Marci tensometrice

Traductoare tensometrice rezistive (mrci tensometrice) - acestea sunt formate dintr-un fir conductor subtire, lipit pe un suport de hrtie sau material izolant. Traductorul se lipeste pe un element elastic ce se deformeaz datorit actiunii fortei. Aceast deplasare determin o variatie a lungimii firului conductor, si implicit, o variatie a rezistentei sale electrice. Uzual, variatia rezistentei este pus n evident printr-un circuit n punte Wheatstone. Se pot construi sisteme de msurare a fortelor sau maselor, cu ajutorul mrcilor tensometrice, alturi de care sunt necesare evident circuite electronice pentru evidentierea semnalului util.

Tipuri de mrci tensometrice i caracteristicile acestoraPrincipalele caracteristici ale MT sunt determinate de natura materialului din care acestea se realizeaz. Din acest punct de vedere, mrcile tensometrice se grupeaz n urmtoarele patru categorii: a) Mrci tensometrice din conductor metalic Acestea pot fi: cu capete libere, aderente prin lipire, transferabile pe suprafa i mrci sudabile. Marca tensometric ce are capetele libere (nelipit) const dintr-o srm (cupru, nichel sau crom) cu diametru de circa 0,025 mm, ntins ntre dou suporturi. Acestea se utilizeaz doar la doze tensometrice destinate operaiilor de cntrire, deoarece pentru alte aplicaii nu ofer o precizie suficient de bun datorit dificultilor de amplasare i a sensibilitii reduse. Marca aderent prin lipire (numit marc lipit) este fixat cu un adeziv special pe suprafaa piesei supus la efort. Cea mai rspndit configuraie este cea din figura 9.1 i const dintr-un filament de srm subire, dispus n zig-zag i cimentat la baz. Conductoarele de legtur se sudeaz, prin procedee speciale, la terminalele filamentului pentru a facilita conexiunile electrice externe. Lungimea configuraiei (exclusiv conexiunile) reprezint lungimea activ a mrcii.

Fig. 9.1 Marc tensometric aderent - cu filament

Condiiile pe care trebuie s le ndeplineasc materialul pentru filamentul (firul) mrcii sunt: s ofere un factor de marc K ct mai mare i o bun liniaritate; coeficientul ( ) de variaie a rezistivitii cu temperatura s fie ct mai mic pentru a minimiza erorile de temperatur;

filamentul s aib o rezisten mecanic ridicat pentru a evita deformrile plastice; potenialul termoelectric (et ) de contact al jonciunilor dintre conductoarele de legtur i filament s fie neglijabil (ct mai mic); coeficientul de dilatare (cu temperatura) s fie ct mai apropiat de cel al materialului piesei pe care se lipete marca; limita de elasticitate s fie ct mai ridicat, iar histerezisul ct mai redus posibil.

Factorul de marc (K) este practic acelai la alungire i la compresie, ns pot apare modificri mici ( 5%) datorit adezivilor i modului de dispunere a filamentului pe suport. Valoarea uzual a factorului K, pentru acest tip de mrci tensometrice este cuprins ntre 2 i 6. Terminalele conductoare sunt de regul din aliaje: Ni-Cu, OL-Cu, NiAg, Ni-Cr. Aceste terminalele se mbrac n plastic sau n manoane de sticl (dac sunt utilizate n medii cu temperaturi nalte). Mrcile transferabile se execut pe suporturi adezive, care se dispun pe suprafaa piesei supus la efort, fr alt liant (ciment). Materialul suport este de obicei plasticul (vinil) sau poliesterul, poliamida, azbestul etc. Mrcile sudabile se monteaz pe supori metalici (de dorit acelai metal ca i suprafaa pe care se fixeaz). Fiind de dimensiuni reduse, montarea pe suprafaa solicitat se face prin tehnici speciale de microsudur (n puncte). Se utilizeaz obligatoriu n aplicaii dificile, de exemplu, dispunerea acestora pe pereii rezervoarelor de lichide criogenice. b) Mrci tensometrice din folii metalice. Acestea sunt realizate dup tehnologia circuitelor imprimate i au dimensiuni mai reduse. Materialul foliei este nicromul (Ni-Cr) sau constantanul. Aceste mrci sunt utilizate atunci cnd pentru msurarea forelor mari, nu sunt suficient de robuste mrcile din conductor metalic. n figura 9.2 se prezint trei configuraii tipice de mrci tensometrice realizate din folii metalice. Mrcile de lime sporit se recomand atunci cnd efortul transversal este neglijabil, deoarece disip o putere fat de configuraia normal.

Configuraia de tip rozet se utilizeaz n situaiile n care nu se cunosc direciile de aplicare a eforturilor. Uzual se folosesc 3 4 elemente dispuse la 45o i/sau 60 care permit determinarea direciilor i valorilor eforturilor.

Fig. 9.2 Mrci tensometrice din folii: a) lime normal; b) lime sporit; c) de tip rozet

c) Mrci tensometrice obinute prin depuneri metalice. Aceste mrci se realizeaz direct pe suprafaa solicitat la eforturi prin metode de bombardare cu particule dup ce aceasta a fost acoperit cu un strat izolator. Avantaje: dimensiuni reduse i rezisten la temperaturi nalte ( 1200C ). d) Mrci tensometrice semiconductoare. Acestea funcioneaz pe baza fenomenului piezorezistiv ntlnit la semiconductoare. Rezistivitatea a unui semiconductor este invers proporional cu produsul dintre sarcina electric, numrul de purttori i mobilitatea acestora. Amplitudinea i semnul acesteia depinde de forma i tipul materialului, gradul de dozare i orientarea cristalografic. Factorul de marc poate fi negativ sau pozitiv i este exprimat prin relaia:K= R = 1 + 2 + E R 0

(9.10)

unde R este rezistena modificat de efort ; R0 - rezistena iniial ; deformaia; - coeficientul Poisson; E - modulul lui Young; - coeficient piezorezistiv longitudinal. Factorul de marc (K ) depinde att de variaiile dimensionale ct i de rezistivitate. Ca urmare apar neliniariti care se pot minimiza prin

utilizarea unor scheme de conectare de tip punte, montnd perechi de mrci active n brae adiacente. Principalul avantaj oferit de mrcile tensometrice semiconductoare este sensibilitatea foarte mare (K=50200). Dezavantajul datorat neliniaritilor pronunate se poate compensa prin utilizarea unor mrci care au coeficient negativ de variaie a rezistivitii. O alt metod de liniarizare a caracteristicii de transfer const n pretensionarea iniial (nainte de montaj) a mrcii semiconductoare pentru a stabili punctul de funcionare n zona liniar.