Устройство для измерения деформации

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель упрощение конструкции и повышение точности устройства для измерения деформаций. Устройство содержит опорный элемент, предназначенный для крепления к контролируемому объекту и выполняющий одновременно функции электродов емкостного датчика зазора. Опорный элемент выполнен в виде Г-образных токопроводящих элементов, выступы которых расположены параллельно один другому и имеют диэлектрическое покрытие на взаимно обращенных поверхностях. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании систем измерения деформаций и перемещений образцов и конструкций с малой жесткостью, выполненных из нетокопроводящих материалов.

Известно устройство для измерения деформаций, содержащее емкостной датчик зазора, имеющий неподвижный электрод, изолированный от основного электрода и размещенный в одной плоскости с ним [1] Недостатком этого устройства является зависимость емкости измерительного конденсатора от усилия сжатия пакета пластин. Поскольку электроды емкостного датчика образуют конденсатор с переменной площадью, чувствительность его недостаточна для измерения деформаций контролируемого объекта.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения деформаций, содержащее опорный элемент, предназначенный для крепления к контролируемому объекту, и закрепленные на нем электроды емкостного датчика зазора [2] Опорный элемент выполнен в виде U-образной ленты, на которой достаточно сложно крепить пластины электродов датчика.

Кроме того, из-за U-образной формы ленты пластины электродов при растяжении объекта контроля не остаются параллельными одна другой, что служит причиной нелинейности характеристик датчика и снижает точность измерений.

Из-за того что электроды датчика не изолированы, затруднено его изготовление с оптимальным зазором между электродами. Этот зазор обычно составляет 100-500 мкм. При таком зазоре возможно замыкание неизолированных пластин и отказ в работе устройства. Увеличение зазора между пластинами ведет к уменьшению начальной емкости датчика и в итоге снижает точность измерений.

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение точности устройства.

Для этого в устройстве для измерения деформаций, содержащем опорный элемент, предназначенный для крепления к контролируемому объекту, и закрепленные на нем электроды емкостного датчика зазора, опорный элемент выполнен в виде пары Г-oбразных токопроводящих пластин, выступы которых расположены параллельно один другому, имеют диэлектрическое покрытие на обращенных одна к другой поверхностях и выполняют функции электродов емкостного датчика.

На фиг. 1 и 2 приведены примеры конкретного выполнения устройства для измерения деформаций.

Устройство содержит пару латунных пластин 1 Г-образной формы, внутренние поверхности которых покрыты диэлектриком 2 и которые выполняют одновременно функции электродов емкостного датчика зазора и функции опорного элемента этого датчика.

Пластины 1 приклеены к объекту 3 измерения. Образованный пластинами 1 конденсатор подключен к измерительной схеме с помощью проводников 4.

Устройство работает следующим образом.

При деформации объекта 3 изменяется зазор δ между пластинами 1 на величину Δa= a˙ε, где a начальная величина расстояния между местами крепления пластин (база измерений); ε- относительная деформация растяжения.

Пропорционально изменению зазора изменяется емкостное сопротивление конденсатора, что и регистрируется измерительной схемой.

В другом примере выполнения устройства для измерения деформаций Г-образные изолированные пластины выполнены таким образом, что база измерений может быть значительно увеличена. Это повышает чувствительность устройства. Для удобства монтажа пластины могут быть скреплены гибкой диэлектрической перемычкой 5.

При изменении деформаций растяжения плоских образцов компенсация их изгиба может быть обеспечена путем использования двух одинаковых устройств, размещенных на противоположных сторонах образца.

Техническим преимуществом предлагаемого устройства является простота конструкции, так как отсутствуют элементы, передающие перемещение объекта к пластинам конденсатора, вследствие чего повышается надежность устройства в целом.

Кроме того, устройство свободно от гистерезиса, поскольку пластины емкостного датчика механически не связаны одна с другой и не передают нагрузок (кроме веса пластины) на измеряемый объект, т. е. не препятствуют деформациям объекта. Это существенно повышает точность измерений, особенно при исследовании объектов с малой жесткостью, например полимеров, при повышенных температурах.

Поскольку пластины емкостного датчика предлагаемого устройства изолированы, начальный зазор между ними может быть минимальным, что увеличивает начальную электрическую емкость датчика. Наличие между пластинами твердого диэлектрика также увеличивает эту емкость. Поэтому при тех же, что и у прототипа, размерах пластин электрическая емкость данного устройства больше, его выходное сопротивление меньше, а точность измерения деформаций выше. Так как пластины измерительного конденсатора в предлагаемом устройстве перемещаются параллельно одна другой, удается получить линейную характеристику преобразования деформаций, что также повышает точность измерений.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ, содержащее опорный элемент, предназначенный для крепления к контролируемому объекту, и закрепленные на нем электроды емкостного датчика зазора, отличающееся тем, что опорный элемент выполнен в виде пары Г- образных токопроводящих пластин, выступы которых расположены параллельно один другому, имеют диэлектрическое покрытие на обращенных одна к другой поверхностях и выполняют функции электродов емкостного датчика.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2