Tensometrie Capitolul 2 [619437]

13
CAPITOLUL 2

ELEMENTELE COMPONENTE ALE CAPTOARELOR

Captoarele sunt dispozitive electromecanice complex e, care, printr-un șir de
transform ări succesive, convertesc varia /uni0163ia m ărimii mecanice de intrare în semnal
electric de ie șire. Deoarece informa /uni0163iile furnizate de captor nu pot fi folosite ca atar e
ci trebuie prelucrate ulterior, se impune studiul c aptorului în leg ătur ă cu întregul
lan /uni0163 de m ăsurare [37].
Trebuie men /uni0163ionat c ă exist ă o strâns ă leg ătur ă între componentele mecanice
(elementul elastic sau sensibil, dispozitivele meca nice asociate) și cele electrice din
structura captorului (traductoarele, elementele de conexiuni, dispozitivele
electronice încorporate), încât ele trebuie gândite împreun ă înc ă din faza de
proiectare, spre a ob /uni0163ine un captor performant din toate punctele de vede re. Dar,
pentru u șurin /uni0163a prezent ării, în cele ce urmeaz ă elementele componente ale
captoarelor vor fi analizate separat.

2.1 Traductorul electric rezistiv

Traductorul electric rezistiv (TER), denumit și senzor rezistiv, tensorezistor
sau marc ă tensometric ă, cel mai r ăspândit mijloc de m ăsurare în analiza
experimental ă a tensiunilor din diverse structuri elastice, este totodat ă și elementul
de baz ă utilizat în captoarele pentru m ăsurarea electric ă a m ărimilor mecanice.
TER (figura 2.1) este alc ătuit dintr-un circuit metalic în form ă de re /uni0163ea (A),
așezat pe un suport izolant sub /uni0163ire (B), pe care sunt marcate repere (C) pentru
alinierea pe piesa testat ă; deasupra re /uni0163elei se afl ă o îmbr ăcăminte izolant ă (D), ce
las ă libere terminalele (E), care permit conectarea în circuitul electric. Por /uni0163iunea
sensibil ă la deforma /uni0163ie este l0 , numit ă baz ă de m ăsurare.

DB
loA
C
EGW

Figura 2.1 Traductorul electric rezistiv

14 La baza utiliz ării TER st ă fenomenul de varia /uni0163ie a rezisten /uni0163ei electrice a unui
conductor datorit ă deforma /uni0163iei sale mecanice. S-a demonstrat c ă varia /uni0163ia rezisten /uni0163ei
traductorului este, între anumite limite, practic p ropor /uni0163ional ă cu deforma /uni0163ia specific ă
suferit ă de acesta odat ă cu piesa pe care este aplicat. Se define ște o constant ă k a
traductorului:
RR1∆
ε=k (2.1)
unde R este rezisten /uni0163a ini /uni0163ial ă a m ărcii, ∆R – varia /uni0163ia rezisten /uni0163ei electrice cu
solicitarea mecanic ă, ε – deforma /uni0163ia specific ă (raportul dintre alungirea ∆l a re /uni0163elei
deformate și l0 – lungimea ini /uni0163ial ă). Valoarea uzual ă pentru TER din constantan este
k=2.
În figura 2.2 sunt prezentate mai multe tipuri de T ER: cu fir sub form ă de
gril ă plan ă (a) sau înf ăș urat (b), cu folie (c), ob /uni0163inut ă prin procedee fotochimice,
asem ănătoare cu cele folosite pentru circuitele imprimate din electronic ă, sau cu
material semiconductor (d). Tehnologia de fabrica /uni0163ie a TER cu fir este în prezent
dep ăș it ă și costisitoare, iar m ărcile cu semiconductoare, în ciuda factorului k net
superior, au dezavantajul unei neliniarit ă/uni0163i mai pronun /uni0163ate și al compens ării mai
dificile a erorilor de temperatur ă, nefiind recomandate pentru captoarele de uz
industrial.

a b c d
Figura 2.2 Tipuri de traductori electrici rezistivi

Așadar sunt preferate TER cu folie, realizate într-o mare varietate tipo-
dimensional ă, cu caracteristici și performan /uni0163e indicate în cataloagele produc ătorilor.
De exemplu, marca tensometric ă 10/120 LY11, fabricat ă de firma Hottinger are o
singur ă direc /uni0163ie (L), suportul din r ăș in ă poliamidic ă (Y), baza de m ăsurare de 10
mm, rezisten /uni0163a de 120 Ω, coeficientul termic α = 11.10 -6/°C (pentru o /uni0163el), plus
datele din prospect k = 2.03 și domeniul de temperaturi -70°C la +200°C.
Principalele criterii de alegere a TER pentru utili z ări în domeniul captoarelor
sunt urm ătoarele:
– materialul elementului elastic, care impune un anum it coeficient de
temperatur ă α al m ărcii tensometrice;
– adezivul disponibil, /uni0163inând seama de tabelele de compatibilitate fa /uni0163ă de
diferitele tipuri de suporturi ale TER. Pentru capt oarele cu performan /uni0163e
ridicate este obligatorie utilizarea unui adeziv cu tratament în cuptor;
– gradientul deforma /uni0163ei specifice (figura 2.3), care determin ă baza de
măsurare optim ă. O marc ă integreaz ă deforma /uni0163iile specifice și indic ă o
valoare mai mic ă decât cea maxim ă. Un traductor cu baza foarte mic ă poate

15 sesiza maximul lui ε, cu condi /uni0163ia de a fi pozi /uni0163ionat cu mare precizie pe
elementul elastic;
– rezisten /uni0163a m ărcii tensometrice, care trebuie s ă satisfac ă dou ă cerin /uni0163e
contrarii: s ă fie suficient de mic ă în compara /uni0163ie cu rezisten /uni0163a de izola /uni0163ie
dintre conductorul metalic din componen /uni0163a TER și structura metalic ă a
elementului elastic al captorului, dar s ă fie cât se poate de mare fa /uni0163ă de
rezisten /uni0163a conductorului de leg ătur ă spre aparatul electronic de m ăsurare.
Din gama rezistiv ă uzual ă TER (50….1000 Ω), valori rezonabile, atât pentru
produc ători cât și pentru utilizatori, sunt 120 Ω și, în ultimul timp 350 Ω;

Figura 2.3

– constanta k a traductorului, legat ă de posibilit ă/uni0163ile de reglaj ale pun /uni0163ii
tensometrice, dac ă k ≠2;
– mărimea deforma /uni0163iei specifice, care nu trebuie s ă dep ăș easc ă, în
concordan /uni0163ă cu limita de elasticitate a materialului elementul ui sensibil al
captorului, valoarea ε= 2.10 -2 , adic ă 2000 µm/m (microdeforma /uni0163ii);
– flexibilitatea suportului, rezultând raza, de curbu r ă minim ă a elementului
elastic pe care se poate lipi TER;
– precizia cerut ă, direct propor /uni0163ional ă cu costul m ăsur ării;
– stabilirea deforma /uni0163iei specifice statice;
– durabilitatea, adic ă durata de via /uni0163ă la solicit ări ciclice;
– comportarea în regim dinamic, /uni0163inând seama de recomandarea ca baz ă TER
să fie de cel mult o zecime din lungimea de und ă a fenomenului studiat
(astfel frecven /uni0163a maxim ă poate ajunge la 100 kHz);
– durata încerc ării, cerând TER cu histerezis și fluaj redus;
– domeniul de temperatur ă, care implic ă mai multe aspecte începând cu
sensibilitatea suportului la lipirea terminalelor c u disipare termic ă ale TER
în timpul m ăsur ării;
– condi /uni0163iile de lucru (laborator, hal ă industrial ă, teren), care impun m ăsuri
corespunz ătoare de protec /uni0163ie la influen /uni0163a factorilor ambian /uni0163i;
– raportul semnal/ zgomot;
– spa /uni0163iul disponibil pentru instalarea la elemente elasti ce miniaturizate sau de
forme complicate;
– simplitatea instal ării, care depinde de materialele avute la dispozi /uni0163ie și de
îndemânarea operatorului.

16 2.2 Elementul elastic

O clasificare sumar ă a elementelor elastice dup ă tipul solicit ării este dat ă în
tabelul 2.1 sunt analizate trei elemente elastice c u sec /uni0163iuni clasice (circular ă,
dreptunghiular ă, inelar ă), supuse la solicit ări simple (întindere- compresiune,
încovoiere, r ăsucire). Pentru fiecare caz se dau formulele de cal cul ale deforma /uni0163iilor
specifice dup ă direc /uni0163iile principale. În formule intervin for /uni0163a axial ă N , momentul
încovoietor M i = P x , respectiv momentul de r ăsucire M t , dimensiunile geometrice
ale sec /uni0163iunilor ( b,h,D,d ), modulul de elasticitate longitudinal E (Young) și cel
transversal G.

Deforma /uni0163iile specifice în cazul solicit ărilor simple
Tabelul 2.1
Solicitarea Amplasarea TER pe
elementul elastic Deforma /uni0163ia specific ă

Întinderea
(compresiunea)

AEN
ll
01⋅=∆=ε

1 2DDνε −=∆=ε

Încovoiere

21Ebh Px 6=ε

1 2 νε −=ε

Răsucire

( )4 4t
45 d DGDM8
0− ⋅ π⋅=ε

unde: G= )(ν+12E

Se observ ă c ă, în cazul întinderii și încovoierii, direc /uni0163ia principal ă 1 este în
lungul axei elementului elastic, în timp ce direc /uni0163ia principal ă 2 este perpendicular ă
pe prima. M ăsurarea momentului de r ăsucire se face pe baza celor demonstrate în
teoria elasticit ă/uni0163ii, și anume c ă pe direc /uni0163ia de 45 0 fa /uni0163ă de axa arborelui se produc
tensiuni de întindere, respectiv de compresiune, eg ale cu cea de r ăsucire ( σ±=τ ).
În general, orice element elastic este sensibil la mai multe tipuri de solicitare
simultan, încât TER amplasat pe indic ă o deforma /uni0163ie specific ă ce reprezint ă suma

17 algebric ă a deforma /uni0163iilor specifice corespunz ătoare fiec ărei solicit ări în parte.
Separarea componentelor deforma /uni0163iei specifice complexe se poate face numai dac ă
în sec /uni0163iunea respectiv ă se aplic ă mai mul /uni0163i traductori. În cazul particular al
sec /uni0163iunilor cu axe de simetrie, când axa neutr ă coincide cu una dintre aceste axe, se
poate m ăsura direct o anumit ă component ă a deforma /uni0163iei specifice, dac ă amplasarea
TER în sec /uni0163iune și conectarea lor în bra /uni0163ele pun /uni0163ii tensometrice se face /uni0163inând seama
de proprietatea pun /uni0163ii Wheatstone de a aduna algebric varia /uni0163iile rezisten /uni0163elor din
acela și bra /uni0163 sau din bra /uni0163e opuse și de a sc ădea algebric varia /uni0163iile rezisten /uni0163elor din
bra /uni0163e adiacente.
Concluziile în privin /uni0163a regulilor de amplasare a TER pentru a ob /uni0163ine maximul
de sensibilitate la un anumit tip de solicitare fii nd acum clare, este necesar ă
conceperea unor elemente elastice care s ă prezinte în zone învecinate deforma /uni0163ii
specifice mari și de semne contrare. Forma acestor elemente elastic e se poate
optimiza cu ajutorul metodelor numerice (elemente f inite) sau al celor
experimentale (fotoelasticitate). În figura 2.4 a se prezint ă dubla lamel ă în consol ă,
care, solicitat ă la încovoiere, se deformeaz ă în form ă de S . În schema de conexiuni
(figura 2.4 b) , traductorii 1 și 3 sunt întin și, iar 2 și 4 scurtate, ceea ce impune de la
sine modul de legare în punte. S-ar putea folosi do u ă m ărci tensometrice de tip
,,dublet’’ (dou ă re /uni0163ele paralele, înglobate în aceea și folie). Exist ă o folie mai
complex ă, care con /uni0163ine toate cele patru TER, împreun ă cu elementele de
compensare și conexiune (figura 2.4,c). Tehnologii mai perfec /uni0163ionate permit
realizarea unor m ărci tensometrice speciale pentru anumite elemente e lastice prin
depuneri de pelicule rezistive sub /uni0163iri direct pe corpul elastic. Se realizeaz ă astfel o
serie de captoare miniaturizate, sensibile și ieftine.

a. b.

c.
Figura 2.4

18
Sensibilitatea m ăsur ării tensometrice se poate m ări dac ă se amplaseaz ă mai
multe TER în fiecare bra /uni0163 al pun /uni0163ii. Astfel, plasând câte dou ă TER în bra /uni0163e active,
rezisten /uni0163a se dubleaz ă, deci se poate dubla tensiunea de alimentare a pun /uni0163ii, implicit
și semnalul util, indica /uni0163ia citit ă la puntea tensometric ă. Aceast ă observa /uni0163ie conduce
la ideea realiz ării unor montaje de punte complet ă cu 8 , 16 sau chiar și mai multe
TER. În figura 2.5 a este prezentat ă o schem ă cu 8 traductoare individuale,
amplasate pe direc /uni0163iile 00 / 90 0 . Montajul realizeaz ă o mediere pe dou ă diametre
active, diminuând eventualele nesimetrii și elimin ă efectul nedorit al încovoierii
când solicitarea principl ă este de compresiune. Alegerea tipurilor de TER est e
determinat ă de adecvarea m ărcilor pentru elementul elastic deosebit : tub simp lu
(figura 2.5.b).

Figura 2.5

2.2.1 Materiale pentru elementele elastice ale capt oarelor

Un element elastic de form ă și dimensiuni date trebuie, pe de o parte, s ă
suporte o sarcin ă nominal ă cât de mare și s ă aib ă sensibilitate cât mai ridicat ă, adic ă
în el s ă se produc ă deforma /uni0163ii specifice și tensiuni cu valori cât mai mari. Pe de alt ă
parte, îns ă, trebuie s ă se aibe în vedere performan /uni0163ele dorite. Dac ă tensiunile mai
mari, unele dintre caracteristicile de baz ă ale captorului pot fi compromise ca
urmare a producerii de deforma /uni0163ii plastice, a apari /uni0163iei neliniarit ă/uni0163ilor și a
histerezisului sau chiar a ruperii prin oboseal ă.
Criteriile privind stabilirea valorii tensiunii ma xime ce se poate produce în
elementul elastic al unui captor înc ărcat cu sarcina nominal ă au în vedere eliminarea

19 posibilit ă/uni0163ii de a apare deforma /uni0163ii permanente și implicit de a se dep ăș i limita de
elasticitate eσ și cea de propor /uni0163ionalitate pσ . Deoarece determinarea limitelor eσ și
pσ este legat ă de dificult ă/uni0163i destul de mari se ia ca baz ă limita de curgere tehnic ă
2 , 0σ căreia îi corespunde o alungire remanent ă de 0,2 %. În aceste condi /uni0163ii
revenirea la zero a captorului depinde de deforma /uni0163iile specifice maxime produse de
sarcina nominal ă.
Luând ca baz ă limita de curgere tehnic ă remanent ă 02 σ (sau R p0,2 ), a
materialului din care este realizat elementul elast ic, se recomand ă ca tensiunea
maxim ă s ă fie cel mult 30% din 02 σ.
De asemenea, trebuie avut în vedere c ă liniaritatea captorului va depinde de
liniaritatea curbei caracteristice a materialului d in care se execut ă elementul elastic.
Unele materiale nu sunt indicate pentru a fi utiliz ate deoarece sunt sensibile la fluaj.
Coeficientul de dilatare termic ă liniar ă al materialului are importan /uni0163ă relativ redus ă
deoarece se uztilizeaz ă traductori și montaje autocompensate pentru diverse
materiale. Un alt fenomen care trebuie avut în ved ere este varia /uni0163ia modulului de
elasticitate al materialului cu temperatura. Acest efect cuplat cu cel de varia /uni0163ie a
constantei traductorului cu temperatura poate duce la varia /uni0163ii ale sensibilit ă/uni0163ii
captorului. În general aceste efecte sunt mici și se pot elimina prin circuite electrice
corespunz ătoare, asociate captorului.
Cele mai utilizate materiale pentru confec /uni0163ionarea elementelor elastice sunt
o/uni0163elurile aliate cu mangan și siliciu, cu rezisten /uni0163ă la rupere ridicat ă și histerezis
redus, utilizate pentru construc /uni0163ia arcurilor.
Se utilizeaz ă o /uni0163eluri pentru arcuri (STAS 795 – 80 ), care sunt o /uni0163eluri carbon
de calitate (OLC 55 A, OLC 65 A, OLC 75A, OLC 85 A) , sau o /uni0163eluri aliate (60 Si
15 Aa, Mn 10, 51 V Cr 11 A), dar și o /uni0163eluri carbon de calitate și slab aliate de uz
general (STAS 880 – 80 , 333/ 4/ -80, 395 – 80 , 64 33-80). Acestea , se clasific ă
dup ă tratamentul termic ce li se aplic ă, în dou ă grupe : o /uni0163eluri de cementare și
o/uni0163eluri de îmbun ătă/uni0163ire.

Tabelul 2.2
Marca o /uni0163elului Limita de
curgere R p0,2
[N/mm] Rezisten /uni0163a la
rupere R m
[N/mm] Alungire la
rupere A
[%] Gâtuirea la
rupere Z
[%] Duritatea
[HB]
OLC 45 490 770 14 45 260 – 200
OLC 50 520 820 13 40 – 45 260 – 200
OLC 55 550 870 12 35 – 40 300 – 200
OLC 60 580 920 11 35 300 – 200
35 Mn Si 12 750 1050 14 45 300 – 200
40 Cr 10 800 1100 10 45 340 – 240
50 V Cr 11 900 1200 9 40 400 – 300
33 Mo Cr 11 800 1100 12 45 300 – 200
41 Mo Cr 11 900 1200 10 50 320 – 270
41 Cr Ni 12 850 1100 11 45 300 – 200
34 Mo Cr Ni 15 1000 1300 9 50 320 – 250
30 Mo Cr Ni 20 1050 1350 9 45 320 – 250

20

Pentru elementele elastice sunt de preferat o /uni0163elurile de îmbun ătă/uni0163ire, care
dup ă tratamentul termic (c ălire urmat ă de revenire înalt ă) au o rezisten /uni0163ă la rupere
ridicat ă și o alungire la rupere satisf ăcătoare. Caracteristicile mecanice de baz ă
(dup ă îmbun ătă/uni0163ire) ale unor o /uni0163eluri din aceast ă grup ă sunt date în tabelul 2.2.
Pentru elemente elastice care urmeaz ă s ă fie utilizate la temperaturi ridicate
se folosesc o /uni0163eluri de scule de scule aliate cu wolfram și molibden. Aceste au
dezavantajul c ă au pre /uni0163 de cost ridicat și tratamente termice dificile. O alternativ ă la
utilizarea o /uni0163elurilor o constituie bronzurile cu beriliu, folosi te pentru captoare cu
perfoman /uni0163e medii. Aliajele de aluminiu se utilizeaz ă relativ pu /uni0163in , numai pentru
elemente elastice cu performan /uni0163e reduse.

2.2.2 Tehnologia de execu /uni0163ie a elementelor elastice ale captoarelor

Condi /uni0163iile tehnologice generale ce trebuie avute în veder e la proiectarea și
fabricare elementelor elastice sunt cele utilizate în mecanica fin ă și în special în
domeniul aparatelor de m ăsur ă.
Semifabricatele folosite cu prec ădere sunt laminate și mai rar forjate și
turnate. Prelucr ările prin a șchiere se execut ă cu regimuri reduse pentru a nu se
produce înc ălziri sau solicit ări periculoase. Trebuie luate m ăsuri tehnologice
adecvate pentru asigurarea realiz ării unei forme geometrice perfecte a elementului
elastic, ceea ce implic ă exigen /uni0163e ridicate în privin /uni0163a planeit ă/uni0163ii, perpendicularit ă/uni0163ii,
paralelismului, circularit ă/uni0163ii suprafe /uni0163elor elementului. Calitatea tuturor suprafe /uni0163elor
trebuie s ă fie foarte bun ă pentru asigurarea unei rezisten /uni0163e la oboseal ă ridicate.
Eventual unele zone cu concetratori pot fi supuse u nor tratamente superficiale de
ecruisare prin rulare cu role, sablare cu jet de al ice, etc.
De o importan /uni0163ă major ă pentru realizarea performan /uni0163elor dorite ale captorului
sunt tratamente termice , care trebuie riguros exec utate. Înainte de prelucr ările
mecanice finale se recomand ă un tratament termic prin frig care const ă în imersarea
elementului elastic în azot lichid. Acest tratament îmbun ătă/uni0163ește sensibil
propriet ă/uni0163ile elastice ale elementului.
Pentru realizarea unor captoare de precizie ridica t ă – de exemplu 0,01 % sau
mai mare – trebuie s ă se utilizeze numai materiale de cea mai bun ă calitate pentru
întreaga construc /uni0163ie a captorului și s ă se aplice o tehnologie minu /uni0163ios elaborat ă. În
astfel de conduc /uni0163ii caracteristicile de baz ă ale captorului sunt influen /uni0163ate de
microdefectele elementului elastic și ale celorlalte componente ale sale, depistarea
și înl ăturarea acestora c ăpătând o importan /uni0163ă deosebit ă. Pentru o fabrica /uni0163ie de serie
este posibil ă sortarea produselor dup ă performan /uni0163ele efective, determinate în faza
final ă de verificare și etalonare.

21

2.3 Lan /uni0163ul de m ăsurare

Captoarele cu TER se caracterizeaz ă printr-o suple /uni0163e deosebit ă la intergrarea
în lan /uni0163ul de m ăsurare. Modalit ă/uni0163ile optime de interfa /uni0163are vor fi analizate în
continuare. M ărimea mecanic ă de la intrarea sistemului de m ăsurare sufer ă un șir de
transform ări succesvive pân ă devine semnul electric de ie șire. Pentru exemplificare,
se consider ă c ă m ărimea de intrare este for /uni0163a F. For /uni0163a este propor /uni0163ional ă cu
tensiunea mecanic ă σ prin intermediul unui termen constant – aria A sau modulul
de rezisten /uni0163ă W z sau W d – definit de caracteristicile geometrice ale sec /uni0163iunii
transversale a elementului elastic. Deforma /uni0163ia specific ă ε depinde liniar de σ prin
modulul de elasticitate E, conform legii lui Hooke ( σ = E ε). (Se lucreaz ă până la
limita de propor /uni0163ionalitate a caracteristicii sarcin ă – deforma /uni0163ie). TER transform ă
deforma /uni0163ia specific ă în varia /uni0163ie relativ ă de rezisten /uni0163ă ∆R/R prin factorul de
sensibilitate al m ărcii k ; iar puntea Wheatstone o converte ște în varia /uni0163ie a tensiunii
electrice U E prin factorul de punte n. Etajul de amplificare, prin factorul de
amplificare electronic ă β (minimum 100), furnizeaz ă indica /uni0163ia U 1 = β U E . În
concluzie, se ob /uni0163ine o dependen /uni0163ă liniar ă între indica /uni0163ia U 1 a instrumentului electric
de sarcin ă F aplicat ă elementului elastic al captorului, liniaritate pro bat ă de
etalonarea întregului sistem de m ăsurare, prin care se detremin ă sensibilitatea sa
global ă (factorul global de cuplaj electromecanic).
Captoarele (cu traductori) rezistive nu pot func /uni0163iona singure, ci trebuie
înglobate într-un lan /uni0163 de m ăsurare. Triada sesizare – amplificare – indicare tr ebuie
privit ă ca un tot unitar, deoarece tehnologiile actuale pe rmit realizarea unor
dispozitive de amplificare și calcul (microprecesoare), ale c ăror dimensiuni reduse
fac posibil ă încorporarea lor în captor. Acesta este un motiv s uplimentar de a acorda
aten /uni0163ie și aspectelor electrice la captoarele pentru m ăsurarea m ărimilor mecanice,
într-un spirit de interdisciplinaritate modern. Est e de remarcat marea varietate a
mărimilor mecanice pe care lan /uni0163ul de m ăsurare, care începe cu captorul, le
transform ă în final în m ărimi electrice (semnale, eventual unificate, de ten siune sau,
prin conversie corespunz ătoare, de curent), cu multiple posibilit ă/uni0163i de indicare:
afi șare analogic ă sau numeric ă, înregistrare, prelucrare a datelor pe calculator.
Pe lâng ă traductorii rezistivi, care, amplasa /uni0163i pe elementul elastic și conecta /uni0163i
în punte, convertesc solicitarea mecanic ă în semnal electric, mai sunt necesare o
serie de rezisten /uni0163e, cu diverse func /uni0163ii: reglarea zeroului, stabilitatea amplific ări,
înbun ătă/uni0163irea liniarit ă/uni0163ii. O schem ă complex ă, care sintetizeaz ă toate dezideratele de
compensare și reglaj, este prezentat ă în fig 2.6. Evident c ă nu se folosesc de fiecare
dat ă toate rezisten /uni0163ele figurate, iar conectarea lor este uneori mai co mplicat ă decât
în aceast ă schem ă principal ă. Semnifica /uni0163iile nota /uni0163iilor sunt urm ătoarele: R T –
compensarea coeficientului termic diferit al TER (d erivata zeroului impune
folosirea unor rezistoare cu α redus, conectate în serie și / sau în paralel cu TER);
RZ – reglajul fin al zeroului; R E – compensarea varia /uni0163iei modului de elasticitate cu
temperatura; dac ă TER și elementul elastic nu sunt din acela și material; R A –
compensarea varia /uni0163iei ariei sec /uni0163iunii transversale în timpul înc ărc ării; R L – rezistor

22 pentru liniarizare; R N – compensarea nesimetriei solicit ării, dac ă elementul elastic
este mai sensibil la întindere decât la compresiune ; R S – reglajul sensibilit ă/uni0163ii, în
vederea realiz ării unor captoare cu sensibilit ă/uni0163i standardizate, deci interschimbabile
(deriva termic ă a sensibilit ă/uni0163ii se compenseaz ă prin re /uni0163ele cu termistori);

Figura 2.6

R1 – reglajul impedan /uni0163ei de intrare la valoarea necesar ă; R 0 – echilibrare ini /uni0163ial ă, în
cazul pretension ării diferite a TER în cursul lipirii lor pe element ul elastic; R C –
rezisten /uni0163ă pentru etalonarea electric ă a lan /uni0163ului de de m ăsurare.
Ultimele dou ă rezisten /uni0163e se utilizeaz ă doar dac ă nu exist ă facilit ă/uni0163ile
corespunz ătoare la amplificator, al ături de reglajul amplific ării prin R G.
Valorile tuturor acestor rezisten /uni0163elor se determin ă prin calcul sau experimental.
Pentru captoare de serie mare se produc rezisten /uni0163e imprimate reglabile, montate în
carcas ă. Num ărul mare de rezisten /uni0163e impune apelul la microelectronic ă și
computerizarea reglajelor necesare. Puntea tensomet ric ă, în /uni0163elegând prin aceasta
atât schema de conectare a TER în punte Wheatstone, cât și – mai general –
amplificatorul specific m ăsur ărilor tensometrice, se poate alimenta în curent
alternativ sau curent continuu.
Avantajele aliment ării în curent alternativ (cu frecven /uni0163ă purt ătoare) sunt
urm ătoarele:
– precizia m ăsur ării este mai pu /uni0163in afectat ă de deriva zeroului
amplificatorului;
– raport semnal / zgomot mai mare;
– sensibilitate redus ă la interferen /uni0163ă electromagnetic ă;
– insensibilitate la efectul termoelectic;
– circuit de ie șire independent electric de cel de intrare.
Avantajele aliment ării în curent continuu sunt urm ătoarele:
– surs ă mai stabil ă, cu reglaj mai bun;
– stabilitate mai bun ă a amplific ării în timp și cu temperarura;
– erori de liniaritate mai mici (caracteristic ă de transfer mai liniar ă);
– band ă mai larg ă de frecven /uni0163ă pentru m ăsur ări dinamice;
– dispari /uni0163ia echilibr ării capacitive;
– eliminarea influen /uni0163ei rezisten /uni0163ei cablului de leg ătur ă dintre captor și
amplificator;
– posibilitatea func /uni0163ion ări în tensiune constant ă sau în curent constant;

23 Tendin /uni0163ele actuale sunt în favoarea aliment ării în curent continuu, în regim de
curent constant.
Pentru reducerea influen /uni0163ei perturba /uni0163iilor externe s-au adoptat urm ătoarele
solu /uni0163ii:
– captor cu rezisten /uni0163ă de izola /uni0163ie ridicat ă și alimentat de la o surs ă
flotant ă (cu mas ă diferit ă de cea a amplificatorului);
– cablu ecranat spre captor, cu tresa legat ă la masa comun ă a
amplificatorului;
– execu /uni0163ie îngrijit ă a circuitelor imprimate și a conexiunilor din
schema electronic ă;
– filtrare electric ă, mecanică și termic ă și bucle de reac /uni0163ie la toate
nivelurile.
Semnalele ob /uni0163inute la ie șire (tensiune de ±1 V sau curent de ±10 mA )
permit folosirea oric ărei metode analogice sau digitale de prelucrare a d atelor
experimentale. Detaliile asupra amplificatorului fa ciliteaz ă în /uni0163elegerea în întregime
a procesului de m ăsurare a oric ărei m ărimi mecanice cu ajutorul captoarelor
rezistive.

2.4 Dispozitive auxiliare electrice

Aceste dispozitive faciliteaz ă trecerea semnalelor utile spre amplificatorul
tensometric, fiind a șadar elemente pentru conexiuni.
În ordinea amplas ării în fluxul informa /uni0163ional, elementele anexe electrice sunt
urm ătoarele:
a) Contacte intermediare figura 2.7, fabricate cu ajut orul aceleia și
tehnologii ca și TER, sub form ă de folie cu dou ă ,,puncte’’ pentru o singur ă marc ă
tensometric ă sau de șir de ,,puncte’’ pentru mai multe TER, aceste conta cte
intermediare servesc simultan ca loc de sosire pent ru firele de conexiune de la
terminalele traductoarelor și ca loc de plecare pentru conductoarele de leg ătur ă care
materializeaz ă punte Wheatstone. În lipsa acestora se pot improvi za pl ăcu /uni0163e din
circuite imprimate, totu și nerecomandabile, deoarece ,,încarc ă’’ elementul elastic.

Figura 2.7

b) Circuite imprimate pentru TER, figura 2.8, care eli min ă opera /uni0163iunea
mig ăloas ă de ,,cablare’’ a TER pe elementul elastic. Se real izeaz ă dou ă variante
pentru elemente elastice solicitate la r ăsucire, figura 2.8.a, sau la întindere –

24 compresiune, figura 2.8.b, asamblarea din fabric ă prezint ă câteva avantaje majore:
circuitele nu se intersecteaz ă, dispare pericolul de rupere la oboseal ă a
conductoarelor (deoarece sunt înglobate în suport), simetria electric ă perfect ă
compenseaz ă efectele termice.

a)

b)

Figura 2.8

c) Conectori de diverse tipuri, cu rolul de a ,,transf era’’ leg ătura în punte
de pe elementul elastic al captorului la amplificat or. Identificarea diverselor puncte
importante din schema de m ăsurare se face cu ajutorul firelor colorate diferit . În
figura 2.9 este dat un exemplu de marcare a pun /uni0163ii tensometrice în codul ISO. Dup ă
cum se observ ă, pentru a asigura o leg ătur ă corect ă între captor și amplificator sunt
necesare cel pu /uni0163in 5 pozi /uni0163ii (contacte) pe reglet ă: câte dou ă pentru diagonalele de
alimentare de alimentare și de m ăsur ă ale pun /uni0163ii, plus una pentru ecranare.

Figura 2.9

25 d) Cabluri pentru m ăsur ări, care realizeaz ă leg ătura dintre captor și
amplificator. Exist ă o atât de mare diversitate de captoare și amplifiactoare
tensometrice, încât mufarea trebuie s ă o fac ă utilizatorul, dar pentru aceasta el
trebuie s ă cunoasc ă cerin /uni0163ele impuse cablurilor și anume:
– să aib ă rezisten /uni0163a electric ă cât mai sc ăzut ă și rezisten /uni0163a mecanic ă cât
mai ridicat ă;
– să fie suficient de flexibile;
– să permit ă efectuarea unor lipituri de calitate, durabile;
– să realizeze o bun ă ecranare;

Dintre cablurile fabricate la noi în /uni0163ar ă se recomand ă cablul tetrafilar pentru
tensometrie electric ă (cu patru conductoare, tres ă metalic ă și izola /uni0163ie exterioar ă din
policlorur ă de vinil) tip CTSE, produs de Electromure ș.

2.5 Dispotitive auxiliare mecanice

Aceste dispozitive au rolul de a proteja elementul elastic și componentele
circuitelor electrice ale captorului, de a asigura montarea corect ă a captorului în
instala /uni0163ia c ăruia îi este destinat, aplicarea corect ă a sarcinii, protec /uni0163ia la suprasarcini
etc.
a) Protec /uni0163ia traductoarelor și a conexiunilor terminalelor acestora trebuie
să asigure stabilitatea și integritatea mecanic ă a montajului și izolarea perfect ă
împotriva umidit ă/uni0163ii sau a altor agen /uni0163i externi.
b) Carcasa captorului îndepline ște adesea func /uni0163ia de ,,batiu’’, asigurând
men /uni0163inerea pozi /uni0163iei relative corecte și integritatea mecanic ă și electric ă a tuturor
componentelor captorului. Carcasa poate fi metalic ă sau din mase plastice și ea
protejeaz ă traductoarele împotriva varia /uni0163iilor bru ște de temperatur ă și asigur ă
etan șarea împotriva umidit ă/uni0163ii (eventual și în imersiune). În figura 2.10 se prezint ă
un captor cu TER pentru utilizare de lung ă durat ă. Se remarc ă elementele
componente ale carcasei și numeroase piese de etan șare.
c) Dispozitive de înc ărcare și rezemare trebuie s ă asigure aplicarea
corect ă a sarcinii și reducerea efectelor transversale. Aceste dispozit ive pot fi
externe captorului propriu zis și/sau incluse în construc /uni0163ia captorului, în acest caz
fiind amplasate în carcasa acestuia.
d) Dispozitivele de protec /uni0163ie împotriva suprasarcinilor protejeaz ă
elementul elastic ca s ă nu fie solicitat accidental peste o anumit ă limit ă, deoarece ar
apare fenomene de curgere care ar modifica unele ca racteristici ale captorului (de
exemplu liniaritatea, eroarea combinat ă, deriva de zero etc.) sau s-ar produce
ruperea elementului elastic. În general aceste disp ozitive au forme foarte simple și
se prezint ă sub forma unor limitatoare mecanice de deplasare p entru elementul
elastic;

26

Figura 2.10 Captor cu TER pentru utilizare de lung ă durat ă

e) Dispozitive de preluare a solicit ărilor transversale sunt destinate
reducerii sensibilit ă/uni0163ii transversale a captorului. Construc /uni0163ia acestora trebuie s ă fie
foarte îngrijit ă, pentru a avea frec ări cât mai mici cu carcasa și cu celelate
componente ale captorului. În figura 2.11. se prezi nt ă dou ă captoare la care
preluarea solicit ărilor transversale este realizat ă cu un ghidaj cu bile, figura 2.11.a.,
respectiv cu dou ă membrane elastice, confec /uni0163ionate din o /uni0163el de arc, de înalt ă
rezisten /uni0163ă figura 2.11.b.

Figura 2.11 Captoare de preluare a solicit ărilor transversale