10. Laboratóriumi gyakorlat TENZOMETRIKUS ÁTALAKÍTÓK

Hasonló dokumentumok
9. Laboratóriumi gyakorlat NYOMÁSÉRZÉKELŐK

2. Laboratóriumi gyakorlat A TERMISZTOR. 1. A gyakorlat célja. 2. Elméleti bevezető

3. Laboratóriumi gyakorlat A HŐELLENÁLLÁS

A= a keresztmetszeti felület cm 2 ɣ = biztonsági tényező

Szilárd testek rugalmassága

2. Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata jegyzőkönyv. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

Bevezetés a. nyúlásmérő bélyeges méréstechnikába

BME Gépészmérnöki Kar 3. vizsga (112A) Név: 1 Műszaki Mechanikai Tanszék január 11. Neptun: 2 Szilárdságtan Aláírás: 3

MECHANIKA I. rész: Szilárd testek mechanikája

Logaritmikus erősítő tanulmányozása

4. Laboratóriumi gyakorlat A HŐELEM

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 6.

= 163, 63V. Felírható az R 2 ellenállásra, hogy: 163,63V. blokk sorosan van kapcsolva a baloldali R 1 -gyel, és tudjuk, hogy

Ellenállásmérés Wheatstone híddal

1. ERŐMÉRÉS NYÚLÁSMÉRŐ BÉLYEG ALKALMAZÁSÁVAL

Minden mérésre vonatkozó minimumkérdések

mérés. Erő, nyomaték, gyorsulás mérése

Kirchhoff 2. törvénye (huroktörvény) szerint az áramkörben levő elektromotoros erők. E i = U j (3.1)

ELLENÁLL 1. MÉRŐ ÉRINTKEZŐK:

Áramköri elemek mérése ipari módszerekkel

Analóg-digitál átalakítók (A/D konverterek)

6. MECHANIKA-STATIKA GYAKORLAT Kidolgozta: Triesz Péter egy. ts. Négy erő egyensúlya, Culmann-szerkesztés, Ritter-számítás

Vasbetonszerkezetek II. Vasbeton lemezek Rugalmas lemezelmélet

Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata

Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata

azonos sikban fekszik. A vezetőhurok ellenállása 2 Ω. Számítsuk ki a hurok teljes 4.1. ábra ábra

3. Az alábbi adatsor egy rugó hosszát ábrázolja a rá ható húzóerő függvényében:

A K É T V É G É N A L Á T Á M A S Z T O T T T A R T Ó S T A T I K A I V IZS-

Feszültségérzékelők a méréstechnikában

5. Laboratóriumi gyakorlat. A p-n ÁTMENET HŐMÉRSÉKLETFÜGGÉSE

6. MECHANIKA-STATIKA GYAKORLAT (kidolgozta: Triesz Péter, egy. ts.; Tarnai Gábor, mérnöktanár)

Ellenállásmérés Ohm törvénye alapján

7. Laboratóriumi gyakorlat KIS ELMOZDULÁSOK MÉRÉSE KAPACITÍV ÉS INDUKTÍV MÓDSZERREL

Tevékenység: Tanulmányozza a ábrát és a levezetést! Tanulja meg a fajlagos nyúlás mértékének meghatározásának módját hajlításnál!

Rugalmasságtan és FEM, 2005/2006. II. félév, I. ZÁRTHELYI, A

Egy háromlábú állvány feladata. 1. ábra forrása:

9. Gyakorlat - Optoelektronikai áramköri elemek

2. Rugalmas állandók mérése

PÉLDÁK ERŐTÖRVÉNYEKRE

Gyakorlati példák Dr. Gönczi Dávid

Rugalmas állandók mérése (2-es számú mérés) mérési jegyzõkönyv

Frissítve: Csavarás. 1. példa: Az 5 gyakorlat 1. példájához hasonló feladat.

A végeselem módszer alapjai. 2. Alapvető elemtípusok

Mérésadatgyűjtés, jelfeldolgozás.

Rugalmas állandók mérése

Merev testek kinematikája

1. feladat Alkalmazzuk a mólhő meghatározását egy gázra. Izoterm és adiabatikus átalakulásokra a következőt kapjuk:

Frissítve: Feszültség- és alakváltozási állapot. 1. példa: Írjuk fel az adott kockához tartozó feszültségtenzort!

1. ábra A Wheatstone-híd származtatása. és U B +R 2 U B =U A. =0, ha = R 4 =R 1. Mindezekből a hídegyensúly: R 1

Példa: Normálfeszültség eloszlása síkgörbe rúd esetén

3.1. ábra ábra

Gyakorlat 04 Keresztmetszetek III.

8. Laboratóriumi gyakorlat INKREMENTÁLIS ADÓ

Felvételi, 2017 július -Alapképzés, fizika vizsga-

Mérőátalakítók Összefoglaló táblázat a mérőátalakítókról

Anyagvizsgálatok. Mechanikai vizsgálatok

KÖZLEKEDÉSI ALAPISMERETEK (KÖZLEKEDÉSTECHNIKA)

10.1. ANALÓG JELEK ILLESZTÉSE DIGITÁLIS ESZKÖZÖKHÖZ

Felső végükön egymásra támaszkodó szarugerendák egyensúlya

Segédlet: Főfeszültségek meghatározása Mohr-féle feszültségi körök alkalmazásával

1. fejezet. Gyakorlat C-41

Mechanika - Versenyfeladatok

Hőmérsékleti sugárzás

Fémtechnológiák Fémek képlékeny alakítása 1. Mechanikai alapfogalmak, anyagszerkezeti változások

Megoldás: A feltöltött R sugarú fémgömb felületén a térerősség és a potenciál pontosan akkora, mintha a teljes töltése a középpontjában lenne:

A szerkezeti anyagok tulajdonságai és azok vizsgálata

= Φ B(t = t) Φ B (t = 0) t

Feladatlap X. osztály

KOMMUNIKÁCIÓS DOSSZIÉ MECHANIKA. Anyagmérnök BSc Szak Évfolyamszintű tárgy. Miskolci Egyetem. Gépészmérnöki és Informatikai Kar

Vezetők elektrosztatikus térben

Jegyzőkönyv. hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálatáról (3)

Keresztmetszet másodrendű nyomatékainak meghatározása

T s 2 képezve a. cos q s 0; 2. Kötélstatika I. A síkbeli kötelek egyensúlyi egyenleteiről és azok néhány alkalmazásáról

A talajok összenyomódásának vizsgálata

Ohm törvénye. A mérés célkitűzései: Ohm törvényének igazolása mérésekkel.

Elektrotechnika. Ballagi Áron

Q 1 D Q 2 (D x) 2 (1.1)

TERMÉKSZIMULÁCIÓ I. 9. elıadás

ERŐVEL ZÁRÓ KÖTÉSEK (Vázlat)

Passzív és aktív aluláteresztő szűrők

Vasbeton tartók méretezése hajlításra

Mechanikai érzékelők I. Érzékelési módszerek

Tartószerkezetek I. (Vasbeton szilárdságtan)

Használhatósági határállapotok. Alakváltozások ellenőrzése

Mágneses szuszceptibilitás mérése

Rugalmas állandók mérése

Elektromos egyenáramú alapmérések

Zárt mágneskörű induktív átalakítók

Példa: Csúsztatófeszültség-eloszlás számítása I-szelvényben

GÉPÉSZETI ALAPISMERETEK

HELYI TANTERV. Mechanika

A mérési eredmény megadása

A kísérlet, mérés megnevezése célkitűzései: Váltakozó áramú körök vizsgálata, induktív ellenállás mérése, induktivitás értelmezése.

Hajlított tartó elmozdulásmez jének meghatározása Ritz-módszerrel

Termoelektromos hűtőelemek vizsgálata

Elektromos áramerősség

A szerkezeti anyagok tulajdonságai és azok vizsgálata

58. ročník Fyzikálnej olympiády v školskom roku 2016/2017 Okresné kolo kategórie E Texty úloh v maďarskom jazyku

MÉRÉSTECHNIKA. BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék Fazekas Miklós (1) márc. 1

Navier-formula. Frissítve: Egyenes hajlítás

Átírás:

10. Loratóriumi gyakorlat TENZOMETIKS ÁTALAKÍTÓK 1.A gyakorlat célja Mechanikai megnyúlások mérése nyúlásmérő bélyegekkel. Nyúlásmérő átalakítokjellegzetes mérőköreinek tanulmányozása. A mért elektromos feszültség változás meghatározása a megnyúlás függvényeként. Henger keresztmetsztű rúdra ható forgatónyomaték mérése. A használt átalakító jelleggőrbéjének meghatározása..elméleti bevezető A szilárd testekben külső mechanikai terhelés (erő, erőrendszer, nyomaték) hatására feszültségi állapot jön létre. A feszültségi állapot minden esetben egy meghatározott alakváltozási állapottal függ össze (megnyúlás, torzulás). A mechanikai alakváltozás a nyúlásmérő bélyegek villamos ellenállás váltózását okozza, méret váltózás útján. Ha egy szilárd testre külső erők hatnak és azok hatására a test egyensúlyban van, akkor a külső erőkkel a testben ébredő, un. belső erők tartanak egyensúlyt. A belső erők megoszló erőrendszerét feszültségnek nevezzük. A feszültség vektorjellegű mennyiség és fizikailag az egységnyi felületre eső erőt jelenti. A feszültségvektornak a vizsgálófelületre merőleges un. normális összetevője a síkbéli feszültség F σ (1) S és a felület síkjába eső összetevője a csúsztatófeszültség: τ. Minden feszültségi állapothoz alakváltózási állapot tartozik. Egy tengelyű alakváltozás estén értelmezhetjük a relatív megnyúlást: l ε () l ugalmas alakváltózás esetén a feszültség és a megnyúlás között az ismert lineáris kapcsolat áll fenn: σ εe (3) ahól E a rugalmassági vagy Young modulus. Két tengelyes alakváltózás esetén ismerni kell a Poisson számot, a ν-t, amely a keresztirányú megnyúlás és a hosszanti megnyúlás arányát határozza meg: a / a ν () l / l 65

1 Ábra. Két tengelyes alakváltózás szemléltetése. Nyúlásmérő ellenállások működési elve A nyúlásmérő bélyegek ragasztással rögzíthetők a szilárd testekhez melyek alakváltozását szeretnénk mérni, tehát a bélyegnek is váltózik az alakja a szilárd testével együtt. Mivel a bélyegek egy erre a célra kialakított ellenállást tartalmaznak, az ellenállás értéke is változik az alakváltozással. Ismerve egy l hosszúságú, S keresztmetszetű ρ fajlagos ellenállású vezető ellenállását: ρ l, S (5) ha képezzük az (5) egyenlet logaritmusát: ln ln ρ + ln l ln S (6) és, ha a vezető keresztmetszete téglalap alakú: S a b, (7) az alábbi összefüggést kapjuk: ln ln ρ + ln l ln a ln b (8) Differenciáljuk a (8) egyenletet: dρ + ρ dl da db Tudjuk, hogy ε a hosszanti relativ megnyúlás, és ε k l a b ν ε a keresztirányú relativ megnyúlás (ν a Poisson szám). Tehát, az alakváltozást szenvedő nyúlásmérő (tenzometrikus) bélyeg ellenállásváltozásának egyenlete: dρ ε ( 1 + ν ) + ρ (10) Ebből: ε ( ν) - a tenzometrikus ellenállásváltozás dρ - a piezorezisztív ellenállásváltozás. ρ Ha feltételezzük, hogy a piezorezisztív ellenállás-változás arányos a megnyúlással, azaz: dρ c ε ρ (11) akkor a nyúlásmérő bélyeg alapegyenlete a következő alakba írható: dl l da a db b (9) 66

ε ( 1 + ν + c) k ε (1) A k ν + c konstans, a mérőelemek nyúlási tényezője vagy gauge factor. A fém fóliás bélyegeknél c0 és k és, között van. Az általunk használt tenzometrikus bélyegeknél k,08. Így a bélyegek ellenállás változása egyenesen arányos a megnyúlással: l k l (13) A nyúlásmérő bélyegek típusai A fóliás mérőbélyegek előállítási technológiája lényegében megegyezik a nyomtatott áramkörök előállítására használt és igen fejlett fotokémiai eljárással. Az egyszerű fóliás mérőbélyeg tipikus kiviteli alakját az alábbi. ábrán láthatjuk.. Ábra. A mérőbélyeg tipikus kiviteli alakja. A mérőbélyegek jellemzői: névleges ellenállás szványosított értékei: 10Ω, 350Ω, 600Ω, 1000Ω. szokásos pontosság: ±0,5% bélyeg tényező: k-, linearitás (a mechanikai terheléstől függ) 0,1% egész 000νε-ig, 1% egész 5000νε-ig legkisebb nyúlás: 0,1νε élettartam: 10 6-10 8 ciklus hőmérséklettartomány -10...+100, +150 0C A különleges kialakítású fóliás mérőbélyegeket speciális feladatokra fejlesztették ki és alkalmazzák. Ezek vagy különleges geometriájúak, vagy több mérőelemet tartalmaznak. A kételemes, 90 0 os bélyeg két egymásra merőleges irány nyúlásértékeinek a meghatározására alkalmas. 67

3. Ábra. A kételemes bélyeg. A halszálka mintázatú bélyegekkel a tengelyek csavaró igénybevételét, a torziós nyomatékot mérhetjük.. Ábra. Halszálka mintázatú bélyeg. A rozetták feladatta meghatározni a feszültségek főirányát. 5. Ábra. ozettás bélyeg. Nyomás mérésére alkalmas bélyegek a membránok. Ezek a tangenciális illetve radiális megnyúlására érzékenyek. 6. Ábra. Nyomás mérésére alkalmas bélyegek: membránok. 68

Nyúlásmérő bélyeget használó jellegzetes áramkörök A bélyegekkel való mérést mindig Wheatston híddal végezzük. Legyen a következő mérőhíd (7.ábra): 7. Ábra. Wheatstone hid elvi rajza. Számítsuk ki az a és b pontok között mért feszültséget. I I 1 táp 1 + (1) + (15) 3 1 I1 1 I (16) 1 + 3 + Ha négy egyforma mérőbélyeget kötünk a híd ágaiba, akkor 1 3. A megnyúlás után pedig: 1 + 1, +, 3 + 3 és + és a (16) összefüggés a következő képpen alakul: táp + + 1 (17) + 1 + + + 3 + + 69

Prizmatikus rúd hajlítása A méréshez a Wheatstone híd egy sajátos tipusát a teljes Poisson hídat használjuk. A mérőbélyegek az ábrán látható módon vannak a prizma alakú rúdra ragasztva. 8. Ábra. Prizmatikus rúd hajlítása. Így két bélyeg 1 és 3 hosszanti irányú megnyúlást fog szenvedni melynek értéke (ε), míg a másik kettő és a keresztirányú megnyúlásnak van kitéve, melynek értéke (-νε). A bélyegek ellenállásértéke egyenlő. Osztjuk a (17) összefüggést -el, hogy kapjuk meg a relativ ellenállás változásokat: táp 1 (18) 1 3 + + 1 3 Tudjva, hogy (hosszanti irányú megnyúlás), (kereszt irányú megnyúlás), a következőkhöz jutunk: ν Innen a relatív megnyúlás: táp 1 ν + ν + + ν ε k + k ( ν ) ε ( 1ν ) ( ν )( ) ahol k a bélyegállandó. A 8. ábrán található képlet megadja a relativ megnyúlás és hajlitó erő közötti összefüggést, mely függ a prizmatikus rúd geometriai méreteitől is. (19) (0) (1) 70

Csavarónyomaték mérése 9. Ábra. Csavaró nyomaték mérése. Ebben az esetben a bélyegek elhelyezéséből adódóan az 1 és 3 hosszanti megnyúlást szenved, az és pedig hosszanti összehúzódást. Ebből adódik, ha egyforma bélyegeket 1 3 használunk:,. Behelyettesitve a (18) összefüggésbe: 1 1 + 1 + 1 () Innen kifejezve a relativ megnyúlást: ε (3) k A 9. ábrán feltüntetett képlet megadja a relativ megnyúlás és a csavaró nyomaték közti összefüggést. Jellemzői: az érzékenység négyszer nagyobb, ebben az elhelyezésben az esetleges nyújtás nem befolyásolja a mérést. 3.A mérés menete Prizmatikus rúd hajlitása. A 8. ábrán feltüntetett rúd a ráragasztott tenzometrikus bélyegekkel együtt egy mérőstandra van szerelve. A bélyegek kivezetései a standon elhelyezett kapcsolási lapra vannak kötve, melyen létrehozzuk a hidkapcsolást, valamint annak kiegyensúlyozását. Beállítjuk a mérőhíd tápfeszültségét, E10V értékre. Beállítjuk a rendelkezésre álló mérőerősítő offsett feszűltségét, úgy, hogy rövidre zárva a két bemenetet, a kimenetre kapcsolt voltmérő is nullát mutasson. Beállítjuk a mérőerősítő erősítését A100 értékre. Ezután bekötjük a mérőhíd a és b pontjait a mérőerősítő bemeneteire. A mérőerősítő kimenetén a feszültséget voltmérővel mérjük. A prizmatikus rúdra sorra súlyokat akasztunk, melyeknek értéke a súlyokon fel van tüntetve és leolvassuk minden esetbena voltmérővel mért értéket. Kitőltjük az 1. táblázat első két sorát. 71

Minden mérés során lejegyezzük a standra szerelt sublerrel mért elhajlás értékét is és az 1. táblázat harmadik sorába irjuk. Kiszámítjuk a relatív megnyúlás értékét a () képlettel, G ε szamolt () Ebt és kitőltjük az 1. táblázat negyedik sorába irjuk. Ebben a képletben Gm g, a rúdra akasztott súly, E,1 10 1, a használt rúd szélességét és vastagságát megmérjük, b t A használt bélyegek adatai: k,08 és ν0,3 Kiszámítjuk a relativ megnyúlást a (1) képlettel, és kitőltjük az 1. táblázat ötödik sorát. Kiszámítjuk a megnyúlás szolut hibaértékét és kitőltjük az 1. táblázat hatodik sorát. m[g] [V] Δh[mm] ε számolt (.képlet) ε (1.képlet) Δε ε- ε számolt 1. Táblázat. m 1 m m 3 m m 1 +m m 1 +m 3 m +m 3 m 1 +m +m 3 A mért adatok alapján ábrázoljuk grafikusan ε számitott f(m) és ε f(m) ugyanarra a grafikonra, valamint ε f( ) ami megadja a megnyúlás (nemelektromos mennyiség) és a feszültség (elektromos mennyiség) karakterisztikát. Csavarónyomaték mérése. Az előző esethez hasonló módon járunk el, ugyanazokat a súlyokat használva. A mérések megkezdése elött megmérjük az erőkar hosszát és lejegyezzük, l A mért és számolt adatokat a. táblázatba irjuk. m[g] M[Nm] [V] ε számolt (5.képlet) ε (3.képlet) Δε ε- ε számolt. Táblázat. m 1 m m 3 m m 1 +m m 1 +m 3 m +m 3 m 1 +m +m 3 A relativ megnyúlás számolt értékét, a nyomaték fügvényében a 5-ös képlet adja: M ε szamolt ( ν ) 3 πe (5) A mért relativ megnyúlást a hid kimeneti feszültsége adja (. táblázat 5. sor). Ebben az esetben is kiszámítjuk a megnyúlás szolut hibaértékét. 7

gyanarra a grafikonra ábrázoljuk ε számitott f(m) és ε f(m), valamint külön grafikonra a csavarónyomaték-feszültség M f( ) karakterisztikát..kérdések, feladatok.1. Hogyan helyezzük el a tenzometrikus bélyegeket és hányat használunk, ha a prizmatikus rúdat húzóerőnek tesszük ki?.. Milyen nemelektromos mennyiségeket mérhetünk bélyegek segitségével?.3. Milyen elven működnek a tenzometrikus bélyegek?.. Mi a tenzometrikus bélyegek előnyei és hátrányai?.5. A mérések során a bélyegeket teljes hid elrendezésben használtuk. Még milyen elrendezésben köthetjük, mit kell figyelembe venni? 73