Mjerenje napona i deformacije

MJERENJE NAPONA I DEFORMACIJE
1. UVOD

1.1. Razvoj i metode mjerenja deformacija

Deformacija je fundamentalni inženjerski fenomen. Ona postoji u svakoj konstrukciji zbog spoljašnjih opterećenja ili zbog težine same konstrukcije. Deformacije mogu biti elastične ili plastične u zavisnosti od intenziteta sile kao i vremena dejstva sile na konstrukciju. One variraju po veličini od atomskih dimenzija do onih koje su primjetne golim okom, što zavisi od konstrukcije i opterećenja.
Vjekovima postoji težnja za tačnim merenjem deformacija ali najveći napredak u vještini mjerenja deformacija je postignut pedesetih godina XX stoljeća. Mjerenje deformacija bilo je od značaja još od XVII stoljeća, kada je Huk ukazao da kod mnogih materijala postoji konstantan odnos između naprezanja i deformacije. Zbog izuzetnog značaja utvrđivanja promjena na materijalu pod dejstvom opterećenja, uloženi su veliki napori u kreiranju univerzalnog metoda za mjerenje deformacija. Jedan od takvih instrumenata je mjerna traka, čija namjena je određivanje naprezanja, ali i za određivanje karakteristika materijala.[1]
Pokušaji u mjerenju deformacija obuhvatili su upotrebu mehaničkog mikrometra za mjerenje ukupne promjene dužine tijela pod opterećenjem. Ovaj način mjerenja daje srednju dužinu u bazi, ali ne daje nikakvu indikaciju o tome kakva može biti deformacija u okolini diskontinuiteta. Sljedeći korak u razvoju aparata za mjerenje deformacija donio je seriju instrumenata nazvanih ekstenzometrima. Razvojem ekstenziometra dobijen je fotoelektrični instrument koji koristi kombinaciju mehaničkog, optičkog i elektičnog uređaja. Instrument je veoma koristan u općoj analizi statičkih deformacija, ali je daleko od idealne mjerne trake.

Dok su se mehanički i optički ekstenzometri usavršavali, drugi istraživači su se bavili električnim fenomenom kao oruđem za mjerenje deformacija. Električne mjerne trake su instrumenti tako konstruisani da se svaka deformacija tijela na kojem su postavljene odražava proporcionalnom promjenom električne karakteristike trake. Na ovim osobinama razvijene su kapacitativne, induktivne kao i piezoelektrične mjerne trake, ali ne onim intenzitetom kao mjerne trake bazirane na električnoj otpornosti.
Konačno rješenje za mjerenje deformacija do danas je žičana traka. Njena konstrukcija i rad su prilično prosti. U osnovi, traka je sadržana od kratke dužine veoma tanke žice, koja se pričvršćuje za ispitivani komad tako da se žica napreže podjednako sa ispitivanim dijelom. Električni otpor žice upotrijebljen kod ovih traka mijenja se sa njenim naprezanjem. Ova promjena otpornosti kada je detektovana odgovarajućim instrumentima, je tačna mjera deformacije u žici, a odatle i deformacije u ispitivanoj konstrukciji.
Slika 1.1. Žičana traka zaljepljena za dio koji se ispituje
2. OTPORNE MJERNE TRAKE

2.1. Historijski razvoj mjernih traka i neke osnovne karakteristike

Istraživanje iz 1856. godine o elektrodinamičkim osobinama metala, pored niza rezultata, iznosi bitnu činjenicu, a to je da električna otpornost izvjesnih žica varira sa istezanjem kojem su žice bile podvrgnute. Ova saznanja su se malo koristila do 1930. godine kada je pokušana primjena fenomena osetljivosti žice na deformaciju u stvarnom mjerenju deformacija drugih tijela.[2]
Ovi pokušaji su bili praćeni teškoćama u razvoju zbog sljedećih faktora [2]:
• pronalaženja zadovoljavajuće tehnike pričvršćivanja žice osjetljive na deformaciju,
• iznalaženje najbolje žice za izradu trake,
• rješavanje problema kalibrisanja.
Ustanovljeno je, međutim, da uz postojanje kontrole u procesu proizvodnje, trake se mogu izraditi sa jednakom otpornošću i faktorom osetljivosti tako da individualna kalibracija nije više potrebna. Ovi razvojni radovi su doveli do mjernih traka u njihovom današnjem obliku koje su lahke za upotrebu i sa širokim mogućnostima za primjenu.