Měření napjatosti

Princip tenzometru

Tenzometr (deformační senzor) je zařízení používané k měření deformace (protažení nebo stlačení) materiálu. Pracuje na principu změny elektrického odporu, kapacity, nebo optických vlastností, které souvisejí se změnou délky materiálu.

Pro nejčastěji používané odporové tenzometry platí vztah:

\[ \Delta R = R k \varepsilon \]

kde:

• \(\Delta R\) je změna odporu,

• \(R\) je původní odpor tenzometru,

• \(k\) je tenzometrický faktor (charakterizuje citlivost měniče),

• \(\varepsilon\) je relativní deformace (\(\varepsilon = \frac{\Delta l}{l}\)).

Tenzometry se lepí na povrch materiálu a při zatížení mění svůj odpor úměrně deformaci. Tato změna se měří Wheatstoneovým můstkem, který převádí odporovou změnu na napěťový signál.

Druhy tenzometrů

tenzometry se dělí podle principu měření a materiálu:

Elektrické tenzometry

1. Odporové tenzometry – nejběžnější, měří změnu elektrického odporu při deformaci.

   • Kovové fóliové tenzometry – přesné, odolné, používají se v průmyslu i biomechanice.

   • Polovodičové tenzometry – vyšší citlivost, ale nelineární odezva.

2. Indukční tenzometry – využívají změnu indukčnosti cívky při deformaci.

3. Kapacitní tenzometry – měří změnu kapacity mezi dvěma elektrodami.

Optické tenzometry

1. Fiber Bragg Grating (FBG) tenzometry – měří změnu vlnové délky světla v optických vláknech.

2. Holografická interferometrie – používá laserové interferenční vzory pro měření deformací.

Mechanické tenzometry

1. Pákové tenzometry – využívají mechanický převod deformace na viditelný posun.

2. Hydraulické tenzometry – měří tlak kapaliny změnou objemu při deformaci.

Tenzometrická růžice

tenzometrická růžice je uspořádání dvou nebo více tenzometrů, které jsou umístěny blízko sebe a měří deformace v různých směrech dané součásti. Jednotlivý tenzometr dokáže účinně měřit pouze deformaci v jednom směru, proto použití více tenzometrů umožňuje získání více měření a poskytuje přesnější hodnocení napjatosti povrchu.

Tenzometrické růžice se používají zejména tehdy, když není znám směr deformace nebo pokud není známa hlavní osa deformace v komponentě. Lze ukázat, že pro obecný případ rovinného biaxiálního deformačního stavu s neznámými hlavními směry jsou k určení dominantních deformací a napětí zapotřebí tři nezávislá měření napětí v různých směrech.

I v případě, že jsou hlavní směry deformací předem známy, jsou pro určení hlavních deformací zapotřebí alespoň dvě nezávislá měření.