Способ измерения относительных деформаций конструкций многоточечной тензометрической измерительной системой



Способ измерения относительных деформаций конструкций многоточечной тензометрической измерительной системой

 


Владельцы патента RU 2417349:

Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться при экспериментальных исследованиях напряженно-деформированного состояния конструкций. Сущность: тензорезисторы подсоединяют к кабелям датчиков по двухпроводной или четырехпроводной схеме, а кабели датчиков подсоединяют к разъемам коммутатора по четырехпроводной схеме. Калибруют измерительную систему на каждом цикле опроса тензорезисторов по приращению сопротивления тензокалибратора относительно величины номинального сопротивления тензорезисторов. Находят зависимость приращения сопротивления тензорезистора от коэффициентов функции преобразования измерительной системы и величины измеренного сигнала в кодах. Определяют для каждого тензорезистора на каждом этапе нагружения конструкции величину приращения сопротивления относительно величины номинального сопротивления и вычисляют величину относительной деформации конструкции. Технический результат: повышение точности измерения при различном подсоединении с использованием одной и той же измерительной системы, использование однотипного оборудования для калибровки измерительной системы. 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться при экспериментальных исследованиях напряженно-деформированного состояния конструкций.

Исследования напряженно-деформированного состояния конструкций проводятся как при нормальных, так и повышенных температурах. При проведении испытаний без нагревания конструкции температура окружающей среды за время проведения испытаний остается неизменной, поэтому сопротивление проводов кабеля, соединяющих наклеенные на конструкции тензорезисторы с коммутаторами системы, остается неизменным и в этом случае можно применять подсоединение тензорезисторов к коммутаторам по двухпроводной схеме. При проведении тепловых испытаний конструкций сопротивление проводов кабеля, соединяющих наклеенные на конструкции тензорезисторы с коммутаторами системы, изменяется в зависимости от температуры и в этом случае требуется схема подсоединения тензорезисторов к коммутаторам, в которой исключается влияние сопротивления проводов от температуры. В измерительных устройствах для этой цели применяют трехпроводное и четырехпроводное подсоединение тензорезисторов к коммутаторам систем. Наиболее перспективной с точки зрения исключения сопротивления проводов от изменения температуры на погрешность измерения относительных деформаций конструкций является четырехпроводная схема, электропитание тензорезисторов в которой осуществляют током.

Для обеспечения возможности применения одной и той же измерительной системы с требуемой точностью измерения для исследования напряженно-деформированного состояния конструкций при нормальных и повышенных температурах необходимо иметь способ измерения относительных деформаций конструкций при подсоединении тензорезисторов к коммутаторам датчиков системы по двухпроводной и четырехпроводной схеме.

Известны способы измерения относительных деформаций конструкций многоточечными тензометрическими измерительными системами, в которых применяют два типа измерительных устройств, предназначенных для измерения относительных деформаций конструкций с помощью тензорезисторов, наклеиваемых на исследуемую конструкцию.

Измерительные устройства первого типа называют мостовыми. В них тензорезисторы подключают двумя или тремя проводами по схеме 1/4 тензометрического моста. На одну диагональ моста подают напряжение питания, другую диагональ моста соединяют с нормирующим преобразователем измерительного устройства, с помощью которого измеряют выходной сигнал моста.

Измерительные устройства второго типа являются по своей сути потенциометрическими. В них сопротивление тензорезистора сравнивается с сопротивлением опорного резистора измерительного устройства и измеряется разность этих сопротивлений.

Известен способ измерения относительных деформаций конструкций при подключении тензорезисторов к тензометрической системе. Способ реализован в измерительной системе СИИТ-3 (см. М.Л.Дайчик, Н.И.Пригоровский, Г.Х.Хуршудов. Методы и средства натурной тензометрии. Справочник. М., Машиностроение, 1989 г., стр.61-62).

В системе тензорезисторы подсоединяют двумя или тремя проводами но схеме 1/4 тензометрического моста. При двухпроводном подсоединении тензорезисторов предусмотрена возможность подключения одного компенсационного тензорезистора на 10 или 100 активных. Тензорезисторы подсоединяют к измерительному устройству через коммутатор. С помощью тензометрического моста в измерительном устройстве преобразуют приращение сопротивления тензорезистора в электрическое напряжение, которое затем усиливают и преобразуют в цифровой код. Информацию в цифровом виде выводят на цифропечатающее устройство или с помощью интерфейсной платы выводят на компьютер. Питание тензорезисторов осуществляют прямоугольными импульсами частотой 2,5 кГц.

Недостаток известного способа двухпроводного и трехпроводного подключения заключается в том, что систематическая погрешность из-за наличия проводов, соединяющих тензорезистор с коммутатором системы, не исключается.

Кроме того, всем способам измерения относительных деформаций конструкций с применением измерительных систем, имеющим на входе измерительного устройства тензометрический мост, в котором три плеча являются пассивными и только одно плечо, которое образует тензорезистор, является активным, присущ общий недостаток независимо от количества проводов, которыми тензорезисторы подсоединяют к мосту. Он заключается в наличии дополнительной погрешности, равной , где ΔRi - приращение сопротивления тензорезистора на i-й ступени приложенной к исследуемой конструкции нагрузки, RД0 - величина начального сопротивления этого тензорезистора при нулевой нагрузке на исследуемой конструкции. Погрешность возникает потому, что выходной сигнал моста, на диагональ питания которого подано напряжение, на i-й ступени приложенной к исследуемой конструкции силе, пропорционален не отношению приращения сопротивления тензорезистора к величине начального сопротивления этого тензорезистора при нулевой нагрузке на исследуемой конструкции, а пропорционален отношению приращения сопротивления тензорезистора к сумме величины начального сопротивления этого тензорезистора при нулевой нагрузке на исследуемой конструкции и приращения сопротивления тензорезистора на i-й ступени нагрузки.

Известен способ измерения относительных деформаций конструкций при подключении тензорезисторов к тензометрической системе (патент РФ №2196296, МПК G01B 7/16, 2000 г., выбран в качестве прототипа).

Способ позволяет измерять относительные деформации конструкций при подключении тензорезисторов к коммутаторам датчиков измерительной системы только по четырехпроводной и только по двухпроводной схеме. В измерительном устройстве системы сопротивление тензорезистора сравнивается с сопротивлением опорного резистора измерительного устройства и измеряется разность сопротивлений. Тензорезистор запитывается током.

В состав системы входят тензорезисторы, магазин сопротивлений, имитатор сигналов тензорезисторов (тензокалибратор), коммутатор датчиков (КД), модуль измерительный системный (МИС) и ЭВМ.

В разъемах коммутаторов соединительные провода распаивают по четырехпроводной схеме, а выход КД соединен с входом МИС кабелем по четырехпроводной схеме. Управление КД для поочередного подключения тензорезисторов к МИС осуществляется модулем по программе, реализуемой ЭВМ. Имитатор сигналов тензорезисторов подсоединяют по четырехпроводной схеме к КД вместо тензорезисторов. Он обеспечивает ступенчатое изменение сопротивлений прецизионных резисторов в пределах (Rн+2rл)±ΔRmax для двухпроводной схемы подключения тензорезисторов и Rн±ΔRmax для четырехпроводной схемы подключения тензорезисторов, где Rн - номинальное значение сопротивлений тензорезисторов, подключаемых к системе; rл - величина сопротивления одного провода при двухпроводном подсоединении тензорезисторов к коммутатору датчиков; ΔRmax - максимальная величина приращения сопротивления тензорезисторов, соответствующая диапазону измерения системы.

Управление имитатором сигналов тензорезисторов осуществляется от модуля МИС по программе метрологической поверки, вводимой в ЭВМ. Сопротивление опорного резистора Rк, относительно которого измеряется приращение сопротивления тензорезисторов в нормирующем преобразователе измерительного модуля, равно номинальному сопротивлению тензорезисторов Rн, подключаемых к коммутатору датчиков по четырехпроводной схеме. При двухпроводном подсоединении тензорезисторов к КД величина Rк устанавливается равной сумме номинального сопротивления тензорезисторов Rн и величины сопротивления проводов 2rл, с помощью которых тензорезистор подсоединяется к коммутатору КД. Величина 2rл измеряется прибором или вычисляется для конкретного типа кабелей датчиков.

При проведении измерений способ реализуется следующим образом. К коммутатору датчиков подсоединяют магазин сопротивлений по четырехпроводной схеме. В ЭВМ вводят программу регистрации результатов измерений. Непрерывно опрашивается канал коммутатора, к которому подсоединен магазин сопротивлений, и при помощи поворота курбелей магазина сопротивлений добиваются, чтобы показания на экране монитора ЭВМ стали равными нулю. С магазина сопротивлений считывается измеренная величина сопротивления. Она равна величине сопротивления опорного резистора Rк, которое установлено в нормирующем преобразователе измерительного модуля. Затем магазин сопротивлений отсоединяют от коммутатора. На его место подсоединяют кабель датчиков для двухпроводного подсоединения тензорезисторов и вместо тензорезистора подсоединяют магазин сопротивлений. На магазине сопротивлений устанавливают величину сопротивления, равную сопротивлению опорного резистора Rк, и путем вращения курбелей добиваются, чтобы показания на мониторе ЭВМ были равны нулю. Считывают величину измеренного сопротивления, она равна Rк-2rл. Отсоединяют кабель датчиков; к коммутатору подсоединяют по четырехпроводной схеме предварительно прошедший метрологическую поверку имитатор сигналов тензорезисторов; в ЭВМ вводят программу метрологической поверки и осуществляют метрологическую поверку системы. По результатам поверки с помощью ЭВМ вычисляют функцию преобразования y=А0+A1x, где х - приращение сопротивления резисторов имитатора сигналов тензорезисторов на i-й ступени; A0, A1 - коэффициенты функции преобразования.

В дальнейшем по результатам измерений вычисляется величина относительной деформации, поэтому в вычислениях используется только коэффициент A1. Величина A0, равная нулю, устанавливается регулировкой в измерительном модуле.

После выполнения описанных операций от коммутатора отсоединяют имитатор сигналов тензорезисторов и присоединяют к коммутатору кабели датчиков, к которым припаяны тензорезисторы Rд, наклеенные на исследуемую конструкцию. В ЭВМ вводят предназначенные для вычисления деформации по результатам измерений тензочувствительности датчиков S, величину A1, а также (Rк-2rл) для двухпроводного или Rк для четырехпроводного подключения тензорезисторов, вводят программу для измерения приращений сопротивлений тензорезисторов относительно опорного резистора. Проводят статические испытания исследуемой конструкции, при этом на каждом этапе ее нагружения измеряют отклонение величины сопротивлений тензорезисторов от опорного резистора. По этим результатам с помощью ЭВМ вычисляют величину относительной деформации конструкции для каждого датчика на каждом этапе нагружения.

Относительная деформация точки конструкции на i-м этапе нагружения при четырехпроводном подсоединении тензорезистора к коммутатору датчиков определяется по формуле

где Rк - сопротивление опорного резистора,

S - тензочувствительность тензорезистора,

N0 - показание системы при нагрузке, равной нулю,

Ni - показание системы при i-й нагрузке.

Относительная деформация при двухпроводном подсоединении тензорезистора к тому же коммутатору вычисляется по формуле

,

где 2rл - сопротивление проводов, соединяющих тензорезистор с коммутатором датчиков при двухпроводном подсоединении.

В известном способе измерения для вычисления относительных деформаций по показаниям измерительной системы на каждом этапе нагружения конструкции непосредственно используется коэффициент функции преобразования A1, который определяют при метрологической поверке системы с использованием имитатора сигналов тензорезисторов.

Недостатками известного способа являются высокие требования к стабильности коэффициентов функции преобразования A0 и A1 в процессе измерения сигналов тензорезисторов. Отклонение значений A0 и A1, вычисленных по результатам метрологической поверки, от их фактических значений в процессе измерения сигналов тензорезисторов приведет к погрешности в определении относительных деформаций. Величина погрешности в вычислении относительной деформации из-за нестабильности нуля и коэффициента усиления измерительного устройства может быть с достаточной точностью определена по формуле:

,

где ΔA0 - отклонение нуля измерительного устройства от величины N0,

Ni - показание системы при i-й нагрузке,

ΔA1 - отклонение коэффициента функции преобразования от величины A1.

Кроме того, недостаток известного способа измерения относительных деформаций состоит в том, что его нельзя применить в одной и той же измерительной системе для измерения относительных деформаций конструкций при подсоединении тензорезисторов по двухпроводной и четырехпроводной схеме. Это объясняется тем, что известный способ предполагает установку опорных резисторов в измерительном устройстве, величина сопротивления которых зависит от схемы подсоединения тензорезисторов к кабелям датчиков и равна для двухпроводной схемы Rk+2rл, а для четырехпроводной схемы Rk. Поэтому в измерительной системе необходимо иметь соответствующие измерительные устройства для двухпроводного и четырехпроводного подсоединения тензорезисторов. Дополнительно требуются имитаторы сигналов тензорезисторов для двухпроводного и четырехпроводного подсоединения тензорезисторов.

Задачей изобретения является применение одной и той же многоточечной тензометрической измерительной системы для измерения относительных деформаций конструкции с помощью тензорезисторов, которые подсоединяют к коммутаторам системы кабелями датчиков по двухпроводной и четырехпроводной схемам.

Техническим результатом изобретении является повышение точности измерения относительных деформаций конструкции при двухпроводном и четырехпроводном подсоединении тензорезисторов к коммутаторам датчиков одной и той же многоточечной тензометрической измерительной системы, а также сокращение оборудования и его унификация для проведения калибровки измерительного устройства системы.

Решение поставленной задачи и технический результат заключаются в том, что в способе измерения относительных деформаций конструкций многоточечной тензометрической измерительной системой тензорезисторы подсоединяют к кабелям датчиков по двухпроводной или четырехпроводной схеме, а кабели датчиков подсоединяют к разъемам коммутатора по четырехпроводной схеме, измеряют отклонения сопротивлений тензорезисторов от величины сопротивления опорного резистора в кодах, при двухпроводном подсоединении тензорезисторов измеряют величину сопротивления проводов кабелей датчиков, дополнительно устанавливают величину сопротивления опорного резистора близкой к номинальному сопротивлению тензорезисторов, подсоединяемых к коммутатору системы, а диапазон измерения приращения сопротивлений задают с учетом величины сопротивления проводов кабелей датчиков, максимального приращения сопротивления тензорезисторов и технологического отклонения сопротивления тензорезисторов относительно величины их номинального сопротивления, калибруют измерительную систему на каждом цикле опроса тензорезисторов по приращению сопротивления относительно величины номинального сопротивления тензорезисторов и находят зависимость приращения сопротивления от коэффициентов функции преобразования измерительной системы и величины измеренного сигнала в кодах и, используя эту зависимость и результаты измерений отклонений сопротивлений тензорезисторов от величины сопротивления опорного резистора в кодах, определяют для каждого тензорезистора на каждом этапе нагружения конструкции величину приращения сопротивления относительно величины номинального сопротивления тензорезисторов, вычисляют величину относительной деформации для двухпроводного подсоединения тензорезисторов по формуле

,

а для четырехпроводного подсоединения тензорезисторов относительную деформацию вычисляют по формуле ,

где ΔRизм - величина измеренного приращения сопротивления тензорезистора относительно номинального сопротивления тензорезистора на заданной ступени нагружения исследуемой конструкции,

ΔRД0 - величина измеренного приращения сопротивления тензорезистора относительно номинального сопротивления тензорезистора при нагрузке, равной нулю,

RН - величина номинального сопротивления тензорезисторов, подсоединенных к коммутатору датчиков измерительной системы,

S - тензочувствительность тензорезистора,

RЛ - величина сопротивления двух подводящих проводов.

На чертеже представлена блок-схема многоточечной тензометрической измерительной системы для осуществления способа.

Многоточечная тензометрическая измерительная система для осуществления способа состоит из тензорезисторов 1-3, тензокалибратора 4, коммутатора датчиков 5, модуля измерительного системного 6, компьютера 7.

Тензорезисторы 1-3 в зависимости от испытания конструкции без нагревания или с нагревом подсоединяют к коммутатору датчиков 5 по двухпроводной или четырехпроводной схеме. Величина сопротивления каждого провода равна rл, обозначим величину сопротивления двух проводов Rл. Величина Rл измеряется прибором или вычисляется для конкретного типа кабелей датчиков. Для четырехпроводного подсоединения тензорезисторов на чертеже сопротивления проводов не обозначены, так как они не влияют на погрешность измерения относительной деформации при таком подсоединении. Коммутатор 5 предназначен для подсоединения тензорезисторов 1-3 и тензокалибратора 4 к заданным для них измерительным входам по четырехпроводной схеме. Коммутатор 5 может быть многоступенчатым и конструктивно состоять из отдельных блоков. Измерительный выход коммутатора 5 соединен с входом модуля измерительного системного 6 по четырехпроводной схеме. Управление коммутатором 5 для поочередного подсоединения тензорезисторов 1-3 и ступеней тензокалибратора 4 к модулю 6 осуществляется модулем 6 по программе, реализуемой компьютером 7.

Тензокалибратор 4 должен обеспечивать автоматическое ступенчатое изменение сопротивлений резисторов в пределах Rн±ΔRmax,

где Rн - номинальное значение сопротивления тензорезисторов, подключаемых к коммутатору 5,

ΔRmax - максимальная величина приращения сопротивления резисторов, соответствующая диапазону измерения системы, который задают с учетом величины сопротивления проводов кабелей датчиков, максимального приращения сопротивления тензорезисторов и технологического отклонения сопротивления тензорезисторов относительно величины их номинального сопротивления. Например, для тензорезистора сопротивлением Rн=100 Ом, при величине сопротивления двух проводов кабелей датчиков при двухпроводном подсоединении тензорезисторов до 2 Ом, максимальном приращении сопротивления тензорезисторов при измерении деформации конструкции ±2 Ом и технологическом отклонении сопротивления тензорезисторов относительно величины их номинального сопротивления ±1 Ом величина ΔRmax=±5 Ом.

Управление тензокалибратором 4 осуществляет модуль 6 по программе, задаваемой компьютером 7, который кабелем соединен с модулем 6. В состав модуля 6 входит измерительное устройство, которое измеряет разность сопротивлений тензорезисторов 1-3, подсоединенных к коммутатору датчиков 5, и сопротивления опорного резистора, который установлен в измерительном устройстве. Для калибровки измерительной системы вместо тензокалибратора 4 можно применить устройство, состоящее из последовательно соединенных резисторов с известным приращением сопротивления относительно номинального сопротивления тензорезисторов. В таком устройстве каждый резистор соединен по четырехпроводной схеме с соответствующим измерительным входом коммутатора датчиков системы и формирует свою ступень приращения сопротивления. Такое устройство не требует управления от модуля 7, потому что каждый его резистор подсоединен по четырехпроводной схеме к соответствующему измерительному входу коммутатора и опрашивается в одном цикле с тензорезисторами.

Измерительный модуль 6 предназначен для электропитания датчиков и тензокалибратора 4, измерения аналоговых сигналов датчиков и тензокалибратора, соответствующих отклонению сопротивлений тензорезисторов 1-3 и сопротивлений ступеней тензокалибратора 4 относительно опорного резистора, преобразования аналоговых сигналов в цифровые, передачи измеренных сигналов в цифровом виде через интерфейс в компьютер, приема через интерфейс от компьютера сигналов управления и формирования управляющих сигналов коммутатором и тензокалибратором. Компьютер 7 кроме перечисленных функций обеспечивает ввод и запоминание исходных данных для управления системой и обработки результатов измерений, обработку и представление результатов измерений в виде таблиц и графиков. Модуль измерительный системный 6 описан функционально. Реально каждая конкретная измерительная система имеет свою структурную схему, в которой описанные блоки измерения, управления, интерфейса и компьютер могут состоять из узлов, которые имеют свои принципиальные схемы и соединены в соответствии с технической документацией на систему. Для реализации предлагаемого способа все эти системы подходят, если выполняются следующие условия: коммутатор датчиков предназначен для подсоединения одиночных тензорезисторов по четырехпроводной схеме, для одиночных тензорезисторов измеряется отклонение сопротивления тензорезисторов и резисторов тензокалибратора относительно величины сопротивления опорного резистора, размещенного в нормирующем преобразователе измерительной системы, исключается влияние емкостей линий связи на точность измерения при максимальном быстродействии системы, для чего питание тензорезисторов осуществляется импульсами тока прямоугольной формы.

Способ осуществляют следующим образом.

Измеряют сопротивления Rл проводов кабелей датчиков для двухпроводного подсоединения тензорезисторов. Тензорезисторы 1-3 подсоединяют к заданным для них измерительным входам коммутатора датчиков 5 по двухпроводной или четырехпроводной схеме в зависимости от условий проведения испытаний исследуемой конструкции. При испытаниях в условиях нормальных температур применяют двухпроводную схему, при тепловых испытаниях применяют четырехпроводную схему подсоединения тензорезисторов. Подсоединяют тензокалибратор 4 к заданным для него измерительным входам коммутатора датчиков 5. Величину сопротивления резисторов, которые формируют ступени приращения сопротивлений тензокалибратора, в тензокалибраторе 4 заранее измеряют с высокой степенью точности и заносят в протокол измерений для каждой ступени в виде приращения сопротивления, вычисленного относительно номинального сопротивления тензорезисторов 1-3. Ступени в тензокалибраторе 4 задают от максимальных положительных до максимальных отрицательных, их количество зависит от типа применяемого тензокалибратора. Величину приращения сопротивления относительно номинального сопротивления тензорезисторов задают со знаком плюс или минус для соответствующей ступени тензокалибратора. На нулевой ступени тензокалибратора вычисленное значение приращения сопротивления с соответствующим знаком может отличаться от нуля. Это значение приращения сопротивления не вычитают из приращений сопротивлений, соответствующих другим ступеням тензокалибратора, как делают в известном способе. Поэтому в измерительном модуле нет необходимости регулировать ноль и коэффициент усиления.

В компьютер 7 вводят программу для измерения относительных деформаций конструкции. В программу вводят для каждого тензорезистора его адрес подключения к коммутатору 5, номер тензорезистора, величину тензочувствительности S, сопротивление проводов Rл для двухпроводной схемы подсоединения тензорезисторов. Для тензокалибратора 4 в программу вводят номера ступеней приращения сопротивления и соответствующие им величины приращения сопротивлений, которые записаны в протоколе измерений, а также адреса подключения ступеней тензокалибратора 4 к коммутатору 5. Затем при проведении испытания перед нагружением и на каждой ступени нагружения конструкции по программе подсоединяют поочередно к измерительному модулю 6 через коммутатор 5 тензорезисторы 1-3 и ступени тензокалибратора 4. Измеряют сигналы, соответствующие отклонению сопротивлений тензорезисторов 1-3 и сопротивлений ступеней тензокалибратора 4 относительно опорного резистора измерительного модуля 6. Преобразуют эти сигналы в цифровой код. Измеренные приращения сопротивлений в цифровом виде передают из модуля 6 в компьютер 7, где по программе производят их обработку. Сначала по результатам измерений сопротивлений ступеней тензокалибратора 4 для каждой i-й ступени тензокалибратора находят соответствие измеренной в цифровом коде величины приращения сопротивления относительно опорного резистора модуля 6 величине приращения сопротивления тензокалибратора 4, вычисленного относительно номинального сопротивления тензорезисторов 1-3 и введенного в программу из протокола измерений. Используя найденные соотношения, определяют функцию преобразования измерительной системы Ni=A0+A1ΔRi, где Ni - измеренная в цифровом коде величина приращения сопротивления i-й ступени тензокалибратора 4 относительно опорного резистора модуля 6, ΔRi - введенная в программу из протокола измерений величина приращения сопротивления i-й ступени тензокалибратора 4, вычисленная относительно номинального сопротивления тензорезисторов 1-3, A0, A1 - коэффициенты функции преобразования. Функция преобразования приведена для измерительной системы с линейной характеристикой, что не влияет на последовательность действий при вычислении относительных деформаций конструкции для систем с нелинейной характеристикой. В функции преобразования измерительной системы аргументом является приращение сопротивления ступеней тензокалибратора 4 относительно номинального сопротивления тензорезисторов 1-3, поэтому величину опорного резистора измерительного модуля системы измерять не требуется.

Используют функцию преобразования измерительной системы и находят зависимость ΔRi от Ni, А0 и A1:

Применяют эту зависимость на каждой ступени нагружения исследуемой конструкции для вычисления по результатам измерений сигналов тензорезисторов величины приращения сопротивления тензорезисторов относительно величины их номинального сопротивления

.

На нулевой ступени нагружения, соответствующей ненагруженной конструкции, величина приращения сопротивления тензорезисторов относительно их номинального сопротивления соответствует технологическому отклонению каждого сопротивления тензорезистора относительно их номинального сопротивления и равна

.

Используют известную формулу для вычисления относительной деформации

,

где ΔR - приращение сопротивления тензорезистора на i-й ступени нагружения конструкции, S - тензочувствительность тензорезистора, RД0 - сопротивление тензорезистора при нагрузке, равной нулю. Подставляют в эту формулу найденные величины и вычисляют для каждой точки конструкции, в которой установлен тензорезистор, величину относительной деформации для двухпроводного подсоединения тензорезисторов по формуле , а для четырехпроводного подсоединения тензорезисторов по формуле , где ΔRизм - величина измеренного приращения сопротивления тензорезистора относительно номинального сопротивления тензорезистора на заданной ступени нагружения исследуемой конструкции, ΔRД0 - величина измеренного приращения сопротивления тензорезистора относительно номинального сопротивления тензорезистора при нагрузке, равной нулю (величина технологического отклонения сопротивления тензорезистора от номинальной величины RН), RН - величина номинального сопротивления тензорезисторов, подсоединенных к коммутатору датчиков измерительной системы, S - тензочувствительность тензорезистора, RЛ - величина сопротивления двух подводящих проводов.

Применение изобретения обеспечит повышение точности измерения относительных деформаций конструкции при двухпроводном и четырехпроводном подсоединении тензорезисторов к коммутаторам датчиков одной и той же многоточечной тензометрической измерительной системы, а также сокращение оборудования и его унификацию для проведения калибровки измерительной системы за счет установки в измерительном модуле системы одного опорного резистора, сопротивление которого по величине близко к номинальному сопротивлению тензорезисторов и расширению диапазона измерения, обеспечивающего измерение сигналов тензорезисторов, подсоединенных по двухпроводной и четырехпроводной схемам, а также повышение точности измерения относительных деформаций конструкции при двухпроводном и четырехпроводном подсоединении тензорезисторов к коммутаторам датчиков одной и той же многоточечной тензометрической измерительной системы за счет калибровки измерительной системы на каждом цикле опроса тензорезисторов по приращению сопротивления относительно величины номинального сопротивления тензорезисторов, измерению приращений сопротивления тензорезисторов и вычислению деформации конструкции на каждом этапе нагружения как функции этих приращений сопротивления не относительно величины опорного сопротивления резистора измерительного устройства, а относительно номинального сопротивления тензорезисторов, которые подсоединены к коммутатору измерительной системы, в связи с чем нет необходимости измерять величину опорного резистора измерительного модуля, кроме того, для калибровки измерительной системы достаточно одного общего тензокалибратора для двухпроводной и четырехпроводной схем.

Способ измерения относительных деформаций конструкций многоточечной тензометрической измерительной системой, заключающийся в том, что тензорезисторы подсоединяют к кабелям датчиков по двухпроводной или четырехпроводной схеме, а кабели датчиков подсоединяют к разъемам коммутатора по четырехпроводной схеме, измеряют отклонения сопротивлений тензорезисторов от величины сопротивления опорного резистора в кодах, при двухпроводном подсоединении тензорезисторов измеряют величину сопротивления проводов кабелей датчиков, отличающийся тем, что устанавливают величину сопротивления опорного резистора, близкую к номинальному сопротивлению тензорезисторов, подсоединяемых к коммутатору системы, а диапазон измерения приращения сопротивлений задают с учетом величины сопротивления проводов кабелей датчиков, максимального приращения сопротивления тензорезисторов и технологического отклонения сопротивления тензорезисторов относительно величины их номинального сопротивления, калибруют измерительную систему на каждом цикле опроса тензорезисторов по приращению сопротивления тензокалибратора относительно величины номинального сопротивления тензорезисторов и находят зависимость приращения сопротивления тензорезистора от коэффициентов функции преобразования измерительной системы и величины измеренного сигнала в кодах, и, используя эту зависимость и результаты измерений отклонений сопротивлений тензорезисторов от величины сопротивления опорного резистора в кодах, определяют для каждого тензорезистора на каждом этапе нагружения конструкции величину приращения сопротивления относительно величины номинального сопротивления тензорезисторов, вычисляют величину относительной деформации для двухпроводного подсоединения тензорезисторов по формуле
,
а для четырехпроводного подсоединения тензорезисторов относительную деформацию вычисляют по формуле ,
где ΔRизм - величина измеренного приращения сопротивления тензорезистора относительно номинального сопротивления тензорезистора на заданной ступени нагружения исследуемой конструкции, ΔRД0 - величина измеренного приращения сопротивления тензорезистора относительно номинального сопротивления тензорезистора при нагрузке, равной нулю,
RH - величина номинального сопротивления тензорезисторов, подсоединенных к коммутатору датчиков измерительной системы,
S - тензочувствительность тензорезистора,
RЛ - величина сопротивления двух подводящих проводов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к области неразрушающего контроля, а именно к диагностике и мониторингу состояния сооружений, механизмов и машин, испытывающих статические и динамические нагрузки, а также высотных зданий и сооружений.

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для измерения давления в условиях воздействия температур измеряемой среды. .

Изобретение относится к способам определения термофизических величин и может быть использовано для определения температуры и деформации детали при их одновременном воздействии на деталь.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в экспериментальной механике для точного измерения веса, вибраций, сил. .

Изобретение относится к области технологии машиностроения, в частности к способам автоматического контроля технологических остаточных напряжений поверхностного слоя детали, и может быть использовано при контроле стабильности процесса обработки дорнованием.

Изобретение относится к области диагностики напряженно-деформированного состояния трубопроводов

Изобретение относится к измерительной технике для определения нагрузок при строительстве и эксплуатации наземных и подземных сооружений

Изобретение относится к области исследования физико-механических свойств льда, в частности льдотехнике, предназначено для измерения напряженно-деформированного состояния ледяного покрова, вызванного природными явлениями и техническими воздействиями

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при настройке тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано для исследования проявления горного давления в горных выработках

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения деформации грунта, горных пород, зданий, сооружений и железобетонных конструкций

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в прочностных испытаниях для определения напряженного состояния конструкций и в качестве чувствительного элемента в датчиках механических величин (силы, давления, веса, перемещения и т.д.)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано как в прочностных испытаниях для определения напряженного состояния конструкций, так и в качестве чувствительного элемента в датчиках механических величин (силы, давления, веса, перемещения и т.д.)
Наверх