Тензорезистивный метод

В соответствии с методом тензометрии на поверхности деталей устанавливают тензометры или их первичные преобразовательные элементы. По показаниям тензометров определяют механические напряжения в сечениях деталей (прилагаемые нагрузки, давления, моменты, деформации и т.п.).

Тензометр представляет собой точное измерительное средство, позволяющее регистрировать очень малые деформации. Задачи тензометрии весьма разнообразны, в связи с чем существует большое число типов тензометров, различных по своим характеристикам и назначению.

Наиболее универсальным тензометром, обеспечивающим проведение тензометрии в различных условиях, является электрический тензометр с тензорезисторами, с автоматизацией измерений и их обработки. Такие системы при дистанционности и многоточечности измерений наилучшим образом обеспечивают выполнение натурной тензометрии деталей и конструкций, работающих при переменных режимах в сложных температурных условиях.

Принцип действия большинства современных установок для контроля деформаций и механической напряженности деталей основан на том, что изменение электрического сопротивления твердых материалов пропорционально изменению их линейных размеров.

В соответствии с этим принципом для неразрушающего контроля деталей и конструкций применяют специальные резистивные преобразователи, называемые тензорезисторами.

Принцип действия тензорезисторов основан на явлении тензоэффекта, заключающегося в изменении сопротивления проводников и полупроводников при их механической деформации. Значение сопротивления резистора определяется выражением:

его относительное изменение при деформации:

где ρ и ∆ρ - удельное сопротивление и его абсолютное изменение; l и ∆l - длина и абсолютное изменение длины; S и ∆S - площадь поперечного сечения и абсолютное изменение площади.

В твердом теле в зоне упругих деформаций величины относительных продольных ε_л и поперечных ε’_л деформаций связаны через коэффициент Пуассона μ_п:

ε’_л = - μ_п ε_л

учетом данной зависимости выражение для относительного изменения электрического сопротивления можно представить в виде:

В металлах удельное сопротивление зависит от напряжения растяжения или сжатия и описывается следующим образом

где Е_э и J - напряженность поля и плотность тока в продольном направлении, σ_м1 - механические напряжения в трех взаимно перпендикулярных направлениях (σ_м1 - в продольном направлении), π₁₁, π₁₂ = π₁₃ - тензорезистивные коэффициенты, соответственно продольный и поперечные. С учетом того, что в зоне упругих деформаций σ_м = E_y ε_л получим:

Величина

называется коэффициентом тензочувствительности.

Механическое напряжение в материале пропорционально относительному изменению размеров ε_л, модулю упругости Е_у, и связано коэффициентом тензочувствительности с относительным изменением электрического сопротивления:

что позволяет осуществлять измерение и контроль этой величины электрическим методом.