Curs_Tehnici_Experimentale.pdf

8/12/2019 Curs_Tehnici_Experimentale.pdf

1/48

CURS

TEHNICI EXPERIMENTALE

PARTEA I CAPTORI (TEORIE)

Titular: Conf. Dr. Ing. Raul ZAHARIA


2/48

CUPRINS

1. NOIUNI DE BAZA1.1. De ce facem o ncercare1.2. Tipuri de ncercri

1.3. Echipamente necesare si organizarea unei ncercri1.4. Sistem general de msurare. Componente1.5. Etapele unei ncercri

1.5.1. Pregtirea ncercrii1.5.2. Realizarea ncercrii1.5.3. Interpretarea rezultatelor

2. CARACTERISTICI ALE CAPTORILOR2.1. Msura si semnal de ieire2.2. Tipuri de captori2.3. Mrimi fizice de influenta

2.4. Caracteristici metrologice2.5. Calibrare

3. ERORI DE MSURA3.1 Tipuri de erori3.2. Tratarea statistica a rezultatelor

4. CAPTORI DE DEPLASRI4.1 Captorul potentiometric4.2 Captorul inductiv

5. CAPTORI DE DEFORMAII TIMBRE TENSOMETRICE5.1 Alctuire5.2 Principiul de msurare5.3 Sensibilitatea transversala5.4 Tipuri de timbre funcie de starea de tensiuni5.5 Efecte parazite care intervin in funcionarea timbrelor5.6 Legarea timbrelor cu instrumentele de achiziie

5.6.1 Montajul in sfert de punte5.6.2 Montajul in jumtate de punte

5.7 Efecte parazite care intervin in msurarea deformaiilor5.7.1 Neliniaritatea punii Wheatstone5.7.2 Efectul lungimii cablurilor de legtura asupra rezistentei5.7.3 Efectul temperaturii asupra rezistentei cablurilor de legtura

5.8 Lipirea timbrelor

6. CAPTORI DE FORA6.1 Tipuri de captori de fora6.2 Captori de fora bazai pe deformaie din moment ncovoietor6.3 Captori de fora bazai pe deformaie din fora axiala


3/48

1. NOIUNI DE BAZA

1.1. De ce facem o ncercare

In fiecare zi avem informaii despre evoluia unor variabile, in msurarea crora nu estenecesara o precizie deosebita, cum ar fi spre exemplu temperatura interioara in locuinasau temperatura exterioara (pentru acestea, o precizie de un grad Celsius este suficienta).

Sunt necesare insa msurtori mai precise, deci selecia echipamentului de msura,tehnicile de msurare si interpretarea datelor msurate pot impune o atenie sporita,atunci cnd, spre exemplu este necesara determinarea temperaturii corpului, pentru careeste necesara precizarea si a zecimilor de grad.

Scopul unei ncercri experimentale este stabilirea valorii sau tendinei de evoluie a unei

variabile.O alta definiie: proba la care este supus un "produs" pentru a vedea daca rspunde lacaracteristicile si performantele ateptate.

De fapt, exista diferite tipuri de ncercri la care se preteaz mai bine una sau cealaltdintre definiii.

1.2. Tipuri de ncercri

ncercrile experimentale pot fi de tip cercetare, examen (atestare), sau control. Aceastaclasificare respecta oarecum ordinea cronologica de elaborare a unui produs: concepie,fabricare, comercializare

ncercarea de tip cercetare constituie faza de studiu si de punere la punct a unui produs.Aici pot fi deosebite:

ncercri pe model redus (exemplu in Figura 1.1); ncercri pe componente-detalii (exemple in Figurile 1.2-3); ncercri pe substructuri (exemplu in Figura 1.4); ncercri la scara reala (exemplu in Figura 1.5) ncercri pe prototip ncercare in laborator ncercare in situ ncercri distructive ncercri nedistructive


4/48

Fig. 1.1 ncercarea pe modelul la scara redusa a acoperiului slii de sport Craiova, inlaboratorul de construcii metalice - Departamentul CMMC

Lsup=4275.6mm

Binf=2550

mm

Bsup=

2573

.5mm

Linf=4164.5mm


5/48

Fig. 1.2 ncercarea unei mbinri a structurii reticulate a acoperiului slii de sport Craiova, in laboratorul de construcii metalice - Departamentul CMMC


6/48

Fig. 1.3 ncercarea mbinrilor cu uruburi intre diagonalele si tlpile fermelor metalicealctuite din profile cu perei subiri, in laboratorul de construcii metalice -

Departamentul CMMC


7/48

Fig. 1.4 ncercarea pe o substructura a unei ferme metalice alctuita din profile cu pereisubiri, in laboratorul de construcii metalice - Departamentul CMMC


8/48

Fig. 1.5 ncercare la scara reala in regim pseudo-dinamic, in laboratorul ELSA alComisiei Europene din Ispra, Italia


9/48

ncercrile de tip examen (atestare)sunt ncercrile care atesta conformitatea unui produscu specificaii tehnice sau norme.

Acest tip de ncercri, deosebit de pretenioase, sunt de regula normalizate, implicnd uncontrol si o experiena deosebita si se efectueaz in laboratoare atestate.

Exemple de astfel de ncercri: atestarea la foc a unui panou perete - rezistenta subsarcina/ etaneitatea la foc/ izolare la transmiterea cldurii. In figura 1.6 se arata uncuptor de ncercri la foc pentru elemente verticale, utilizat pentru determinri de tipulcelor exemplificate.

Fig. 1.6 Cuptor pentru determinarea rezistentei la foc pentru elemente verticale

ncercrile de tip control reprezint sunt ncercrile care confirma caracteristicile unuiprodus si se efectueaz nainte de comercializare.

Acest tip de ncercri implica testarea regulata si continua a unuia sau mai multorelemente prelevate dintr-o serie in curs de fabricaie. Spre exemplu, la livrarea pe antiera elementelor alctuite din profile laminate din otel, acestea vin insotite de o fisa acaracteristicilor otelului, care confirma ncadrarea intr-o anumita clasa (ex: S235J0).


10/48

1.3. Echipamente necesare si organizarea unei ncercri

Infrastructura: platforma fundaie adecvata pentru ncercrile preconizate;

cldire laborator de ncercare:- concepie;- acces;- dispozitive de ridicat;- zone de depozitare;- atelier;- echipamente.

Dispozitive ncrcare: maini de ncercat universale; standuri de ncercare cu pistoane de fora;

pistoane independente.Dispozitive de msura:

msura deplasri (captori mecanici/ electrici); msura deformaii (extensometrie nu tensometrie! se msoar deformaii

nu direct tensiuni!) timbre tensometrice, video 3D, fotoelasticimetrie, razeX, termografie infra-rosu, etc.;

msura forte (captori mecanici, captori electrici).

1.4. Sistem general de msurare. Componente

Msurarea poate fi definita ca fiind aciunea de a atribui o valoare specifica unei variabilefizice. Variabila fizica devine astfel variabila msurata.

Un sistem de msurare este deci un instrument utilizat pentru cuantificarea variabileifizice.

O variabila poate fi: independenta, daca variaz independent de celelalte variabile; dependenta, daca este afectata de schimbarea uneia sau mai multor

variabile.

Spre exemplu, la stabilirea temperaturii de fierbere a apei, daca aceasta msurtoare seface in mediul ambiant in trei zile diferite, se pot obine tot attea rezultate diferite (toatecondiiile pentru msurtoare sunt identice, mai puin presiunea atmosferica, variabilacare poate sa fie diferita de la o zi la alta).

Controlul variabilelor este important. O variabila este controlata daca poate fi inuta la ovaloare constanta in timpul msurrii. Un control perfect nu este ntotdeauna posibil si de


11/48

aceea se va folosi termenul "controlat" pentru a face referire la o variabila care poate fifixata in sens nominal (spre exemplu fora impusa in timpul unei ncercri de fluaj)

Variabilele pot fi: discrete- valori care pot fi enumerate (ex: valorile obinute la aruncarea

zarului); continue (ex: deplasare, presiune, temperatura - determinate de un acindicator/ afiaj digital intre anumite valori).

Variabilele care nu pot fi controlate in timpul msurrii, dar care afecteaz valorilecelorlalte variabile msurate se numesc variabile exterioare. Acestea produc semnalesuprapuse peste semnalul msurat, formnd fenomenul de zgomot si interferena.

Zgomotuleste o variaie aleatoare a valorii semnalului msurat, ca o consecina a variaieivariabilelor externe (ex: fluctuaia aleatoare de curent).

Interferena produce salturi nedorite in semnalul msurat, ca o consecina a variaieivariabilelor externe (ex: interferena datorita motoarelor, aparatelor de sudura).

Parametruleste definit ca o relaie intre variabile.

Un parametru care are un efect asupra comportrii unei variabile msurate este numitparametru de control. Un parametru "controlat" este un parametru constant pe durata uneincercri (ex: viteza de deplasare pe timpul unei ncercri de traciune).

Componentele unui sistem de msurare

Senzor Traductor Condiionare semnal (opional) Output Control (opional)

Senzorul este elementul fizic care utilizeaz un fenomen natural prin care simte variabilacare trebuie msurata (spre exemplu, la termometrul clasic cu mercur, lichidul care isischimba volumul cu variaia temperaturii).

Traductorul convertete informaia intr-un semnal (care poate fi mecanic, electric, optic,etc.). Scopul este de a converti informaia intr-o forma care poate fi uor cuantificata(spre exemplu, la termometrul clasic cu mercur, bulbul actioneaza ca traductor - schimbainformaia termica in informaie mecanica prin forarea expansiunii lichidului intr-uncapilar).

Output-ul (ieirea) ofer o indicaie a valorii msurrii. Output-ul poate fi un displaysimplu (spre exemplu, la termometrul clasic cu mercur, scala gradata)


12/48

Output-ul poate fi deasemenea un dispozitiv complex cu rol de achiziie si prelucrare adatelor (spre exemplu o centrala de achiziie in conexiune cu un calculator, cu un softdedicat).

Condiionarea semnalului (opional) poate fi utilizata pentru a creste magnitudinea

semnalului prin amplificare, nlturarea unor poriuni de semnal prin tehnici de filtrare,etc. sau sa asigure o legtura mecanica sau optica intre traductor si output (spre exemplu,la termometrul clasic cu mercur, diametrul capilaritatii determina cat se deplaseazlichidul cu variaia temperaturii; cu cat diametrul este mai mic, cu att deplasarea estemai mare si respectiv precizia msurtorii mai buna).

Controlul (feedback) presupune existenta unui controler care interpreteaz semnalulmsurat si ia o decizie cu privire la controlul procesului (spre exemplu, la motoare, la oanumita temperatura, exista sisteme de sigurana care pot fi activate pentru a evitasupraincalzirea/ griparea).

Relaia intre informaia de intrare (input) si cea de ieire (output) este stabilita de ocalibrare.

Calibrareaeste operaiunea de aplicare a unei valori cunoscute de intrare pentru sistemulde msurare (etalon, calibru) in scopul observrii valorii de ieire (spre exemplu, larealizarea unui termometru clasic cu mercur, se pot aplica valori cunoscute aletemperaturii in scopul construirii corecte a scalei gradate).

1.5. Etapele unei ncercri

1.5.1. Pregtirea ncercrii

Oportunitatea - decizia de realizare a unei ncercri pentru un studiu dat poate rezulta dindiverse cauze:

absenta teoriei sau a unui model matematic sigur; limitele programelor de calcul numeric; cost redus al ncercrii in raport cu celelalte metode; dorina de a pune la punct o teorie sau un model numeric.

Alegerea tipului de ncercare - depinde de: mijloacele de care se dispune; natura elementului de ncercat; obiectivele de atins.

Opiuni: prototip scara 1:1; model redus; in laborator; in situ;


13/48

etcCa regula generala, obiectivele de atins vor determina rezultatele experimentale caretrebuiesc obinute si in consecina alegerea dispozitivelor de msura.

1.5.2. Realizarea ncercriiOdat ales tipul de ncercare, realizarea acestuia comporta diferite faze:

fabricarea epruvetei (modelului redus, prototipului); prelevarea caracteristicilor geometrice si mecanice (msura dup realizare,

ncercare material); alegerea dispozitivelor de msura, poziionarea punctelor de msura

(captori deplasare, deformaii, fora); realizarea standului de ncercare si amplasarea epruvetei; realizarea cablajelor (conexiunilor) intre captori si instalaia de achiziie;

aplicarea incarcarilor prevzute; achiziia datelor (automata, manuala).In ultima faza (achiziia datelor), rolul experimentatorului este primordial pentrucontrolul bunei desfasurari a ncercrii.

Este necesara o observare directa a ncercrii in scopul descoperirii fenomenelor care nuau fost prevzute sau nu pot fi msurate de ctre dispozitivele de msura, pentru a puteainterpreta corect datele achiziionate (spre exemplu, momentul ruperii unui urub lancercarea unei mbinri, momentul apariiei primei fisuri intr-o sudura, etc)

Mai mult dect att, experimentatorul trebuie sa supravegheze buna funcionare aaparatelor de msura, o funcionare defectuoasa putnd conduce la distrugerea prematuraa epruvetei sau stricarea captorilor.

1.5.3. Interpretarea rezultatelor

Aceasta ultima faza in desfasurarea unei ncercri experimentale cuprinde urmtoareleetape:

Tratarea preliminar a rezultatelor: in urma observaiilor din timpulncercrii se redacteaz o fisa a ncercrii, care va facilita in mare msuraintelegerea anumitor rezultate in etapa tratrii propriu-zise a rezultatelor,cat si redactarea raportului final. Aici se vor meniona si variabileleexterioare care nu au fost considerate de ctre sistemul de msura

Tratarea propriu-zisa a rezultatelor: presupune tratarea statistica adatelor, determinarea caracteristicilor de material, obinerea de mrimifizice derivate din datele experimentale


14/48

2. CARACTERISTICI ALE CAPTORILOR

2.1. Msura si semnal de ieire

Se definesc urmtoarele noiuni:m mrimea msurata (mrime de intrare);s semnal de ieire (mrime de ieire sau rspunsul captorului) desemneazmrimea fizica citita sau nregistrata in urma operaiunilor de msurare efectuatede captor.

Semnalul de ieire se exprima prin relaia:

s= f(m)

Aceasta relaie rezulta din principiile fizice avute in vedere la realizarea captorului.Pentru cei mai muli captori, semnalul de ieire este electronic (intensitate, tensiune,frecventa).

Graficul relaieis=f(m) reprezint caracteristica de etalonaja captorului.

Ca regula generala, pentru a facilita utilizarea captorului, se ncearc obinerea unei relaiis=f(m) liniare de tipul:

s= Sm

in care constanta S definete sensibilitatea captorului.

Un obiectiv important in realizarea unui captor este ca sensibilitatea acestuia sa fieindependenta de toate mrimile fizice de influenta

2.2. Tipuri de captori

Funcie de modul de funcionare, captorii pot fi activi sau pasivi.

Un captor activ este orice captor care se comporta ca un generator, adic produce unsemnal electric prin conversia energiei furnizate de mrimea de intrare sau variaiileacesteia. Un exemplu este efectul piezoelectric direct, caracterizat de proprietateaanumitor corpuri (quartz) sa genereze tensiune electrica in urma aplicrii unei tensiunimecanice, care poate fi utilizat la realizarea captorilor de presiune sau a captorilor defora.

Acest tip de captor are un acces fizic si unul electric. In pofida caracterului activ, aceticaptori sunt adesea asociai cu amplificatori electronici (condiionare semnal), puterea


15/48

prelevata din msurtori fiind in general insuficienta pentru asigurarea funcionariicorecte a achiziiei.

Captoriipasivisunt dispozitive la care mrimea de msurat moduleaz o energie electricade origine exterioara. Acest tip de captor poate fi schematizat sub forma unui dispozitiv

cu trei cai de acces, cel de al treilea fiind utilizat pentru furnizarea energiei electrice.Fata de captorii activi, captorii pasivi utilizeaz o condiionare a semnalului de intrare,printr-un circuit electric si o alimentare.

Printre conditionarile cele mai frecvent utilizate si care se regsesc si pentru captoriiutilizai in laboratoarele de ncercri pentru construcii se gsesc montajul potentiometric,montajul inductiv, sau puntea Wheatstone.

In general se utilizeaz captori cu ieire analogica, la care semnalul de ieire este legat demrimea de intrare prin caracteristica de etalonaj a captorului s=f(m) (semnalul de ieire

este proporional cu mrimea fizica msurata).

2.3. Mrimi fizice de influenta

Mrimile fizice de influenta gi reprezint toate mrimile fizice parazite susceptibile samodifice valoarea semnalului de ieire s, fara posibilitatea de a le distinge de aciuneasemnalului de intrare m.

Relaias=f(m) se scrie in aceste condiii:

s=f(m,gi)

Mrimile de influenta cele mai ntlnite sunt: temperatura; cmpul electric; vibraiile; umiditatea; presiunea.

Pentru protejarea funcionarii captorului fata de mrimile de influenta se pot luaurmtoarele masuri:

realizarea captorului a.i. sa fie insensibil la anumite mrimi deinfluenta (spre exemplu prin utilizarea blindajelor, ptr protejareampotriva cimpurilor electromagnetice)

fixarea mrimilor de influenta la valori constante cunoscute,identice celor definite in timpul operaiunii de calibrare acaptorului;


16/48

compensarea influentei mrimilor de influenta printr-un montajelectric asociat captorului (spre exemplu compensarea temperaturiila timbrele tensometrice).

2.4. Caracteristici metrologiceCaptorii sunt caracterizai de urmtoarele mrimi, exemplificate in figura 2.1:

caracteristica de etalonaj; domeniul nominal de msura; sensibilitatea; liniaritatea; rezoluia; timpul de rspuns.

Fig. 2.1 Caracteristica de etalonaj

Caracteristica de etalonaj

Este funcias= f(m)

in care: m- mrimea msuratas - mrimea semnalului de ieire

Evident, o caracteristica liniara este de dorit, insa nu este obinuta niciodat dect cu unanumit grad de aproximare, caracterizat de liniaritatea captorului.

Domeniul nominal de msura


17/48

Reprezint domeniul de variaie a mrimii msurate (valorile extreme ale m) in carecaptorul asigura conversia semnalului de intrare. Acest domeniu este limitat de apariiaunor erori semnificative de msura.

Se pot distinge deasemenea domeniul de utilizare fara apariia deteriorrii captorului,respectiv domeniul de utilizare fara apariia distrugerii captorului.

In domeniul de utilizare fara apariia deteriorrii captorului, valorile mrimii msurate mcare depasesc intre anumite limite domeniul nominal de msura nu mai corespundspecificaiilor de funcionare a captorului (spre exemplu depasirea forei nominalemaxime ptr un captor de fora, cu un procent neglijabil).

Aceasta alterare este totui reversibila, captorul regsindu-si funcionarea normala cndvaloarea mrimii mse situeaz din nou in domeniul nominal de utilizare

In domeniul de utilizare fara apariia distrugerii captorului, valorile mrimii msurate mdepasesc cu procente importante domeniul nominal de msura, conducnd la alterareacaracteristicilor de funcionare a captorului.

In aceste situaii, nainte de o noua utilizare, trebuie procedat la o recalibrare a captorului.

Liniaritatea

Este exprimata in procente si se definete ca fiind ecartul maxim intilnit pe domeniulde msura, intre caracteristica de etalonaj si dreapta ajustata, raportat la amplitudineatotala a semnalului de ieire s (V in figura 1.7):

L = ( / V) x 100 (%)

Sensibilitatea

Sensibilitatea intr-un anumit punct din domeniul de msura este derivata in acest punct acaracteristicii de etalonaj in raport cu mrimea de intrare:

S = ds / dm

In cazul unui captor cu caracteristica liniara, sensibilitatea este definita ca fiind pantadreptei care definete caracteristica de etalonaj si este constanta pe tot domeniul demsura (=V/e in figura 1.7).

Rezoluia

Este cea mai mica variaie msurabila a mrimii de intrare

Timp de rspuns


18/48

Este intervalul de timp intre momentul unei variaii brute a mrimii m si momentul incare semnalul de ieire a captorului atinge o valoare apropiata de valoarea stabilizata cu oanumita eroare. Un timp de rspuns este deci ntotdeauna insotit de valoarea e% pentru

care a fost definit.

2.5. Calibrare

Relaia intre semnalul de intrare si cel de ieire a unui sistem de msura este stabilit princalibrare.

Calibrarea este operaiunea prin care se aplica o valoare cunoscuta mrimii m in scopuldeterminrii semnalului de ieire corespunztor.

Prin aplicarea unui set de valori cunoscute pentru mrimea de intrare si observareasemnalului de ieire, se poate obine in mod direct o curba de calibrare. Intr-o asemeneacurba, mrimea msurata m poate fi reprezentata pe abscisa, iar valoarea msurata asemnalului de ieire pe ordonata

Intr-o operaiune de calibrare, valoarea de intrare trebuie sa fie o variabila controlataindependenta, in timp ce valoarea msurata a semnalului de ieire devine variabiladependenta a calibrrii.

Din curba de calibrare se poate determina caracteristica de etalonaj, prin gsirea ecuaieis=f(m) care trece prin punctele determinate in cursul calibrrii.

Se disting doua tipuri de calibrri:

calibrare directa in care valorile m sunt furnizate de etaloane (spreexemplu cale pentru deplasri sau greutati pentru fora);

calibrare prin comparaiecu un captor identic de referina.


19/48

3. ERORI DE MSURA

3.1 Tipuri de erori

Eroarea de msura reprezint diferena intre semnalul de ieire msurat s si valoareaexacta a msurii m. Aceasta ultima valoare fiind necunoscuta, eroarea de msura poate fidoar estimata.

Precizia semnalului de ieire snu depinde doar de captor, ci si de sistemul de achiziielegat de acesta.

In ceea ce privete captorul, se pot distinge doua tipuri de erori: erori sistematice erori accidentale

Erori sistematiceSunt erorile care introduc un decalaj constant intre valoarea reala si valoarea msurata.Erorile sistematice rezulta de fapt dintr-o utilizare improprie a materialului de achiziie sipot fi reduse printr-o cunoatere precisa si o utilizare riguroasa a captorilor utilizai.

Printre acestea se pot distinge: erori ale valorii unei mrimi de referina, datorate spre exemplu utilizrii

captorului in condiii (temperatura, umiditate) neconforme celorprevzute in specificaiile aparatului;

erori ale caracteristicilor captorului, spre exemplu luarea in considerare aunei valori a sensibilitatii eronate (ds/dm, sau V/e in figura 1.7). Acesttip de eroare poate fi redus efectund o recalibrare regulata a captorului.

erori datorate modului de utilizare a captorului, spre exemplunerespectarea valorii timpului de rspuns al captorului.

Erori accidentale

Sunt erorile aleatorii care pot interveni brusc, pe o durata nedeterminata. Diversele cauzegeneratoare de erori accidentale sunt legate de:

mrimile fizice de influenta si variaia acestora in timpulfuncionarii captorului;

poziionarea defectuoasa sau schimbarea in timpul ncercrii apoziiei captorului;

zgomote de fond, interferene parazitePentru o mai buna intelegerea a diferenei intre erorile sistematice si cele accidentale, seconsidera exemplul unui captor de deplasri si a doua moduri diferite de operare ancercrii:


20/48

in primul caz, captorul este fixat in poziie pe suport si se itereazade nori msura deplasrii unui punct din structura ncercata;

in cel de al doilea caz, nainte de fiecare dintre cele nmsurtori,se repozitioneaza captorul pe suport.

In primul caz, eroarea introdusa in msura deplasrii prin poziionarea captorului este oeroare sistematica, iar in cel de al doilea caz aceasta devine accidentala.

3.2. Tratarea statistica a rezultatelor

Tratarea statistica a rezultatelor are ca scop cunoaterea valorii celei mai probabile amrimii msurate si fixarea limitelor de incertitudine.

Tratarea statistica se refera doar la erorile accidentale, de unde importanta distinciei intreerorile accidentale si cele sistematice fcuta anterior.

Cnd msurarea aceleiai mrimi mfost repetata de nori, valoarea medie mse definete:

1 2 ... nm m mmn

+ + +=

O msura a dispersiei valorilor msurate mi fata de valoarea medie m este data deabaterea medie ptratica:

( ) ( ) ( )2 2 2

1 2 ...

1

nm m m m m m

n

+ + + =

Presupunand ca erorile accidentale sunt independente, se poate admite ca distribuiarezultatelor miurmareste curba de probabilitate GAUSS. Probabilitatea P(m1, m2)de aobine un rezultat al msurtorii mi cuprins in intervalul celor doua valori m1, m2este datde formula:

P(m1, m2)=2

1

( )m

m

p m dm

in care p(m) este densitatea de probabilitate pentru valoarea ma msurii.

Legea GAUSS (Fig. 3.1):( )

2

2

1( ) exp

22

m mp m

=

Valoarea cea mai probabila a msurii meste m.


21/48

ProbabilitateaPde apariie a unui rezultat miin limitele urmtoarelor intervale:

m+/- 1 abatere medie 68.27%m+/- 2 abateri medii 95.45%

m+/- 3 abateri medii 99.73%

Fig. 3.1 Curba Gauss

Considernd curba densitatii de probabilitate p(m) pe care sunt raportate rezultatelemsurii m, se disting urmtoarele noiuni:

Acurateea aparatului de msura

Este caracterizata de ecartul intre valoarea exacta mo (necunoscuta) si valoarea mediem(figura). Un aparat cu acuratee mare este un aparat la care 0.

Fidelitatea aparatului de msura

Este calitatea de a reda rezultate grupate in jurul valorii medii m. Abaterea medieptratica, a crei valoare traduce dispersia rezultatelor, este un indicator al fidelitatiiaparatului.

Figurile 3.2-4 arata in mod sugestiv, pentru un exemplu simplu (joc sageti) la carevaloarea exacta se poate presupune ca este reprezentata de cercul din mijlocul intei,

semnificaia acestor noiuni.


22/48

Fig. 3.2 Acuratee mare (m0=m) si fidelitate sczuta

Fig. 3.3 Fidelitate mare si acuratee sczuta


23/48

Fig. 3.4 Acuratee si fidelitate mari


24/48

4. CAPTORI DE DEPLASRI

Captorul de deplasri este un dispozitiv alctuit dintr-un corp cilindric sau paralelipipedic

in care culiseaz o tija a crei extremitati poate fi legata de punctul din structura in carese dorete determinarea deplasrii, captorul fiind fixat de o baza fixa, independenta destructura testata.

In prezent, exista o mare varietate de captori de deplasri care transforma in generaldeplasarea intr-un semnal de 0-10V. Funcie de domeniul de variaie a deplasriimsurate, precizia acestor dispozitive variaz intre 1/100 si 1/1000 mm.

In mod esenial, transformarea deplasrii in mrime electrica se poate face in modpotentiometric sau inductiv.

4.1 Captorul potentiometric

Este constituit dintr-o rezistenta fixa pe care se deplaseaz un cursor, solidar cu o tija acrei deplasri se msoar, aa cum se arata in figura 4.1. Rezistenta fixa este constituitadintr-un fir bobinat pe un suport izolator. Firul poate fi fabricat dintr-un aliaj de Ni-Cr,

Ni-Cu sau Ni-Cr-Fe. Rezistentele utilizate sunt in mod uzual cuprinse intre 1-100 k.

Fig. 4.1 Captor potentiometric

Liniaritatea globala pentru acest tip de captori este asigurata, dar rezoluia este in modevident limitata prin discontinuitatile datorate bobinajului (trecerea de la o spira la

cealalt). Aceti captori sunt utilizai, in general, pentru msurarea deplasrilor mai maridect 10mm.

4.2 Captorul inductiv

Este constituit din trei bobine amplasate in lungul axei corpului cilindric al captorului,dintre care doar bobina mediana este alimentata, aa cum se arata in figura 1.13. Un miez


25/48

magnetic se deplaseaz in lungul axei bobinelor si furnizeaz un suport campuluimagnetic generat de bobina mediana. Bobinele laterale sunt conectate in serie. Dacamiezul este in centrul captorului, tensiunile induse in bobinele laterale se anuleaz sitensiunea de ieire este nula. Aceasta tensiune creste, cu valori pozitive sau negative,daca miezul se deplaseaz intr-un sens sau altul. In acest sistem, tensiunea de ieire este o

funcie liniara de poziia miezului. Rezoluia este teoretic infinita si liniaritatea poateatinge valori excelente, de ordinul 0.02% pentru o plaja de cativa milimetri.

Fig. 4.2 Captor inductiv


26/48


27/48

Unitatea de msura cea mai utilizata pentru deformaii in extensometrie este s (micro-strain). Acest simbol a fost adoptat pentru a defini alungirile sau scurtrile relative de 10-6 cm/cm. Nu este propriu-zis o unitate, deoarece deformaiile specifice sunt mrimiadimensionale.

Vom spune deci 100s pentru o deformaie =100 x 10-6.

5.2 Principiul de msurare

Considernd timbrul tensometric ca un fir unic de lungime L solicitat la traciune,rezistenta acestuia va fi:

R = L / S

in care: - este rezistivitatea firuluiL lungimea firuluiS seciunea firului

Variaia relativa a rezistentei se poate scrie sub forma:

R L S

R L S

= +

Daca este alungirea relativa, diametrul firului va suferi o diminuare relativa -, astfel

nct seciunea devine:

( )22 2 2

2' (1 )' (1 )4 4 4

D DD DS S

= = = =

Variaia relativa a seciunii se scrie:

22 2' (1 ) 1 (1 ) 1 1 2 ( ) 1 2

S S S S

S S S

= = = = +

Expresia pentru variaia rezistentei devine:

2 (1 2 )R L

R L

= + + = + +

Daca rezistivitatea este constanta, pentru =0.3 relaia devine:


28/48

1.6R

R

=

De fapt, rezistivitatea nu este constanta, dar intr-o prima aproximare se poate consideraca este proportionala cu variaia lungimii firului. Se poate deci scrie:

R LK K

R L

= =

Pentru ca un metal sa fie adecvat pentru construirea unui timbru tensometric, trebuie cafactorul K sa fie intr-adevr o constanta. Aceasta constanta se numete factor de calibrarea timbrului.

Cunoscnd acest factor, se observa ca se poate msura alungirea relativa cunoscndvariaia rezistentei unui timbru.

Factorul de calibrare depinde de natura materialului. Un timbru este cu att mai sensibilcu cat factorul K este mai ridicat. Timbrele curente poseda un factor K in jur de 2, darexista timbre speciale a cror factor de calibrare ajunge pana la 200. Nu toate metalele

prezint toate calitatile necesare pentru a fi utilizate in fabricarea timbrelor.

Semnalul de ieire a timbrului tensometric trebuie sa fie, pe cat posibil, o funcie liniarade deformare; altfel spus, factorul de calibrare K sa fie independent de deformaie. Unelemetale sunt, din acest punct de vedere total improprii, aa cum se arata in figura 5.3.Constantanul este insa un material excelent pentru a fi folosit la fabricarea firului pentrutimbre tensometrice (Fig. 5.3 ).


29/48

Fig. 5.3 Variaia rezistentei relative a unui fir funcie de alungire pentru diverse materiale

5.3 Sensibilitatea transversala

Relaiile prezentate anterior neglijeaz faptul ca timbrul, lipit pe o direcie X pentru amsura deformaia x prezint o sensibilitate la dilatare y care exista in direcietransversala. Aceasta se datoreaz buclelor din alctuirea timbrului, dar si simplificriirealizate asupra termenului /.

Relaia fundamentala a timbrelor poate fi scrisa general:

R / R = K x + K y

Studiul teoretic al factorilor K si K este destul de complex si fabricanii de timbre au

ncercat sa rezolve problema constructiv, astfel nct K sa devin neglijabil si Kconstant.

Realizarea buclelor lrgite pentru timbrele moderne de tip circuit imprimat (Fig. 5.2),contribuie la reducerea substaniala a efectului transversal; aceste bucle, cu rezistentaelectrica nesemnificatva, au un efect imperceptibil in semnalul de ieire al timbrelor.


30/48

5.4 Tipuri de timbre funcie de starea de tensiuni

Un timbru obinuit permite msurarea deformaiei intr-o singura direcie si deducereaefortului unitar intr-o stare uniaxiala de tensiune (Fig. 5.4).

Fig. 5.4 Timbru pentru msurarea deformaiei pe o singura direcie

Cnd se dorete determinarea unei stri de tensiune biaxiala, si se cunoate direciatensiunilor principale, se folosesc timbre cu circuite la 90o, ale cror axe coincid cudireciile principale (Fig. 5.5)

Fig. 5.5 Timbre pentru msurarea deformaiei pe doua direcii perpendiculare


31/48

Atunci cnd nu este cunoscuta direcia tensiunilor principale, se folosesc timbre cu treicircuite (Fig. 5.6).

Fig. 5.6 Timbre pentru msurarea deformaiei pe trei direcii

5.5 Efecte parazite care intervin in funcionarea timbrelor

Se evidentiaza aici doar efectele parazite care pot aciona la nivelul timbrului propriu-zis,

care afecteaz variaia rezistentei timbrului sub efectul deformaiilor si provoac astfelmsurtori eronate, chiar in condiiile utilizrii unei aparaturi de msura de cea mai bunacalitate.

Printre diversele efecte parazite, doar cel mai important va fi tratat in continuare si anumeefectul temperaturii.

Pentru un timbru tensometric lipit de un suport supus la solicitri mecanice, in acelaitimp fiind solicitat si la variaii de temperatura, semnalul de ieire este suma a 3componente :

un semnal corespunztor deformaiilor datorate solicitrii mecanice ; un semnal datorat deformaiei termice a structurii (efect parazit) ; un semnal datorat deformaiei termice a timbrului propriu-zis (efect

parazit).De reinut ca exista 2 efecte parazite, a cror eliminare este posibila doar in condiiile incare se realizeaz un timbru special pentru materialul din care este realizata structurancercata, fiind capabil sa urmreasc coeficientul de dilatare termica al acesteia. Untimbru lipit pe un anumit material liber de solicitri mecanice furnizeaz funcie detemperatura un semnal complex, depinznd de materialul respectiv si de alctuirea


32/48

timbrului. Daca pentru un anumit aliaj exista o plaja de temperatura pentru carecaracteristica rezistenta-temperatura este orizontala, vom spune despre acest timbru caeste autocompensat pentru materialul ale crui deformaii se msoar si pentru aceasta

plaja de temperatura.

Aliajul NiCr si constantanul prezint o plaja de temperatura in care curba de variaie arezistentei cu temperatura este destul de plata, aa cum se arata in figura 5.7.

Fig. 5.7 Variaia rezistentei timbrelor cu temperatura

Un alt efect al temperaturii este influenta asupra factorului K ; aceasta particularitate,independenta de materialul pe care este lipit timbrul, este data de constructor si se poatelua astfel in considerare.

Figura 5.8 ofer, cu titlu indicativ, caracteristicile furnizate de un anumit constructor

pentru un lot particular de timbre.

Fig. 5.8 Variaia factorului K cu temperatura

Cu titlu informativ, se prezint in continuare alte cteva efecte parazite care pot afectavariaia rezistentei timbrului sub efectul deformaiilor :

efecte magnetice induse de vecinatati ;


33/48

efectul presiunii hidrosatice pentru timbrele scufundate intr-un lichid ; oboseala : in ncercrile de oboseala, exista riscul deteriorrii progresive ; efect de rigidizare : in anumite cazuri, pentru elemente deosebit de subiri,

timbrul poate rigidiza local structura si perturba astfel cmpul dedeformaii.

5.6 Legarea timbrelor cu instrumentele de achiziie

Montajul fizic cel mai simplu pentru msura rezistentelor electrice este punteaWheastone. In figura 5.9 se prezint schema clasica a punii. Bornele A si B suntalimentate la o tensiune E0 si se msoar tensiunea la bornele C si D.

Fig. 5.9 Puntea Wheatstone

Utilizand legile Ohm si Kirchoff, tensiunea de ieire se poate scrie funcie de tensiuneade alimentare si de rezistentele R1-R4:

V = E0 (R2 R4 R1 R3) / (R1 + R2) (R3 + R4)

Puntea este echilibrata in momentul in care aceasta tensiune este nula, adica pentrusituaia in care:

R1R3 = R2 R4


34/48

Aceasta egalitate este verificata pentru cazul particular in care toate cele patru rezistentesunt egale:

R1=R2=R3=R4=R

Daca exista o variaie a rezistentelor, tensiunea de ieire sufer o variaie care se poatecalcula cu formula:

V = E0 (R1/R1 -R2/R2 + R3/R3 - R4/R4 ) / 4

Deci, daca una din rezistente variaz, tensiunea dezechilibrata este proportionala cuvariaia relativa a acestei rezistente.

Daca una dintre rezistentele punii este un timbru tensometric, este posibila, in acest mod,msurarea variaiei rezistentei acestuia. nainte de nceperea ncercrii, puntea trebuieechilibrata, aceasta facindu-se automat, de ctre centrala de achiziie, prin variaia

celorlalte rezistente incluse in punte (R1=R2=R3=R4)Variaia tensiunii de ieire este proportionala cu tensiunea de alimentare; aceasta dinurma trebuie deci sa fie perfect stabilizata.

5.6.1 Montajul in sfert de punte

Montajul uzual este in sfert de punte, in care doar o ramura este ocupata de un timbrutensometric (spre exemplu R1).

Se poate scrie deci:

V = E0 (R1/R1 +/- 0 ) / 4= E0 R1/R1 / 4 = E0 R1 / 4 R1

Centrala de achiziie calculeaz automat variaia de tensiune si rezistenta, oferind in moddirect valoarea deformaiei in s.

Cablarea timbrului se face in mod obinuit cu trei fire, aa cum se arata in figura 5.10,pentru eliminarea efectului temperaturii asupra rezistentei cablurilor de legtura. Asupraacestui aspect se va reveni mai trziu.


35/48

Fig. 5.10 Montajul timbrului tensometric in sfert de punte, cu trei fire

5.6.2 Montajul in jumtate de punte

Acest sistem este utilizat atunci cnd se dorete msurarea diferenei semnalelor furnizatede doua timbre. Acestea vor fi montate in doua ramuri adiacente ale punii, spre exmpluR1 si R2, astfel nct :

V = E0 (R1 / R1 - R2 / R2) / 4

Acest tip de montaj se folosete in principal cnd se dorete eliminarea efectelor parazitecare pot aciona asupra timbrului principal R1. Timbrul R2 va fi plasat in aceleai condiiica si R1, lipit pe acelai material, dar fara a fi supus solicitrii mecanice. Daca variaiarezistentei R1 conine un efect parazit Rp care se suprapune peste deformaia datoritasolicitrii mecanice, variaia rezistentei R2 va fi egala cu aceasta valoare :

R2 = Rp

si deci :

V = E0 [(K + Rp / R) - Rp / R] / 4 = E0 K / 4

Aceasta asociere a unui timbru `de compensare` cu timbrul principal a fost vremendelungata singurul mod de eliminare al efectelor temperaturii asupra timbrelor. Apariiatimbrelor autocompensat, aa cum s-a artat anterior, a eliminat aceasta practica.

Montajul in jumtate de punte mai poate fi utilizat in anumite situaii particulare, cndcele doua timbre trebuie sa ofere aceleai valori ale msurtorii, dar de semne contrare sise dorete astfel obinerea directa a valorii medii.

Spre exemplu, in cazul unei grinzi ncovoiate unul dintre timbre se amplaseaz pe talpasuperioara iar celalalt pe talpa inferioara. Avantajul este ca montajul este insensibil laefectele parazite, dar exista riscul de a obine rezultate eronate in cazul unei funcionaridefectuoase a unuia dintre timbre (lipire incorecta, spre exemplu).

Pentru montajul in jumtate de punte, cablarea se face cu cate doua fire pentru fiecaretimbru.

5.7 Efecte parazite care intervin in msurarea deformaiilor

Efectele parazite cele mai importante care intervin in msurarea deformaiilor suntneliniaritatea punii Wheatstone si rezistenta cablurilor de legtura.


36/48

5.7.1 Neliniaritatea punii Wheatstone

Ecuaiile prezentate anterior au fost obinute cu neglijarea termenilor de ordinul doi aivariaiilor rezistentelor. Aceste expresii sunt deci valabile pentru deformaii mici, dar

prezint un risc daca deformaiile devin importante, spre exemplu pentru ncercrile in

stadiu plastic.Considernd cazul legrii in sfert de punte, in care doar R1 este timbru, eroarea relativa avariaiei tensiunii fata de formula cu neglijarea termenilor de ordinul doi este (pentru unfactor de calibrare K=2) :

e = [ / (1+ )] x 100 [%]

Pentru o deformaie de 1%, eroarea relativa este de 1%. Aceasta alungire corespunde uneidepasiri importante a limitei elastice a otelului, spre exemplu (deformaie de aproximativ

0.2%).Eroarea va fi deci neglijabila pentru ncercrile in domeniul elastic ale structurilor.

Pentru o deformaie de 10%, insa, eroarea obinuta este de 9.1%, ceea ce devineinacceptabil. Singura modalitate de a corecta efectul neliniaritatii punii este prin calcul.

Unicul montaj prin care efectul neliniaritatii se anuleaz este legarea in jumtate de puntea doua timbre care msoar deformaii egale de semne contrare, aa cum s-a artatanterior.

5.7.2 Efectul lungimii cablurilor de legtura asupra rezistentei

Atunci cnd timbrele sunt amplasate departe de aparatele de msura este necesar sa setina cont de rezistenta cablurilor de legtura, datorita lungimii acestora.

Factorul de calibrare a timbrului, dat de constructor este :

K = (R / R1) /

In care R1 este rezistenta timbrului tensometric.

Daca timbrul este legat de aparatul de msura prin fire foarte lungi, rezistenta RL aacestora va fi in serie in puntea Wheastone cu rezistenta timbrului, astfel nct factorul decalibrare devine :

K = [R / (R1+ RL )] / < K


37/48

In consecina, in cazul unor lungimi importante ale cablurilor de legtura, este necesaraefectuarea coreciei factorului de calibrare. Aceasta se poate face prin abace de calcul, aacum se arata spre exemplu in figura 5.11.

Fig. 5.11 Corecia factorului de calibrare

5.7.3 Efectul temperaturii asupra rezistentei cablurilor de legtura

Variaia rezistentei cablurilor datorata temperaturii este adiionata variaiei rezistenteidatorita deformaiei structurii, conducnd la masuri inexacte.

Acest efect este eliminat printr-un montaj particular al sfertului de punte, cu trei fire,prezentat in figura.

Daca firele 1, 2 si 3 au aceeai lungime, se observa ca ramura activa conine doua lungimi(1 si 2) in serie cu timbrul tensometric si ca ramura adiacenta conine deasemenea doualungimi (2 si 3) in serie cu rezistenta R2.

In consecina, o variaie de temperatura se traduce printr-o variaie egala a rezistentelor incele doua ramuri, si deci se compenseaz, in virtutea expresiei variaiei tensiunii de ieireV.


38/48

5.8 Lipirea timbrelor

Aceasta problema, deosebit de importanta, presupune un tratament special al suprafeeipe care se va lipi timbrul. In figura 5.12 se prezint etapele necesare efecturii acesteioperaiuni.

1. Degresarea suprafeei probei 2. Curatire suprafaa

2. Neutralizare suprafaa 4. Poziionare

3. Lipire

Fig. 5.12 Lipirea timbrelor tensometrice


39/48

6. CAPTORI DE FORA

6.1 Tipuri de captori de fora

Pentru a ncrca si a avea totodat controlul incarcarii la care este supusa piesa destinatancercrii, se pot folosi greutati calibrate; aceasta metoda este insa limitata la valori miciale incarcarii, avnd in vedere inconvenientele legate de transportul si manipulareagreutatilor. Mai mult dect att, in acest mod se pot aplica doar forte verticale. Pentru aextinde aplicarea acestei metode, pot fi folosite diverse dispozitive bazate pe principul

prghiilor. Msurtorile sunt insa in continuare limitate de condiiile statice si de gabaritale unor asemenea dispozitive.

In decursul timpului, odat cu dezvoltarea tehnologiei, s-au pus la punct dispozitive totmai precise pentru msurarea forei, bazate pe principii din diverse domenii ale fizicii.

Aceste dispozitive, denumite si captori de fora se pot intercala intre dispozitivul dencrcare si piesa de ncercat: Captori de fora hidraulici, in care forele sunt msurate prin intermediul

presiunii, exploatnd principiul lui Pascal. O celula de fora bazata peacest principiu este realizata dintr-un cilindru umplut cu lichid, conectat laun manometru.

Captori de fora cu traductor piezoelectric, care utilizeaz proprietateaunor cristale naturale (quartz) sau artificiale, capabile sa produc unsemnal electric sub efectul unei solicitri mecanice.

Captori cu traductor de deplasare, care utilizeaz o piesa flexibila (resortcomprimat sau lama ncovoiata) a crei deplasri este tradusa in mrimeelectrica utiliznd un traductor de deplasare potentiometric sau inductiv.

Captori cu traductor de deformaie, care utilizeaz o piesa rigida a creideformaii sunt msurate cu ajutorul timbrelor tensomerice.

Dintre captorii de fora enumerai, cei mai raspinditi sunt captorii cu traductor dedeformaie, avnd in vedere numeroasele avantaje:

au dimensiuni si masa sczute, minimiznd astfel efectele ineriale sipermitand operarea intr-o gama larga de frecvente;

au robustee si fiabilitate mare, deoarece timbrele tensomerice, fiind lipitede piesa rigida, realizeaz o piesa compacta, rezistenta la ocuri;

stabilitate mare (abilitatea de a retine calibrarea pe o perioada ndelungatade timp, in condiiile unei utilizri corecte);

sensibilitate redusa la factori exteriori , prin legarea timbrelor tensomericein montaje electrice adecvate.

Principul de funcionare al unui captor de fora cu traductor de deformaie este simplu:daca un timbru tensomeric este lipit pe un corp supus unui efort P, rspunsul acestuitimbru poate fi msurat funcie de acest efort, aa cum se arata in figura 6.1.


40/48

Fig. 6.1 Captor de fora cu traductor de deformaie

Se poate spune deci ca s-a realizat un aparat capabil sa msoare orice efort exterioraplicat in acelai punct al corpului si pe aceeai direcie. In realitate, problema este maicomplexa.

Calitatile eseniale care trebuie obinute pentru un astfel de captor sunt: absenta histerezei; returul la zero; fidelitatea (constanta rspunsului); linearitatea (de dorit, dar nu neaprat necesara).

Pentru a atinge acest rezultat, trebuiesc ndeplinite mai multe condiii: Geometria captorului este deosebit de importanta, putnd asigura o sensibilitate

ridicata la efortul msurat si o insensibilitate la eforturi parazite. Alegerea materialului epruvetei care se deformeaz este capital; prezenta

histerezei, non-returul la zero sunt parial datorate alegerii si tratrii incorecte amaterialului.

Montajul electric al timbrelor in interiorul captorului permite deasemenea eliminarea unuinumr mare de surse de erori (in mod obinuit, aa cum se va vedea in continuare,montajul timbrelor pentru captorii de fora se face in punte completa).

Intr-o anumita seciune a epruvetei, ncrcarea aplicata celulei de fora poate produce ofora axiala N, doua forte tietoare T, doua momente ncovoietoare Mb si un moment detorsiune Mt.

Ideea de baza este ca forma epruvetei, precum si amplasarea si orientarea timbrelortensomerice, sa fie alese astfel fel nct sa permit msurarea unui singur efort, pentrugenerarea semnalului care trebuie msurat.

Astfel, pot fi realizate celule de fora bazate pe traducerea deformaiilor produse de ofora axiala, o fora tietoare, un moment ncovoietor sau un moment de torsiune aepruvetei interioare, aa cum se arata in figura 6.2.


41/48

Daca epruveta este alctuita dintr-un element prismatic, eforturile unitare datorate foreiaxiale, forei tietoare si momentului de torsiune sunt constante pe lungimea barei, cuexcepia anumitor zone restrnse.

Daca momentul ncovoietor este generat de ctre o fora aplicata pe elementul prismatic,

efortul unitar introdus in acesta variaz liniar cu distanta; traductoarele bazate pe momentncovoietor vor fi proiectate in consecina.

Fig. 6.2 Captori de fora bazai pe deformaia din (a) fora axiala N (b) momentncovoietor Mb (c) Fora tietoare T

6.2 Captori de fora bazai pe deformaie din moment ncovoietor

In continuare se prezint o posibila realizare a unui captor de fora cu traductor bazat pemoment ncovoietor.

Aa cum se arata in figura 6.3, se considera un captor pentru msurarea incarcarii P prinintermediul unui dispozitiv realizat dintr-o platbanda ncastrata solicitata la ncovoiere sitimbre tensomerice.


42/48

Fig. 6.3 Realizarea unui captor de fora

Soluia cea mai simpla este lipirea unui timbru tensometric (notat 1 in figura) destul dedeparte de ncastrare pentru a evita perturbaiile si msurarea rspunsului acestuia funcie

de intensitatea forei P.

Acest timbru va fi montat in sfert de punte si va reprezenta spre exemplu ramura R1 (vezimontarea timbrelor in puntea Wheatstone).

Deformaia msurata de acest timbru va fi:

1 = / E = M / E W = 6Pa / Ebe2

(M = P a; W = be2/ 6)

iar variaia tensiunii punii:

V = E0 1K / 4 (vezi montaj in sfert de punte)

Pentru a nltura diverse semnale parazite (spre ex. temperatura, chiar daca timbrul esteautocompensat) se poate plasa timbrul 2 sub timbrul 1, cu ocuparea ramurii R2 in punte.

Efectele parazite vor fi nlturate, deoarece timbrele ocupa ramuri adiacente in punte, sisemnalele parazite se vor anula reciproc, iar variaiile deformaiilor reale se vor adiiona,fiind de semne contrare.

Relaia intre variaia tensiunii si deformaie poate fi scrisa in aceste condiii:

V = E0 [K 1 (-K 1) ] / 4 = 2 E0 K 1/ 4

Astfel, captorul a devenit de doua ori mai sensibil la msurarea deformaiei din efectulforei P si este insensibil la diverse semnale parazite.


43/48

La cele 2 timbre existente pe bara pot fi adugate timbrele 3 si 4, aa cum se arata infigura (3 cu ocuparea ramurii R3 si 4 cu ocuparea ramurii R4).

Montajul astfel obinut, in puntea Wheatstone completa, este montajul uzual al timbrelorpentru captorii de fora. Variaia tensiunii in acest caz se poate scrie:

V = 4 E0 K 1 / 4 = E0 K 1

Astfel, captorul este in continuare insensibil la diverse semnale parazite si de 4 ori maisensibil pentru msurarea deformaiei din efectul forei P.

Sub forma cea mai simpla, epruveta pentru captorul de fora bazat pe moment ncovoietorprezint o deformaie maxima in vecintatea ncastrrii unde sunt lipite timbreletensomerice, aa cum se arata in figura 6.4 . Problema: pentru a avea un momentncovoietor semnificativ, trebuie ca grinda sa aib o anumita lungime, punctul de aplicarea forei putnd rezulta prea ndeprtat.

Fig.6.4 Epruveta pentru captor de fora bazat pe moment ncovoietor (1)

Pentru a putea reduce aceasta distanta, se poate realiza o concentrare a deformaiei inzona timbrelor, aa cum se arata in figura 6.5. Problema: Frecventa proprie de vibraie aepruvetei scade in aceasta situaie, ceea ce poate reprezenta un inconvenient.


44/48

Fig. 6.5 Epruveta pentru captor de fora bazat pe moment ncovoietor (2)

Pentru a creste frecventa proprie de vibraie a epruvetei, masa partii ingrosate a acesteiapoate fi micorata, prin forarea unei guri, spre exemplu, aa cum se arata in figura 6.6.

Fig. 6.6 Epruveta pentru captor de fora bazat pe moment ncovoietor (3)

In locul unei epruvete rezemata in consola, se pot utiliza montaje in care elementulprismatic este dublu-ncastrat, aa cum se arata in figura 6.7.


45/48

Fig. 6.7 Epruveta ncastrata

Timbrele solicitate la ntindere si compresiune sunt notate respectiv cu T si C.Avantajele acestui dispozitiv sunt rigiditatea si deplasarea rectilinie a punctului deaplicare a forei P.

Problema: in cazul deplasrilor mari, pot aprea neliniaritati in funcionarea captorului,momentele forei P in raport cu amplasarea timbrelor fiind diferite.

Pentru a obine deformaii egale in valoare absoluta pentru T si C se poate imaginamontajul cu o singura grinda din figura 6.8.

Fig. 6.8 Montaj cu o singura grinda


46/48

Aceasta situaie se regaseste in mod curent pentru captorii de fora sub forma unui montajcu doua brae aa cum se arata in figura 6.9. Timbrele pot fi amplasate pe doua lamele cugrosime redusa sau in interiorul unei guri.

Fig.6.9 Alctuire tipica a captorilor de fora bazai pe deformaie din moment ncovoietor

6.3 Captori de fora bazai pe deformaie din fora axiala

Pentru traductori bazai pe fora axiala, epruveta poate fi un corp cilindric pe care suntlipite patru timbre, doua diametral opuse in sensul forei (C), care vor msura deformaialongitudinala si doua deasemenea diametral opuse in sens transversal (T), care vormsura deformaia transversala, ca in figura6.10 . Montarea timbrelor care ofer acelaisemnal se face in ramuri opuse in puntea Wheatstone. Acest tip de montaj nlturaefectele parazite provenite din eventuala aplicare excentrica a forei.

Fig. 6.10 Epruveta pentru captor fora bazat pe deformaie din fora axiala


47/48

O celula de fora care utilizeaz un astfel de traductor este alctuita in principiu, ca infigura 6.11. Montajul are in vedere posibilitatea prelurii unor incarcarii transversale

parazite.

Fig. 6.11 Captor fora bazat pe deformaie din fora axiala seciune

La celulele de fora de capacitate mare, se pot construi cu patru sau mai multe epruveteprismatice sau cilindrice paralele, aa cum se arata in figura 6.12. Cu acest tip de montajse obine si o reducere semnificativa a sensibilitatii la incarcarii transversale parazite.

Fig. 6.12 Captori de fora de capacitate mare


48/48

Ca regula generala, pentru msurarea forelor de intensitate redusa si medie se utilizeazcaptori de fora cu traductori de deformaie produsa de moment ncovoietor, iar pentrumsurarea forelor de intensitate mare si foarte mare se utilizeaz captori de fora cutraductori de deformaie produsa de fora axiala.

BIBLIOGRAFIE

Analyse experimentale et numerique de modeles reduits en vibration. Lucrare diplomarealizata de Cedric Stewart, Faculte des Sciences Appliquees, Universite de Liege,

Belgia, 1996-1997. Coordonatori: Prof. G. FonderFonder G., Boeraeve MEncyclopedie d`analyse des contraintes, J. Avril, Ed. Micromesures, Malakoff, Franta,1983

Handbook of experimental analysis. Mindin RD, Salvadori MG, Ed. Wiley & Sons, NewYork, 1984

Handbook on structural testing, R. T. Reese, W. A. Kawahara, The Fairmont Press Inc.,1993

Introducere in tehnica proiectrii asistate de experiment a construciilor metalice, M.Georgescu, R. Zaharia, Ed. Orizonturi Universitare, Timisoara, 1999

Manuel du laboratoire de resistence des materiaux ; Notes de cours redigees par J.Rondal, M. Braham, S. Cescotto, R. Maquoi. Faculte des Sciences Appliquees,Universite de Liege, Belgia, 1980.

Techniques experimentales modernes pour la conduite et exploitation dessais destructures en genie civil, A. Lachal, Laboratoire des Structures INSA Rennes, France,1994

Theory and design for mechanical measurements, R. S. Figliola, D. E. Beasley, JohnWiley & Sons, Inc., 1994 (second edition)

Theory and practice of force measurement - Monographs in physical measurement - A.Bray, Giulio Barbato, Raffaello Levi Academic Press, University of California, 1990

Date post:	03-Jun-2018
Category:	Documents
Upload:	adrianmesteru
View:	222 times
Download:	0 times

Curs_Tehnici_Experimentale.pdf

Documents