Ustalenie, jaką wagę może utrzymać most, zależy od tego, jak reaguje na stres i obciążenie samochodów i innych pojazdów, które go przejeżdżają. Ale w przypadku najmniejszych zmian naprężeń potrzebny jest czujnik tensometryczny, który może podać znacznie mniejsze wartości naprężenia. Pomaga w tym wartość mikroodkształceń.
Mikroodkształcenie
Naprężeniemierzy się za pomocą „sigma”
\sigma = \frac{F}{A}
dla siłyfana obiekcie i terenieZAnad którym przyłożona jest siła. Możesz zmierzyć naprężenie w ten prosty sposób, jeśli znasz siłę i obszar. Daje to odkształceniu takie same jednostki jak ciśnienie. Oznacza to, że możesz dodać nacisk na obiekt jako jeden ze sposobów pomiaru naprężenia na nim.
Możesz również określić, jak bardzo materiał jest obciążony, korzystając zwartość odkształcenia, mierzone „epsilon”
\epsilon =\frac{\Delta L}{L}
na zmianę długościΔLmateriału poddanego naprężeniu podzielonego przez rzeczywistą długośćLmateriału. Kiedy materiał jest ściskany w określonym kierunku, takim jak ciężar samochodów na moście, sam materiał może rozszerzać się w kierunkach prostopadłych do ciężaru. Ta reakcja rozciągania lub ściskania, znana jako
Efekt Poissona, pozwala obliczyć odkształcenie.Ta „deformacja” materiału występuje na poziomie mikro, co powoduje efekty mikroodkształceń. Podczas gdy tensometry o normalnej wielkości mierzą zmiany długości materiału rzędu milimetra lub cala, mikrotensometry są używane do długości mikrometrów (za pomocą greckiej litery „mu”) μm do zmiany długość. Oznaczałoby to, że użyjesz wartościεrzędu 10-6 w wielkości, aby uzyskać mikroodkształcenieμε.Zamiana mikroodkształcenia na odkształcenie oznacza pomnożenie wartości mikroodkształcenia przez 10-6.
Wskaźniki mikroodkształceń
Odkąd szkocki chemik Lord Kelvin odkrył, że metaliczny materiał przewodzący pod obciążeniem mechanicznym wykazuje zmianę w opór elektryczny, naukowcy i inżynierowie zbadali ten związek między naprężeniem a elektrycznością, aby z niego skorzystać te efekty. Opór elektryczny mierzy opór drutu na przepływ ładunku elektrycznego.
Tensometry wykorzystują zygzakowaty kształt drutu, dzięki czemu mierząc opór elektryczny w przewodzie, gdy przepływa przez niego prąd, można zmierzyć, jak duże naprężenie jest wywierane na przewód. Zygzakowaty kształt siatki zwiększa powierzchnię drutu równolegle do kierunku naprężenia.
Mierniki mikroodkształceń robią to samo, ale mierzą jeszcze mniejsze zmiany oporności elektrycznej obiektu, takie jak mikroskopowe zmiany długości obiektu. Tensometry wykorzystują tę zależność w taki sposób, że gdy naprężenie na obiekcie jest przenoszone na tensometr, czujnik zmienia swoją rezystancję elektryczną proporcjonalnie do naprężenia. Tensometry znajdują zastosowanie w wagach, które zapewniają precyzyjne pomiary masy obiektu.
Przykładowe problemy z tensometrem
Przykładowe problemy z czujnikami tensometrycznymi mogą zilustrować te efekty. Jeśli tensometr mierzy mikroodkształcenie 5μεdla materiału o długości 1 mm, o ile mikrometrów zmienia się długość materiału?
Przekształć mikroodkształcenie w odkształcenie, mnożąc je przez 10-6 aby uzyskać wartość odkształcenia 5 x 10-6i przelicz 1 mm na metry, mnożąc go przez 10-3 dostać 10-3 m. Użyj równania na odkształcenie, aby znaleźćL:
5\times 10^{-6}=\frac{\Delta L}{10^{-3}}\implikuje \Delta L=5\times 10^{-6}\times 10^{-3}=5 \times 10^{-9}\text{ m}
lub 5 x 10-3 μm.