Тензометр: прибор для измерения натяжения¶

Тензометр — измерительный прибор, предназначенный для определения силы натяжения гибких элементов (проволок, тросов, канатов, лент, нитей) либо для оценки механических напряжений и деформаций в твёрдых телах. В зависимости от конструкции и области применения под этим термином понимают как простые механические устройства, так и электронные датчики, встраиваемые в измерительные системы.

¶Принцип действия

В основе работы тензометров лежит связь между натяжением элемента и его геометрическими или физическими параметрами. Наиболее распространённые подходы:

• Механический (стрелочный) — натянутая проволока или трос отклоняется роликами на заданную величину; по величине прогиба при известной базе и упругих свойствах материала вычисляют силу натяжения. Отсчёт ведётся по шкале.
• Тензорезистивный — на упругом элементе закреплены тензорезисторы, сопротивление которых меняется при деформации. Электрический сигнал пропорционален приложенной нагрузке.
• Вибрационный (частотный) — измеряется частота собственных колебаний натянутого элемента; натяжение пропорционально квадрату частоты.
• Гидравлический — усилие передаётся на поршень с жидкостью, давление которой служит мерой натяжения.

¶Устройство и виды

Типичный механический тензометр для проволок и тросов включает корпус, два опорных ролика с фиксированной базой и третий (измерительный) ролик, связанный со стрелкой или индикатором. Электронные модели содержат первичный преобразователь, усилитель и цифровой дисплей, часто с интерфейсом для передачи данных.

Различают приборы:

¶Применение

Тензометры применяются в строительстве (контроль натяжения арматуры и вантовых систем), энергетике (монтаж проводов воздушных линий), машиностроении (настройка ремённых и цепных передач), на транспорте (канатные дороги, подъёмные краны), в текстильной и кабельной промышленности. В научных исследованиях тензорезисторы используются для анализа напряжённо-деформированного состояния образцов и конструкций.

¶Погрешности и калибровка

Точность измерений зависит от температуры, упругих свойств материала, диаметра и жёсткости элемента, а также от качества тарировки. Приборы периодически калибруют по эталонным нагрузкам. Для компенсации температурного влияния в тензорезисторных схемах применяют мостовые схемы с термокомпенсацией.

¶История

Первые механические приспособления для оценки натяжения проволок появились в XIX веке в связи с развитием телеграфии и мостостроения. С середины XX века, с распространением тензорезисторов, получили развитие электрические методы измерения деформаций, что расширило область применения приборов.