|
| |
|
Слаботочка Книги К прн температурах, "С
удобно применять подложку из тонкой (/г=0,025 мм) стеклоткани. Однако ее применение ограничивается температурой 400°С. При более высокой температуре она становится хрупкой и разрушается. Для высокотемпературных тензорезисторов можно применять тонкий асбестовый лист, а также различные неорганические бумаги. Лабораторией бумаги Всесоюзного электротехнического института были разработаны жаростойкие бумаги (толщиной 80-100 мкм) из кварцевого, базальтового, кремнеземистого и каолинового волокон. Зависимость сопротивления изоляции от температуры опытных тензорезисторов со связующим нз неорганического цемента НЦ-1 на подложках из этих материалов приведена на рис. 106, откуда следует, что высокотемпературные подложки повышают сопротивление изоляции тензорезнстора примерно до 1 МОм при 700Х. Наилучшие значения дает кварцевая бумага. Кроме теплостойкости и изоляционных свойств подложки следует учитывать и ее сочетания с определенными связующими. Это обусловлено тем, что подложка, которую можно рассматривать как наполнитель, формирует в слое, прилегающем к ней, адсорбционный слой, структура и свойства которого отличаются от структуры и свойств основного слоя связующего [79]. Как показали исследования, применение со связующим ВК-15 подложки из асбестовой бумаги приводит при испытаниях до 600°С к более стабильным характеристикам чувствительности, чем применение подложки из кварцевой бумаги (табл. 37). Таким образом, в результате исследований были разработаны приклеиваемые тензорезисторы различного типа, предназначенные для решения ряда прочностных задач различных машиностроительных конструкций. б. ТЕНЗОРЕЗИСТОРЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИИ ПРИ ПОВЫШЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ Типы разработанных тензорезисторов, их основные конструктивные элементы, режимы тепловой обработки и стабилиза- ции после установки, максимальные рабочие температуры и значения основных характеристик приведены в табл. 38. Тензорезисторы для исследования напряженного состояния конструкций (см. табл. 38) разделены на две группы. Первая - тензорезисторы, требующие для установки прогрева вместе с исследуемой конструкцией при температурах, близких к рабочим, что допустимо только при исследовании образцов и элементов конструкций. Вторая группа - тензорезисторы, предназначенные для измерения напряженного состояния натурных конструкций, когда предварительный нагрев, связанный с требованием установки теизорезистора, недопустим из-за габаритных размеров изделия или разнородности его материалов. Для изучения напряженного состояния образцов и элементов конструкций при температурах до 200-500°С разработаны различные типы тензорезисторов. Так, для определения статических кратковременных (1-2 ч) деформаций при температурах до 250°С широко применялись в 50-70 годы тензорезисторы 1-ВО, которые имеют постоянные значения чувствительности до 250°С и деформации е = 5000 млн- и при многократных (до 50 раз) нагружениях до деформации е=3000 млн-. Тензорезисторы рекомендуются также для измерения динамических деформаций, так как исследование показало, что чувствительность этих тензорезисторов остается постоянной после действия 50 млн циклов динамических деформаций с амплитудой ±1500 млн-. В условиях длительных (несколько десятков и сотен часов) действий статических нагрузок тензорезисторы рекомендуется применять только до 150°С. При этой температуре за 120 ч действия постоянной деформации е=1500 млн- чувствительность практически не изменяется, а ползучесть не превышает 12%. Длительные (120 ч) испытания при 200°С и деформации е=1000 млн- приводят к ползучести, равной 25%, и снижению чувствительности на 30%, а 100-часовые аналогичные испытания при 250°С приводят к многочисленным отказам тензорезисторов за счет их разрушения. Для исследования конструкций при длительном действии нагрузки и температуры 200-250°С разработаны тензорезисторы ЦНК-3, ползучесть которых практически не проявляется за 25 ч действия нагрузки с деформацией е=1500 млн- и температуры 200°С, дрейф сопротивления тензорезисторов при 200°С за 25 ч не превышает 150 млн-. При более длительном (100 ч) времени действия деформаций и температуры ползучесть остается в пределах 0,5-2,0% (см. табл. 35). Характеристики тензорезисторов ЦНК-3 остаются стабильными и после длительной (в течение 100 и 500 ч) работы при 300°С в условиях статических и динамических деформаций и Цель исследования
Связующее для изготовления для установки Материал подложки Напряженное состояние образцов и элементов конструкций 1-ВО ЦНХЮ 1ВК54НМ 1ВК54ХЮ 1ВК54ХЮ (500) ВК15ХЮ Коистантан » 0Х21Ю5ФМ НМ23ХЮ Х21Ю5ФМ БФ-2 НЦ-1 ВК-54 » » ВК15 ВЛ-9 НЦ-1 ВК-54 ВК15 Целлофан Стеклоткань » Стеклоткань Асбестовая бумага » Напряженное состояние натурных конструкций при массовом измерении деформации ЗСПК ЗСПН 2ВК54НМ Коистантан Н80ХЮД НМ23ХЮ СП-3 ПИР-2 » ВК54М ПИР-2 ВК54НМ Стеклоткань Напряженное состояние конструкции при криогенных температурах ЗСПЭ 1-ЭП ФНМ Эваном НМ23ХЮ (фольга) ПИР-2 ВЛ-931 ВЛ-931 ПИР-2 ВЛ-931 ВЛ-931 Стеклоткань Пленка из лака ВЛ-931 То же Усталостные характеристики натурных конструкций СКФ, СКФН Коистантан ВК-32-200М ВК-9 Стеклоткань действия 500 циклов перепадов температур от 20 до 300°С (табл. 39). В тензорезисторах ЦНХЮ константановая чувствительная проволока заменена более жаростойкой проволокой из железохромалюминиевого сплава, что привело к повышению рабочей температуры при длительных испытаниях до 400°С. После стабилизации (400°С в течение 5 ч) чувствительность тензорезисторов ЦНХЮ при длительных (25 ч) выдержках при 400°С и деформации е=1500 млн" практически постоянна, а ползучесть в случае повторных четырехкратных испытаний не превышает -2,5% за 5 ч. Тепловая обработка при Л "С *раб max •С П. % мли-1 мли-1/ 70, 140, 250 70, 140 70, 200 70, 100, 200 70, 100, 200 70, 100, 200, 500 70, 140 . 250 , 600 250 250 400 400 400 1,90-2,10 2,00-2,15 2,45-2,50 2,05-2,10 2,45-2,55 2,50-2,60 2,50-2,65 2,0 3,0 3,0 2,0 2,0 -0,035 2,0 3,0 -0,008 0,008 -0,030 -0,012 -0,035 -0,03 -0,3 -0,1 -0,1 -0,5 -0,5 -0,5 -0,5 -4,0 -2,0 -2,0 -2,5 -5,0 -7,0 -3,0 2000 2000 1500 9000 1500 4000 9000 0.4 1,0 0,9 1.0 0,8 Без тепловой обработки То же 300 (длительная) 1,95-2,05 1,94-2,05 1,82-1,95 2,05-2,15 -0,004 0,004 -0,025 -0,012 -0,5 -0,8 -0,8 -,05 -6,0 -6,0 -6,0 -2,0 2000 2000 2000 10 500 1.0 0,9 1,0 70, 140, 180 70, 140, 180 -196 300 -196-т 40 -l96-f-80 1,80-2,00 1,80-2,00 2,10-2,20 2,0 1.0 -0,024 -0,020 -0,012 -0,5 -0,3 -0,5 -6,0 (500С) -1,0 (- тС) -0,5 -0,5 4390 (300°С) 1800 (- 196С) 4000 (- 196С) -4000 (- 196°С) 1.0 0,8 2,00-2,15 -0,013 -0,5 -3,0 2000 Несмотря на высокую стабильность характеристик тензорезисторов ЦНК и ЦНХЮ, широкое их использование ограничено предельной деформацией, не превышающей 3000 млн-, что определяется высоким модулем упругости применяемого цемента НЦ-1. Тензорезисторы 1ВК54НМ и 1ВК54ХЮ со связующим из поликарборансилоксанового клея ВК-54 могут применяться при больших деформациях. Так, на рис. 107 приведена функция преобразования деформаций тензорезисторов 1ВК54ХЮ при деформациях до 10 ООО млн-. Следует отметить, что наблюдаемые в статических характе-
Примечание. Числитель - до длительных испытаний, знаменатель - после. ристиках преобразования изломы при е=4000-5000 млн- связаны с переходом проволоки из упругой зоны деформаций в пластическую, при которой тензочувствительность проволоки становится равной двум. Чувствительность и температурные характеристики сопротивления тензорезисторов 1ВК54НМ и 1ВК54ХЮ стабильны L(£),Mm-i после длительных прогревов jgQQr---1-1 при 400°С. Однако ползучесть при этой температуре в случае действия постоянной нагрузки (при е=1500 млн-) велика (-19-ь20%) и поэтому при длительном действии постоянной нагрузки в конструкциях тензорезисторы 1ВК54НМ и 1ВК54ХЮ применять не рекомендуется. После прогрева тензорезисторов 1ВК54ХЮ до 500°С они не разрушаются, а увели- Рис. 107. Статическая характеристика преобразования деформации тензорезисторов 1ВК54ХЮ при 300°С  S000 ЕуНЛИГ кивают СВОЮ чувствительность, что обусловлено изменением механических свойств связующего. Поэтому тензорезисторы 1ВК54ХЮ для рабочих температур до 500°С подвергаются стабилизации, заключающейся в дополнительном прогреве при 500°С в течение 1 ч. Такие тензорезистбры названы 1ВК54ХЮ (500). Чувствительность и температурная характеристика сопротивления таких тензорезисторов стабильны при повторных испытаниях при температурах до 500°С. Ползучесть при максимальной температуре за 3 ч составляет - 77о, и тензорезисторы 1ВК54ХЮ (500) не рекомендуется применять при такой температуре в условиях длительного действия постоянной нагрузки. Наиболее высокую рабочую температуру (см. табл. 38) имеют тензорезисторы ВК15ХЮ, характеристики которых стабильны при повторных нагревах до 600°С и нагружениях до е= = 1500 млн-. Однако эти тензорезисторы требуют при установке специальной подготовки поверхности исследуемой конструкции, заключающейся в пескоструивании или дробеструива-нии мест приклеивания тензорезисторов, что существенно ограничивает их применение. Требования проведения тепловой обработки после установки рассмотренных выше типов тензорезисторов ограничивают их применение образцами и элементами конструкций. Задача массового тензометрирования натурных конструкций при повышенных температурах определила дополнительные требования к тензорезисторам: одновременное использование порядка тысячи тензорезисторов, удобство установки и недопустимость тепловой обработки в процессе их установки, мини-мадьное число отказов тензорезисторов при установке и проведении эксперимента. Для массового определения деформаций натурных конструкций при температурах до 250-300°С разработаны тензорезисторы на полиимидных связующих горячего (СПК) и холодного отверждения (ЗСПК и ЗСПН), прикрепленные на конструкции клеем холодного отверждения ПИР-2 и имеющие стабильные измерительные характеристики до 300°С. Чувствительность этих тензорезисторов /С и ее среднее квадратическое рассеяние 5к в партии после длительных прогревов при повышенных температурах, в случае многократных циклических изменений температуры от 20°С до максимальной рабочей температуры и при динамических нагружениях изменяется незначительно (при 300°С от -4 до -1,5%); ползучесть после длительных испытаний при повышенных температурах уменьшается (табл. 40). Надежность тензорезисторов СПК, ЗСПК и ЗСПН при повышенных температурах достаточно высокая: после всех кратковременных и длительных испытаний количество отказавших 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 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||