо>0 и температурные характеристики сопротивления при наличии релаксационных процессов в связующем лежат выще. Изложенное подтверждается многочисленным экспериментальным материалом при исследовании тензорезисторов, прикрепленных клеями холодного отверждения или прощедщих тепловую обработку при температуре ниже рабочей. У таких тензорезисторов в зависимости от знака разности Рм и Рч температурные характеристики сопротивления, определенные при первом нагреве, могут лежать ниже или выще характеристик, определен- 1000 -500
-1E00 -3200 -moo 100 ° 150
100 200
Рис. 39. Температурные характеристики сопротнвлення тензорезисторов СКФ, наклеенных на балкн из различных материалов: ----1-й нагрев;--X---2-й; --О---3-й Рнс. 40. Температурные характеристики сопротнвлення опытных тензорезисторов нз железохромалюминие-вой проволоки, наклеенных на балки нз различных материалов; а - жаростойкую сталь; б -сплав алюминия; s - магниевый сплав (О - 1-й нагрев; X - 2-й) ных при повторных нагревах, считая при этом, что релаксационные процессы после нагрева в процессе первого испытания резко уменьщаются: снижается Пе, увеличиваются ai и аг (см. табл. 11). Так, приведенные на рис. 39, а температурные характеристики сопротивления тензорезисторов СКФ из константановой проволоки (Рч= 15 млн -V°C), установленных на балку из коррозионно-стойкой стали 1Х18Н9Т (Рм=17 млн-7°С) и сплава алюминия Д16Т (Рм = 22 млн-7°С), при первом нагреве лежат ниже, чем характеристики, определенные при последующих нагревах, а тензорезисторов, установленных на балку из титанового сплава ВТ-20 (Р„=9 млн-V°C), -выще. Значения 5тхо будут тем больше, чем больше разность температурных коэффициентов линейного расширения материала конструкций и чувствительного элемента и приращения температуры. Поэтому у одних и тех же тензорезисторов, наклеенных на балки из материалов с различным значением Рм, значения 5тхо могут существенно отличаться. Так, например, опытные тензорезисторы ЗСПХЮ из железохромалюминиевой проволоки (рч= = 14 млн-7°С), наклеенные на балки из стали ЭИ437 (Рм = = 14 млн-/°С) и не прошедшие после наклейки тепловую обработку, показывают практически воспроизводимые температурные 4800 згоо
240 t°C Рис. 41. Температурные характеристики сопротивления тензорезнсторов типа ЗСП с чувствительным элементом из различной проволоки: О - 1-й нагрев; X - нагрев после 100 ч выдержки при 300°С характеристики (рис. 40, а) при первом и последующих нагревах за счет небольшого значения е<. Те же тензорезисторы, наклеенные на балки из алюминиевого (Рм = 22 млн-7°С) и магниевого (Рм= = 27 млн-у°С) сплавов (рис. 40, в) соответственно, показывают значительно большие смещения температурной характеристики при первом нагреве. Температурные характеристики сопротивления тензорезнсторов с применением тех же клеев, но с чувствительным элементом из никель- молибденовой проволоки НМ23ХЮ (Рч= = 13 млн-7°С) и никель-хромовой проволоки Н80ХЮД (Рч= = 14 млн-/°С), наклеенные на материал с близким температурным коэффициентом расширения (сталь ЭИ437 с Рм= = 14 млн-/°С), практически воспроизводятся (бтхс = 0) при первом нагреве и нагревах после 100 ч выдержки при 300°С (рис. 41). При отличающихся значениях Рч и Рм на воспроизводимость температурной характеристики сопротивления влияет и скорость нагрева. Чем больше скорость Rt нагрева тензорезнсторов, тем меньше и V2t и соответственно 5тхс*. Нетрудно подсчитать по формулам (104) -(109), что при заданном в ГОСТ 21615-76 времени (около 1 ч) определения температурных характеристик сопротивления тензорезнсторов СПК при рабочих температурах 250°С (Пе, оь 02, см. табл. И) значения смещения бтхс при первом нагреве будут при наклейке на балку из жаростойкой стали (Рм=14 млн-1/°С) примерно 13 млн-i, g „ри наклейке на балку из сплава алюминия (Рм==22 млн-/°С)-88 мли". Следует отметить, что расчетные значения являются приближенными, так как точное определение расчетным путем значений бтхс затруднительно, в связи с тем что все члены, входящие в уравнение (103), зависят от температуры, и более правильно суммировать бтхс по температуре, т. е. * Здесь не следует забывать, что речь идет о температурной характеристике сопротивления, определяемой при таких скоростях нагрева, при кото- Такое представление потребует знания изменения в зависимости от температуры Пе, oi, 02, а также р, и Рм, что представляет значительные трудности и требует специального оборудования. На смещение температурной характеристики сопротивления при первых нагревах кроме релаксации напряжений от et может влиять также релаксация остаточных напряжений, возникающих в процессе наклейки тензорезнстора в связующем за счет его высыхания, усадки, полимеризации и др. Анализ большого экспериментального материала по измерению сопротивления тензорезнсторов различного типа после наклейки, характеризующего остаточные напряжения в связую- J4 W 18 А„,тн-ГС МО О -400 -800 -1200 -1500 1000 £,,млн- а) - 10 12 /4 Л„,мт-Ч°С 500 О 1500 1000 500 О
-400  Рис. 42. Остаточные деформации чувствительных элементов тензорезнсторов после установки их на балкн: а - с тепловой обработкой; б - клеями холодного отверждения; / -1-П(-) и 1-ВО(х), fo6p-80-t-200°C; 2 - ВТК (Д), обр-250°С и ЦНК (□), /оор-140°С: 3-ЗСПК (О). ЗСПН () и СПК Щ, Рис. 43. Температурные характеристики сопротивления при трехкратных повторных нагревах тензорезнсторов, наклеенных на балки из различных материалов: а - сплав алюминия Д16Т, <о5р-250°С; б -сталь 1X18H9T, fjp-UOC; в - сплав 18ХНВА, обр-ЗЗСС рых температура чувствительного элемента тензорезнстора равна температуре t и для которой действительна формула (103). 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [14] 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||