книги / Тензодатчики для экспериментальных исследований

В качестве нетермостойких влагозащитных покрытий можно использовать резиновый клей марки 8 8 или мар­ ки 8 8 Н (ТУ МХП 1542-49 и ТУ МХП УТ-880-58), а так­ же перхлорвиниловую эмаль ХВ-16 (ТУ МХП № 51257).

В качестве термостойкого	покрытия рекомендуется
кремнеорганическая жидкость ПМС-31		(СТУ	36-13
№ 892-63).	тензодатчиков	ВТ-К (400),
Сопротивление изоляции
покрытых после проведения	стабилизации	клеем	8 8 , за.

24 ч пребывания их в среде со 100%-ной влажностью снижается до 5—40 Мом, а покрытых перхлорвиниловой эмалью за то же время снижается до 18—50 Мом. Уве­ личение времени пребывания тензодатчиков, покрытых перхлорвиниловой эмалью, в среде со 1 0 0 %-ной влажно­ стью до 96 ч приводит к снижению сопротивления изо­ ляции до 4—15 Мом.

Покрытие ПМС-31 обладает более влагостойкими свойствами. Тензодатчики ВТ-К (400), покрытые после стабилизации кремнеор-ганической жидкостью ПМС-31, после пребывания в среде со 1 0 0 %-ной влажностью ,в те­ чение 96 ч имеют Ru не ниже 150 Мом.

Влагостойкие свойства тензодатчиков ВТ-К, 'покры­ тых ПМС-31, сохраняются и после 3-часового действия

температур 350 и 400° С. После	действия	таких темпе­
ратур сопротивление .изоляции за время		пребывания
тензодатчиков ВТ-К в среде со	1 0 0 %-ной	влажностью

в течение	96 ч не ниже 100 Мом (после действия 350° С
в течение	3 ч) и не ниже 2 Мом (после действия темпе­
ратуры 400° С в течение 3 ч) .

Т ензо д а т ч и ка ЦНК-2

Тензодатчики ЦНК-2 предназначены для измерения статических деформаций при температурах до 2 0 0 — 250° С в условиях длительных испытаний конструкций, не допускающих предварительного, необходимого для на­ клейки тензодатчиков прогрева, до темперачур выше 140° С [27].

Чувствительную решетку тензодатчиков ЦНК-2 изго­ товляют из отожженной константановой проволоки. В качестве связующего в тензодатчиках ЦНК-2 исполь­ зуют неорганический цемент НЦ-1. Тензодатчики изго­ товляют на постоянной основе из теплостойкой тонкой

(толщиной пр-имерно 80 мкм) бумаги. Такая основа об­ ладает достаточной гибкостью и хорошей электрической изоляцией при высоких температурах. В качестве вы­ водных проводников в тензодатчиках используют медную

проволоку диаметром 0 ,2	мм, которая приваривается
к чувствительной решетке	с помощью дуговой сварки.

На исследуемую конструкцию тензодатчики ЦНК-2 наклеивают цементом НЦ-1. После наклейки тензодат­ чики ЦНК-2 вместе с конструкцией подвергаются термо­ обработке при температуре 140° С.

Чувствительность к деформации. Среднее значение

	чувствительности 5 партии				из	120	тензодатчиков при
		Т а б л и ц а		8	различных				температурах
					приведены в табл. 8 . Там же
	Темпера­	5	± as	в %	приведены				среднеквадра­
	тура в °С				тичные		отклонения чувстви­
					тельности			отдельных тензо­
	20	2,09	4,1		датчиков от среднего значе­
	100	2,08	3,9		ния	os	в	партии.		'Чувстви­
	20	2,06	4,0
					тельность			и	ее	разброс в
	150	2,06	4,1
	200	2,06	4,0		партии		приведены			для тен­
	250	2,05	4,4		зодатчиков ЦНК-2 с базой
	20	2,00	4,5		10 мм, испытанных в после­
					довательности, указанной в
					табл. 8 .
	Как видно из табл. 8 , чувствительность тензодатчиков
	при увеличении		температуры снижается						незначительно
	(не более 2%),		и ее можно при температурах до 250°С
	считать постоянной и равной 2,07.
	У тензодатчиков ЦНК-2				исследовалась чувствитель­

ность до и после длительных (в течение 100 ч) испыта­ ний при температуре 200° С и деформации е=1,5-10“3; причем тензодатчики подвергались двум циклам таких испытаний. Средняя величина чувствительности и раз­

брос os в исследуемой партии, полученные при этих ис­ пытаниях, приведены в табл. 9.

Из данных табл. 9 видно, что чувствительность тензо­ датчиков ЦНК-2 при температуре 20° С после 200-часо­ вого воздействия температуры 200° С и деформации е= = 1,5-10—3 уменьшилась не более чем на 6 %. При темпе­ ратуре 200° С чувствительность уменьшилась после 2 0 0 -часовой выдержки с промежуточным охлаждением на 3,5%.

Т а б л и ц а 9

Темпера­	Условия	опре еления чувствительности	5
тура в °С
20	До длительных испытаний		2,07	2,9
200	До длительных испытаний		2,03	4,6
	После 100-часового прогрева и на­
20	гружения в 1-м цикле		2,00	4,8
	После клительных испытаний в 1-м			5 ,5
200	цикле		1.99
	До длительных испытаний во 2-м			5,77
	цикле		1,99
	После 100-часового прогрева и на­			6 ,3
20	гружения во 2-м цикле		1,96
	После	длительных испытаний	во
	2-м цикле		1,95	6,0

Чувствительность тензодатчиков ЦНК-2 исследова­ лась также в другой последовательности при многократ­ ных циклических нагревах до 200, 250 и 400° С с выдерж­ ками по 4—10 ч при этих температурах и при деформа­ циях порядка е= 1,5-10 ~ 3 и с последующими охлажде­ ниями до температуры 20° С.

Число ииклоЬ

6)

Рис. 19. Изменение чувствительности тензодатчиков ЦНК-2 при длительных испытаниях:

я—последовательность нагрева при определении чувствительности;

б—отношение	чувствительности, определенной	при соответствующей
температуре, к ее значению 5i при температуре 20° С
На рис. 19, а показана диаграмма		последовательно­
сти нагрева	балки с тензодатчиками	и время выдерж­

ки при температурах -в соответствующих циклах, а на рис. 19,6 — отношения чувствительности S Ny определен­ ной при этих температурах в соответствующих циклах, к значениям чувствительности Sj при температуре 20° С

в начале исследования. Как видно, чувствительность при

всех	циклических	испытаниях	при температурах до
250° С	осталась	практически	постоянной в пределах
± 2 —3%.

При температуре 400° С чувствительность изменяется в тех же пределах и только после 9-часовой выдержки при 400°С и последующего охлаждения чувствительность снизилась примерно на 5%. На основании относительно высокой стабильности величины чувствительности при температурах до 400° С тензодатчики ЦНК-2 рекомен­ дуется использовать для кратковременных (порядка нескольких часов) испытаний при температурах поряд­ ка 400° С.

Ползучесть. Ползучесть тензодатчиков ЦНК-2 за 1 ч

при всех температурах практически мала ( # ^ —0 ,5 %). Разбросы ползучести при температурах до 200° С в пар­ тии оцениваются среднеквадратичной величиной ojj —

= ±0,4% и возрастают до а^ = ± 1% только при темпе­ ратуре 250° С.

При длительных испытаниях ползучесть тензодатчи­

ков	ЦНК-2	мала:	за 100 ч	при температуре 2 0 0 ° С
(рис.	2 0 , а)	среднее	значение	ползучести в выборке из

30 тензодатчиков составляет П = —2 %, а для отдельных

тензодатчиков П = 0-.— 6 %. Нарастание ползучести на­ блюдается в основном в первые Ю ч испытания, а затем ползучесть увеличивается практически с малой скоро­ стью.

При повторных длительных испытаниях во 2-м цик­

ле средняя ползучесть	за	100	ч при температуре
200° С была_/7 = —0,5%	(см.	рис.	20, б)^ максимальная

ползучесть Птах = —2 ,8 , а минимальная Ят 1п= 0 . Разброс ползучести тензодатчиков в партии увеличи­

вается в зависимости от длительности испытания и мо­

жет составлять ojj=zt2% за	первые 100 ч при 2 0 0 ° С
и 077 = ± 1,5 % за 100 ч при	повторных испытаниях.

Ввиду относительно малых значений средних ползуче­ стей при длительных испытаниях в условиях температур до 2 0 0 ° С можно поправку на ползучесть не вносить, а считать ползучесть ненсключенным остатком система­ тической погрешности и оценивать погрешность измере­ ния за счет ползучести по максимально наблюдаемомУ

Рио. 20. Ползучесть П и разброс ползучести а - тензодатчикоЕ

ЦНК-2 при длительных испытаниях при * = 200° С:

а—1-й цикл; б—2-й цикл

Рис. 21. Температурные прира­ щения сопротивления тензодат­

чиков	ЦНК-2,		наклеенных		на
сталь,	до	и после длительных
прогревов		при	200° С.	Кривая
о л — величины			разброса		при­
ращений		сопротивления		в	пар­
		тии

значению ползучести в партии так, как это рекомендует­ ся при кратковременных испытаниях [25].

Температурное приращение сопротивления. Кривые температурных приращений сопротивления тензодатчиков ЦНК-2 удовлетворительно воспроизводятся до и после длительных (в течение 100 и даже 2 0 0 ч) прогревов при температуре 200° С и при повторном кратковременном

(в течение 2—3 ч)	нагреве до 250° С (рис. 21). Величины
разброса о а в партии при этом не увеличиваются.
б(т)г10* t6*'wb	*(%
зо
20

ю

0

Ю

< п

									<5*
W	20	30	(,0	50	60	70	80	90	>00
10ь: t 6 s	W 3			a j					т V

■						в»
из.	Ш	W	30	60	50	90	W0
				63		Т	я
Рис. 22. Зависимость сопротивления 5						j тензодатчиков
ЦНК-2 от времени выдержки при температуре 200° С.
	Кривая		(Тб — разброс величин 5			j
	а—1-й цикл выдержки;				б—2-й цикл	выдержки

Во время длительных изотермических выдержек при повышенных температурах сопротивление тензодатчиков

ЦНК-2 меняется незначительно. Так, за 100	ч изотерми­
ческой выдержки при температуре 2 0 0 ° С	(рис. 2 2 , а)

средняя в партии величина изменения сопротивления во времени характеризуется à(AR/R)t= 24-10~5 ед. AR/R, а разброс этой величины в партии оценивается средне­ квадратичной величиной oô =dz7- Ю~5 ед. AR/R. Эти из­

менения сопротивления связаны с необратимыми измене­ ниями в проволоке и цементе тензодатчиков и наиболее интенсивно протекают в первые 20—30 ч, а затем прак­ тически изменений сопротивления не наблюдается. По­ вторная изотермическая выдержка при температуре 200° С даже в течение 100 ч практически не приводит

к изменению сопротивления тензодатчиков (рис. 22,6). Величина б(ДR/R)t колеблется от 0 до —4-10-5, а вели­

чина разброса в партии равна Go = ± (2-^3)	10~5 ед. ДR/R.
На относительно высокую стабильность тензодатчи­
ков ЦНК-2 указывает также то, что их	сопротивление

при температуре 20° С и после длительных нагревов и на­ гружений изменяется мало. Так, в табл. 10 приведены величины изменения сопротивления (ДR/R)H после двух испытаний, заключающихся в 100-часовой выдержке

тензодатчиков при температуре 200° и деформации	е=
= 1,5-10_3, а также после кратковременных (2—3 н)	на­
гревов и нагружений при температуре 250° С. В табл.	10

приведены средние значения для партии, а также средне­ квадратичные отклонения этих величин от среднего зна­ чения в партии.

^ Т а б л и ц а 10

	У сл ови я и зм ер ен и я	П осл е	и сп ы ­	П осл е	и сп ы ­	П осл е	П о с л е п ов тор ­
						н агрева
		тан и й	в 1 -м	тан и й	во 2 -м		н о г о нагрева
	соп р оти в л ен и я при
		цикл е	(100 н	ц и к л е	(100 ч	д о 250 °С		ло 250 °С
	т е м п е р а т у р е 20 °С	при 200 °С )		при 200 °С )		и н а г р у ­	и	н а г р у ж е н и я
						ж ен и я

1 R i .	6	—2	12	4
± О ц - 105	26,6	2 ,4	2 .4	3 ,2

Величина (ДR/R)Hво всех случаях равна (—2—12) X X10—5, а разброс этих величин в партии велик (о„= = ± 2 6 -10~5 ед. ДR/R) только после первого длительного прогрева пр.и 200° С. Во всех остальных случаях разброс невелик и оценивается среднеквадратичной величиной ал~=ЬЗ* 10~5 ед. ДR/R.

Номинальное сопротивление, сопротивление изоляции и влагостойкость. Тензодатчики ЦНК-2 изготовляют с базами 5, 10 и 15 мм и с номинальными сопротивле­ ниями 100, 120 и 200 ом.

Сопротивление изоляции снижается примерно до 10 Мом при повышении температуры до 200° С, а затем при температуре 250—300° С наблюдается некоторое его повышение, связанное, шьвидимому, с изменениями, про­ текающими при прогреве в связующем и основе тензо­ датчика.

Дальнейшее повышение температуры приводит к уменьшению Ru, которое при температуре 400° С еще остается достаточно большим (порядка 20 Мом).

Тензодатчики ЦПК.-2 не являются влагостойкими; при

действии 1 0 0 %-ной относительной влажности

сопротив­

ление

изоляции

(рис.

23) за

20

ч снижается

примерно

до 0,15 Мом.

%

/?„

Поп

После

восстановления

нормальной

влажности

воздуха и просушки

тен­

зодатчиков сопротивление

изоляции

восстанавли­

вается. Поэтому если тен­

зодатчики

ЦНК-2

перед

испытанием

находились

в

среде

с

повышенной

влажностью,

то

их

перед

испытанием

необходимо

просушить

до

восстанов

ления допустимого значе­

ния

сопротивления

изо­

ляции.

ЦНК-2

Тензодатчики

предназначены для массо­

Рис.

23.

Изменение

сопротивления

вого применения в

усло­

изоляции Ru тензодатчиков ЦНК-2

виях

длительного

экспе­

от времени пребывания их в среде

римента, и поэтому к ним

с различной относительной влаж­

предъявлены

требования

ностью.

Кривая

г—относительная

влажность

высокой

надежности —

среды

малого выхода

из

строя

как

в процессе

наклейки,

так и в процессе проведе­

ния эксперимента. В процессе кратковременных

и

дли­

тельных экспериментов выход из строя тензодатчиков ЦНК-2 равен примерно 5—10%, причем тензодатчик счи­ тается вышедшим из строя не только в случае обрыва нити или замыкания на корпус, а также в случае сниже­ ния его чувствительности на 25% и более по сравнению с номинальным значением.

Такая надежность позволяет рекомендовать тензо­ датчики ЦНК-2 при массовом применении их в условиях кратковременных и длительных испытаний при темпера­ турах до 250° С.

Тензодатчики ЭТК-2

Тензодатчики ЭТК-2, не требующие после наклейки тепловой обработки, предназначены для измерения ста­ тических деформаций в условиях кратковременных и длительных (порядка 50 ч) испытаний до температур 200—250° С {27]. Чувствительную решетку тензодатчиков ЭТК-2 изготовляют из отожженной константановой про­ волоки диаметром 0,03 мм. В качестве связующего для изготовления тензодатчиков ЭТК-2 используют специаль­ ный цемент 7-Б/У-6. Так же как тензодатчики ЦНК-2, тензодатчики ЭТК-2 изготовляют на постоянной основе из тонкой (60—100 мкм) теплостойкой бумаги.

На исследуемую конструкцию тензодатчики ЭТК-2 наклеивают цементом 7-Б/У-6. Перед наклейкой тензо­ датчиков ЭТК-2 требуется тщательная очистка поверхно­ сти .конструкции, желательно с помощью пескоструйного аппарата. После наклейки тензодатчики ЭТК-2 не требу­ ют тепловой обработки, необходима лишь выдержка на воздухе в течение 6 суток.

Чувствительность к деформации. В табл. 11 приведе­ ны при различных температурах средние для партии зна­ чения чувствительности S тензодатчиков ЭТК-2 с базами 10 и 2 0 мм и относительные среднеквадратичные откло­

нения чувствительности as отдельных тензодатчиков от среднего ее значения в партии.

			Т а б л и ц а II
	База	10 мм	База	20 мм
Темпера­
тура в °С	S		S
20	1,97	з ,о	2,15	1,5
100	—		2,14	2 ,2
150	1,98	2 ,9	2,14	3 ,0
200	2,04	2 ,6	2,15	2 .6
250	2 ,0 3	5 ,0	2,15	2 ,0

Как видно из табл. 11, чувствительность тензодатчи­

ков ЭТК-2 с	базой	10 мм составляет 2,00, а	с базой
20 мм — 2,15	и мало	меняется с температурой.	Разбро­

сы чувствительности в партии характеризуются величи­

ной (Js=±3% и возрастают до ±5% только при темпе­ ратуре 250° для тензодатчиков с базой 10 мм.

					1	партия		11	партия
	Условия рпреявления				Темпе­			Темпе­
	чувствительности								5
					ратура		в %	ратура		в %
					в °С			в °С
После сушки при комнат-
ной температуре			в течение			1,94			1,95	3,3
5—6 суток					20		2 ,6	20
До	длительных		испытаний		150	1,98	2 ,8	175	1,98	3,5
После		длительных		испы­		1,96			2 ,0 0	3,3
таний							2 ,8
После		длительных		испы­	20	1,85	3,5	20	1,85	3,8
таний
							Продолжение		табл.	12
					III	партия		IV	партия
	Условия определения				Темпе-			Темпе­
	чувствительности					5			5
					ратура		в %	ратура		в %
								в °С
После сушки при комнат­
ной температуре			в течение		20	2,01	1,9	20	1,97	4,5
5—6	суток
До	длительных		испытаний		200	2,03	2,5	250	2,02	5,0
После		длительных		испы­		2,06			2,01	4,8
таний							2 .5	«
После		длительных		испы­	20	1,93		20	1,94	4,8
таний							3,1

При длительном действии деформаций и температур тензодатчики ЭТК-2 имеют стабильную чувствитель­ ность. Так, чувствительность тензодатчиков ЭТК-2 (табл. 1 2 ) мало изменилась после непрерывного 50-ча­ сового действия температуры 150°С (I партия), 175°С (II партия), 2 0 0 ° С (III партия) и 250° С (IV партия) и деформации (1,6—1,7) *10_3.