Способ изготовления датчиков для контроля циклических деформаций



Способ изготовления датчиков для контроля циклических деформаций
Способ изготовления датчиков для контроля циклических деформаций
Способ изготовления датчиков для контроля циклических деформаций

 


Владельцы патента RU 2507478:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курганский государственный университет" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам измерения деформаций и напряжений на поверхности деталей машин, подвергающихся циклическому нагружению. Целью изобретения является повышение чувствительности датчиков, изготавливаемых из фольги и применяемых для контроля циклических деформаций. Для достижения указанной цели используют липкую фольгу из пластичного металла, например алюминиевый скотч. Фольгу разрезают на фрагменты, растягивают в пределах упругих деформаций и в таком состоянии с помощью клеящего слоя фольги наклеивают на контролируемые поверхности деталей. Хвостовые участки фрагментов жестко фиксируют на поверхности детали механическим или иным известным способом. После чего в поперечной плоскости посередине длины фрагмента фольги выполняют сквозные прорези и отверстия. Техническим результатом изобретения является расширение арсенала технических средств для контроля циклических деформаций деталей машин, возникающих в процессе их эксплуатации. Возрастает оперативность контроля за счет повышения чувствительности датчиков к малым величинам циклических деформаций. 3 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении деформаций и напряжений на поверхности деталей машин, подвергающихся циклическому нагружению.

Известен способ изготовления датчиков для контроля циклических деформаций, принцип работы которых основан на сравнении их состояния после циклического нагружения на исследуемом объекте и градуировочных образцах, что позволяет по темным пятнам, появляющимся на поверхности датчиков, контролировать деформации на базе 0,05-0,01 мм, а по структурным изменениям - на базе 0,003-0,005 мм. Способ заключается в том, что металлическую пластинку, например, из нержавеющей стали подвергают гальваническому меднению в течение 20 мин в щелочной ванне с содержанием 23 г CuCN, 30 г NaCN и 10 г Na2CO3 на литр воды при температуре электролита +30°С, напряжении на ванне 0,35 В и плотности тока 6 А/м2. Затем в течении 15 мин проводят гальваническое меднение в кислой ванне с содержанием 250 г CuSO4·5Н2О, 80 г H2SO4 на литр воды при напряжении на ванне 0,5 В и плотности тока 300 А/м2. После чего снимают полученную фольгу и разрезают ее на отдельные фрагменты, используемые в качестве датчиков. Датчик наклеивают на поверхность градуировочного образца, например, с конической рабочей частью, который испытывает циклически изменяющиеся во времени и известные по величине деформации. По результатам этих испытаний устанавливают калибровочную зависимость между числом циклов до появления реакции датчика и амплитудой действующих деформаций или напряжений. (Наиболее просто реакция датчика оценивается по моменту появления первых темных пятен). Другие датчики наклеивают на поверхность исследуемой детали, которая испытывает циклически изменяющиеся нагрузки, и также определяют число циклов до появления реакции датчика в исследуемых точках. В результате, используя калибровочную зависимость, определяют величины и характер распределения деформаций и напряжений на поверхности детали (Окубо Хадзимэ. Определение напряжений гальваническим меднением. - М.: Машиностроение, 1969, с.16-41).

Применение гальванического способа получения фольги при строго постоянных режимах и изготовление датчиков (и для калибровки, и для измерений) путем разрезания фольги на части обеспечивает неизменность свойств датчиков и точность измерений. Отличительными признаками данного аналога являются разрезание фольги на фрагменты, используемые в качестве датчиков контроля циклических деформаций, и жесткая фиксация их по всей своей нижней поверхности.

Недостатком данного способа является низкая чувствительность датчика (что обусловливает большую длительность испытаний и практическую невозможность измерения малых величин напряжений), отсутствие возможности регулирования свойств датчиков, высокая сложность и трудоемкость способа, нестабильность реакции датчиков в виде темных пятен (там же, с.17, 38).

Известен способ изготовления датчиков методом гальванического меднения для контроля циклических деформаций, заключающийся в том, что металлическую пластинку подвергают гальваническому меднению в электролите, содержащем 125-250 г/л CuSO4·5H2O и 20-70 г/л H2SO4, при плотности тока от 100 А/м2 до предельной катодной диффузионной плотности и температуре 3-40°С до получения покрытия толщиной 5-30 мкм, снимают с пластины полученное покрытие и разрезают его на части (Иванов Е.И., Розенберг А.Ю., Рябухин А.Г., Сызранцев В.Н. Способ изготовления датчиков методом гальванического меднения для контроля циклических деформаций. Авт.св. №1191730 G01B 7/18. Опубликовано 15.11.1985, Бюллетень №42).

Отличительным признаком данного аналога является широкий диапазон изменения режимов меднения, что приводит к повышению чувствительности на 5-35% и появлению возможности изготовления датчиков с разным уровнем чувствительности.

Недостатком данного способа является то, что чувствительность датчиков остается невысокой, что требует проведения длительных испытаний, а диапазон изменения чувствительности узок.

Известен датчик усталостного повреждения, выполненный в виде фольги из пластичного металла однородной структуры, в котором фольга снабжена регулярно расположенными концентраторами напряжений, а концентраторы имеют вид сквозных прорезей, размеры которых определяются требуемой точностью измерений. Датчик жестко крепится на исследуемой поверхности детали. Деталь нагружается циклически повторяющимися нагрузками. В результате наличия концентраторов эффект усталости в материале датчика проявляется гораздо раньше или при меньшей величине измеряемой деформации, т.е. повышается чувствительность датчика. А предопределенность мест скопления следов дислокации или так называемых темных пятен и их высокая плотность существенно облегчает процесс их обнаружения (Сызранцев В.Н., Тютрин С.Г. Датчик усталостного повреждения. Заявка №99101443/28 от 27.01.1999 G01B 7/16. Опубликовано 20.10.2000, Бюллетень №29, Ч.1, с.215).

Отличительными признаками данного аналога являются: применение обычной фольги из пластичного однородного материала, не прибегая к специальным технологиям гальванического осаждения, чем достигается существенное упрощение способа; наличие регулярно расположенных концентраторов напряжений, имеющих вид сквозных прорезей; возможность регулирования свойств датчиков путем изменения размеров прорезей.

Недостатком данного устройства также является ограниченная чувствительность датчика к малым величинам циклических деформаций. (Наличие концентраторов деформации повышает чувствительность датчика лишь в ограниченных пределах.)

В качестве прототипа выбран способ изготовления датчиков для контроля циклических деформаций, заключающийся в том, что фольгу из пластичного однородного материала, например медную электролитическую, подвергают циклическому деформированию при постоянной амплитуде напряжений σt до числа циклов Nt, определяемого по расчетным формулам, после чего фольгу разрезают на отдельные элементы, используемые в качестве датчиков. В результате чувствительность датчиков повышается на требуемую величину по числу циклов деформации (Сызранцев В.Н., Тютрин С.Г. Способ изготовления датчиков для контроля циклических деформаций. Патент РФ №2190831 G01B 7/16, G01N 3/32. Опубликовано 10.10.2002, Бюллетень №28, с.357-358).

Отличительными признаками данного аналога является использование дополнительного циклического деформирования фольги.

Недостатком данного способа является невозможность повышения чувствительности датчиков к малым величинам циклических деформаций, находящимся ниже порога чувствительности исходной фольги. Данный способ лишь сокращает время до появления реакции. Однако, если измеряемые величины циклических деформаций настолько малы, что находятся ниже порога чувствительности используемой фольги, то на получаемых датчиках реакция вообще не появляется никогда.

Казалось бы, применение фольги из алюминия или меди, прочностные свойства которых значительно ниже, чем у стали, гарантирует высокую чувствительность получаемых датчиков к циклическим деформациям стальных деталей. Однако вследствие того, что напряжения в датчике возникают за счет деформирования его вместе с деталью, величина напряжения в датчике σФ много меньше величины контролируемого напряжения σД поверхности детали: σ Ф = σ Д E Ф E Д , где ЕФ - модуль Юнга материала фольги; ЕД - модуль Юнга материала детали (Тютрин С.Г. Техническая диагностика металлическими покрытиями: Монография. - Курган: Изд-во Курганского гос. унта, 2007. С.31). Для стальной детали (ЕД=200 ГПа) при использовании алюминиевой фольги (ЕФ=70 ГПа) напряжение в фольге в 2,86 раза меньше напряжения детали, а при использовании медной фольги (ЕФ=122,6 ГПа) оно меньше в 1,63 раза. В результате циклическая долговечность фольги остается высокой, что снижает чувствительность изготовленных из нее датчиков, поскольку увеличивает длительность испытаний до момента появления в них усталостных повреждений. Таким образом, существует техническое противоречие между низкой прочностью материала легкодоступной алюминиевой, медной или др. фольги и ее высокой долговечностью циклического деформирования при жесткой фиксации на поверхности стальных деталей. (Применение фольги из специальных сплавов со специальными свойствами резко снижает доступность метода, повышает стоимость датчиков и поэтому здесь не рассматривается.)

Цель изобретения - повышение чувствительности датчика к малым циклическим деформациям.

Для достижения указанной цели используют липкую фольгу, например алюминиевый скотч. Фольгу разрезают, фрагменты фольги растягивают в пределах упругих деформаций и в таком состоянии с помощью клеящего слоя фольги наклеивают на контролируемые поверхности деталей. Хвостовые участки фрагментов жестко фиксируют на поверхности детали механическим или иным известным способом, после чего в поперечной плоскости посередине длины каждого фрагмента в фольге выполняют сквозные прорези и отверстия.

Техническим результатом изобретения является расширение арсенала технических средств для контроля циклических деформаций деталей машин, возникающих в процессе их эксплуатации. Возрастает оперативность контроля за счет повышения чувствительности датчиков к малым величинам циклических деформаций.

При проведении патентных исследований не обнаружены технические решения, раскрывающие сущность заявленного технического решения, следовательно, предложенное техническое решение соответствует критерию «новизна». Новым в устройстве является то, что сквозные прорези и отверстия на датчике располагают лишь в одной плоскости, расположенной перпендикулярно продольной оси датчика посередине его длины. Новым также является то, что прорези и отверстия на датчике выполняют после завершения наклеивания датчика на исследуемую деталь, датчик наклеивается в растянутом в пределах упругих деформаций состоянии, причем жестко фиксируют лишь хвостовые части датчика, а основная часть датчика крепится с помощью невысыхающего клея, используемого при изготовлении липкой фольги, например алюминиевого скотча.

Сущность изобретения не следует для специалиста явным образом из современного уровня техники, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «изобретательский уровень», поскольку общепризнанной считается необходимость обеспечения высокой жесткости крепления полностью готового датчика, а невысыхающий клей (например, каучуковый) не обеспечивает необходимой жесткости крепления, высоко эластичен и считается непригодным для наклеивания датчиков.

При этом были разрешены следующие технические противоречия:

1) фольга должна быть и подвижной, и закрепленной: при сжатии прямолинейной полоски фольги она изгибается, а ее фиксация на поверхности детали сохраняет прямую форму, но препятствует собственным деформациям;

2) фольга должна быть ослаблена отверстиями и прорезями (для повышения ее чувствительности) и должна быть наклеена в натянутом состоянии (для недопущения волнистости, зазоров и люфтов и для сохранения прямолинейной формы при сжатии). Но если поперечное сечение фольги ослаблено отверстиями и прорезями, то наклеивание фольги в растянутом в пределах упругих деформаций состоянии практически невозможно: происходит разрыв фольги в тонком месте.

Указанные технические противоречия решены путем применения невысыхающего клея липкой фольги и за счет того, что отверстия и прорези в липкой фольге выполняются после ее наклеивания.

На фиг.1 показан общий вид изготовленного (наклеенного) датчика. На фиг.2 показано приспособление для растяжения фрагментов фольги при их наклеивании. На фиг.3 схематично показано распределение силовых линий и движение частей датчика при циклическом деформировании контролируемой поверхности детали.

Наклеенный датчик имеет длину L, на большей части А которой он крепится с помощью невысыхающего клея липкой фольги, например, алюминиевого скотча (фиг.1). Остальные (хвостовые) участки датчика жестко фиксируются на поверхности исследуемой детали любым известным способом: механическими зажимами или приклеиванием, например, быстросохнущим клеем «Супер Момент». Для приклеивания хвостовых участков датчика прочным клеем их поверхность необходимо очистить от собственного клея липкой фольги, например, с помощью ватного тампона и ацетона. После наклеивания фрагмента фольги на нем с помощью кондуктора высверливаются отверстия в поперечном сечении посередине длины фрагмента. Для этого могут быть использованы сверла диаметром 0,3 мм, а сверление можно производить вручную с тем, чтобы не повредить поверхность исследуемой детали. Между отверстиями, а также от отверстия до края фрагмента скальпелем или лезвием бритвы могут быть выполнены прорези (в этом случае края прорезей имеют строго определенные форму и размеры). Количество отверстий и прорезей, а также их размеры и габаритные размеры фрагментов фольги могут варьироваться с целью получения датчиков различной чувствительности. Расстояние В между серединами хвостовых участков характеризует базу датчика.

Растяжение фрагментов фольги в пределах упругих деформаций и наклеивание их в таком растянутом состоянии удобно проводить с помощью специального приспособления в виде упругой скобы (фиг.2). Скоба 1 выполняется из оргстекла по размеру датчика 4 и имеет округлые края. Перед началом применения скобы она сжимается с помощью шпильки 2 и гаек 3. В таком состоянии к округлым краям скобы приклеивается подготовленный фрагмент фольги 4 (фольга приклеивается к скобе нелипкой стороной с помощью быстросохнущего клея, например, «Момент-1»). Затем гайки 3 полностью ослабляют или вовсе отвинчивают, в результате чего скоба разжимается и растягивает фрагмент фольги. После этого с клеящего слоя липкой фольги снимают защитный (бумажный) слой, а при необходимости - очищают ацетоном хвостовые участки, наносят на них слой быстросохнущего клея, например, «Супер Момент» и приклеивают на поверхность контролируемой детали.

Растяжение фрагментов фольги может быть выполнено любым другим известным способом, например, с помощью грузов, прикрепленных к фрагменту. Жесткую фиксацию хвостовых участков фрагментов фольги можно выполнить с помощью механических зажимов, хомутов или другими известными способами. Длина хвостовых участков определяется способом их фиксации и может составлять 5…10 мм (для одного хвостовика). Использование фольги в предварительно растянутом состоянии исключает возникновение волнистости фольги при наклеивании и в процессе циклического деформирования, т.е. обеспечивает устойчивость ее прямолинейной формы.

Закрепление основной части датчика с помощью невысыхающего клея обеспечивает небольшую, но достаточную при малых деформациях подвижность фольги относительно поверхности детали. Вследствие этого две половины датчика, связанные малыми перемычками между прорезями и отверстиями, в процессе циклического деформирования детали перемещаются оппозитно (зеркально симметрично) друг к другу, как условно показано стрелками на фиг.3. Сплошные стрелки показывают направления движения левой и правой частей датчика при растяжении детали, пунктирные стрелки показывают направления движения частей датчика при сжатии детали. В результате величина относительной деформации материала фольги ε' в области перемычек между прорезями и отверстиями (участок с ориентировочной длиной О многократно превышает относительную деформацию поверхности детали ε. Нетрудно убедиться в том, что если Δ B B = ε , а ε ' = Δ B C , то ε ' ε B C (фиг.3). Таким образом, относительная деформация материала фольги в области перемычек превышает измеряемую относительную деформацию поверхности детали примерно в В/С раз.

Длина области перемычек С, где концентрируются деформации и напряжения датчика, показана на фиг.3 ориентировочно. Ориентиром служат схождение и расхождение силовых линий 5, которые на фиг.3 изображены условно. Для точного определения характеристик получаемых датчиков выполняют калибровочные испытания.

Высокая чувствительность датчиков, изготовленных предлагаемым способом, была подтверждена экспериментально. Был использован алюминиевый скотч, из которого был вырезан фрагмент 80×7 мм. Хвостовые участки фрагмента (длиной 20 мм с каждой стороны) очищались от клеевого слоя с помощью ватного тампона и ацетона. Нелипкой стороной хвостовыми участками длиной 10 мм фрагмент крепился с помощью клея «Момент-1» к предварительно сжатой скобе (с расстоянием между ножками скобы 60 мм). Затем гайки, стягивающие ножки скобы, откручивали с тем, чтобы скоба растянула фрагмент фольги. На поверхность хвостовиков фрагмента, очищенную ранее от клеевого слоя, был нанесен быстросохнущий клей «Супер Момент» и фрагмент был наклеен на поверхность стального образца (хвостовики - с помощью быстросохнущего клея, обеспечивающего жесткую фиксацию, а основная часть поверхности фрагмента - с помощью невысыхающего клея алюминиевого скотча). Спустя сутки, фрагмент фольги был отрезан от ножек скобы по их внутренним краям с помощью лезвия, а скоба снята с образца (при этом отрезанные от фрагмента края длиной по 10 мм с двух сторон повреждались и более не использовались). В результате на образце остался фрагмент фольги длиной L=60 мм, основная часть которого на длине А=40 мм наклеена с помощью невысыхающего клея алюминиевого скотча, а хвостовые участки длиной 10 мм каждый жестко фиксированы на поверхности образца. Затем в поперечном сечении посередине длины фрагмента с помощью сверла диаметром 0,3 мм вручную были просверлены 3 отверстия, а от боковых отверстий с помощью лезвия были сделаны сквозные прорези до краев, как это показано на фиг.1.

Испытания были проведены на стальном образце с плоской рабочей поверхностью. Образец изгибался так, что датчик испытывал циклическое растяжение. Размах напряжений на поверхности образца составлял 130 МПа, что значительно ниже предела чувствительности известных датчиков из алюминиевой фольги и не вызывает в них усталостных повреждений, по крайней мере, в пределах нескольких миллионов циклов нагружения. А изготовленный по предлагаемому способу датчик среагировал уже после 1000 циклов нагружения (на его поверхности между прорезями и отверстием появились скопления следов дислокации, видимые при увеличении 28X с помощью микроскопа МБС-9).

Также экспериментально было установлено, что на таком же датчике, имеющем 3 сквозных отверстия, но без поперечных прорезей, при тех же условиях нагружения скопления дислокации на его поверхности появились лишь после 35000 циклов нагружения. Таким образом, путем изменения количества и формы сквозных прорезей и отверстий, можно значительно изменять чувствительность получаемых датчиков.

Также был опробован упрощенный порядок изготовления датчиков: без жесткой фиксации хвостовых участков. Датчик имел размеры 40×7 мм и крепился только с помощью невысыхающего клея алюминиевого скотча. Прорези и отверстия были такими же, как в первом варианте (фиг.1). При испытаниях по той же схеме при том же размахе напряжений он среагировал после 4000 циклов нагружений (в первом варианте, как отмечено выше, датчик среагировал после 1000 циклов нагружений). Таким образом, жесткая фиксация хвостовых участков фрагментов фольги повышает чувствительность датчика.

Следует отметить, что применение готовой липкой ленты, например, алюминиевого скотча удобно, но не является обязательным. Слой невысыхающего клея, например, каучукового может быть нанесен на фольгу по известной технологии при изготовлении датчика.

Предложенный способ изготовления приводит к увеличению габаритных размеров датчиков. Поэтому для контроля циклических деформаций с помощью таких датчиков наиболее подходящими являются рамы, балки и другие детали или элементы конструкций, имеющие нагруженные прямолинейные участки длиной не менее 50…100 мм.

Применение способа позволяет инженерам-механикам небольших производственных или сельскохозяйственных предприятий, а также индивидуальным предпринимателям изготавливать из легкодоступного алюминиевого скотча или из другой липкой фольги высокочувствительные датчики для контроля циклических деформаций, тем самым обеспечить оперативность мониторинга фактической нагруженности деталей машин и конструкций и повысить их долговечность и надежность.

Способ изготовления датчиков для контроля циклических деформаций, состоящий в использовании фольги из пластичного металла, выполнении в ней сквозных прорезей и отверстий, разрезании фольги на фрагменты и приклеивании их на контролируемые поверхности деталей, отличающийся тем, что используют липкую фольгу, например алюминиевый скотч, фрагменты с помощью клеящего слоя фольги наклеивают в растянутом в пределах упругих деформаций состоянии, хвостовые участки фрагментов жестко фиксируют на поверхности детали, а сквозные прорези и отверстия в фольге выполняют в одной поперечной плоскости посередине длины фрагмента после закрепления его на исследуемой детали.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике. Способ заключается в том, что при сопротивлении нагрузки Rн>500кОм определяют температурный коэффициент чувствительности (ТКЧ) мостовой цепи α+ до и α- до при температуре t+ и t-, соответствующей верхнему и нижнему пределу рабочего диапазона температур, и нелинейность ТКЧ мостовой цепи (Δαдо=α+ до-α- до).

Изобретение относится к измерительной технике. Способ заключается в том, что определяют температурный коэффициент чувствительности (ТКЧ) мостовой цепи α+ до и α- до при температуре t+ и t-, соответствующей верхнему и нижнему пределу рабочего диапазона температур, нелинейность ТКЧ мостовой цепи (Δαдо=α+ до-α- до).

Изобретение относится к измерительной технике. Способ заключается в том, что определяют ТКЧ мостовой цепи α+ до и α- до при температуре t+ и t-, соответствующей верхнему и нижнему пределу рабочего диапазона температур, нелинейность ТКЧ мостовой цепи (Δαдо=α+ до-α- до).

Изобретение относится к области контроля технического состояния обсадных колонн, насосно-компрессорных труб и других колонн нефтяных и газовых скважин. Техническим результатом является повышение точности и достоверности выявления наличия и местоположения поперечных и продольных дефектов конструкции скважины и подземного оборудования как в магнитных, так и в немагнитных первом, втором и последующих металлических барьерах.

Изобретение относится к измерительной технике. Способ заключается в том, что при сопротивлении нагрузки Rн>500 кОм определяют температурный коэффициент чувствительности (ТКЧ) мостовой цепи и при температуре t+, и t-, соответствующей верхнему и нижнему пределу рабочего диапазона температур, и нелинейность ТКЧ мостовой цепи .

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, в частности к тензометрии. Технический результат заключается в расширении области практического применения стенда и тензоэлемента, обеспечении мобильности стенда.

Изобретение относится к горному делу, в частности к приборам измерения проявления горного давления, а именно к датчикам для измерения натяжения анкера. .

Тензометр // 2483277
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для продолжительных измерений напряженно-деформированного состояния морских ледостойких сооружений.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля, а именно к диагностике и мониторингу состояния конструкции зданий или других инженерно-строительных сооружений в процессе строительства и эксплуатации.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения деформаций немагнитных материалов. Способ измерения деформаций из немагнитных материалов характеризуется тем, что на поверхности или внутри объекта размещают постоянные дипольные источники магнитного поля, например на основе магнитов из сплава неодим-железо-бор, при этом для вычисления параметров линейной (вдоль прямой линии) деформации используют как минимум два магнита не лежащие в одной точке, для вычисления параметров плоской деформации - минимум три магнита, не лежащие на одной прямой, для вычисления параметров объемной деформации - минимум четыре магнита, не лежащие в одной плоскости. Возле поверхности исследуемого объекта напротив каждого источника устанавливают систему датчиков, позволяющих измерить по 1, 2, 3 компоненты вектора индукции магнитного поля в нескольких точках, сосредоточенных в малой по сравнению с расстоянием до источников поля области пространства, или в качестве системы датчиков используют одно-, двух- или трехосевой датчик с системой 3D-позиционирования, сигналы с датчиков усиливают и преобразуют в цифровой вид, численные данные измерений: координаты точек измерения и значения компонент векторов индукции магнитного поля в них в лабораторной системе координат обрабатывают компьютерной программой, по полученным данным решают обратную задачу для системы слабо взаимодействующих магнитов и определяют их местоположение в лабораторной системе координат и векторы магнитных моментов в лабораторной системе координат до и после деформирования объекта, и, сравнивая эти решения, вычисляют параметры деформации. Описана установка для предлагаемого способа. Технический результат - возможность измерения линейной (вдоль прямой линии), плоской (в плоскости) и объемной (в пространстве) деформации объектов из немагнитных материалов. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при настройке тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности. Сущность: при сопротивлении нагрузки Rн≥500 кОм определяют температурный коэффициент чувствительности (ТКЧ) мостовой цепи α д о + и α д о − при температурах t+ и t-, соответствующих верхнему и нижнему пределу рабочего диапазону температур, и нелинейность ТКЧ мостовой цепи ( Δ α д о = α д о + − α д о − ) . Если полученное значение ∆αдо является положительным, то преобразуют положительную нелинейность ТКЧ мостовой цепи в отрицательную. Для этого определяют входное сопротивление и его температурный коэффициент сопротивления (ТКС), а также ТКЧ тензорезисторов α д + и α д − при температурах t+ и t- и вычисляют нелинейность ТКЧ тензорезисторов ( Δ α д = α д + − α д − ) . Вычисляют номинал термозависимого резистора Rαвх, и термонезависимых резисторов Rдвх, и Ri. Устанавливают резистор Ri в диагональ питания мостовой цепи, входное сопротивление которой шунтируют последовательно соединенными резисторами Rαвх и Rдвх. Определяют ТКЧ мостовой цепи при температурах t+ и t-, вычисляют нелинейность ТКЧ мостовой цепи ∆αдо. Если нелинейность ТКЧ принимает отрицательное значение, удовлетворяющее неравенству ∆αдо≤-2·10-6 1/°C, то производят компенсацию мультипликативной температурной погрешности путем вычисления и включения термозависимого резистора Rαвых, зашунтированного термонезависимым резистором Rдвых, в выходную диагональ мостовой цепи последовательно с нагрузкой. Технический результат: повышение точности настройки при положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи. 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к способу измерения прогиба металлических, деревянных и других по материалу балок при поперечном изгибе от эксплуатационной нагрузки и других причин в процессе эксплуатации балки. Способ неразрушающего измерения прогиба балок заключается в том, что на поверхностях верхнего и нижнего поясов балки в месте наибольшего прогиба Δ0 наклеивают тензорезисторы с одинаковыми характеристиками непосредственно на подготовленную поверхность верхнего и нижнего поясов балки. Рабочие и компенсационные тензорезисторы наклеивают в количестве от 3 до 5 штук в каждом поясе на участке длиной от 15 до 25 см с наибольшим прогибом Δ0. Рабочие тензорезисторы крепят вдоль главных напряжений σ вдоль балки, а компенсационные - между рабочими тензорезисторами поперек балки, защищают их от различных воздействий эпоксидной смолой, монтируют мостовые схемы для каждой пары тензорезисторов (рабочих и компенсационных) и соединяют провода от них с тензостанцией; измеряют начальное сопротивление R0 рабочих тензорезисторов, при этом прогиб балки Δ(t) в любой момент времени t определяют по формуле: Δ(t)=Δ0+r·(|ΔR1(t)|+|ΔR2(t)|), где Δ0 - начальный наибольший прогиб балки в момент времени t=0, измеренный с помощью высокоточной геодезической рейки и нивелира до наклейки тензорезисторов; r - постоянный коэффициент, зависящий от расчетных схем и размеров балки. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений. 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство для измерения динамических деформаций содержит измерительные тензорезисторы, опорные резисторы, усилитель, электронно-вычислительную машину с программным обеспечением, источник постоянного напряжения, эталонный резистор, коммутатор, блок управления, аналоговую программируемую многофункциональную плату с программным обеспечением, подключенную к ЭВМ. Программируемая плата может быть подключена к ЭВМ интерфейсом USB или путем установки в слот расширения PCI или PCIExpress, а устройство может быть снабжено устройством сопряжения, при этом подключение источника питания к первому аналоговому входу платы, второго вывода усилителя к аналоговому выходу платы, входа блока управления к цифровому выходу платы, выхода усилителя к аналоговому входу платы производится через соответствующие входы и выходы устройства сопряжения, связанного интерфейсом с совместимым разъемом указанной платы. Технический результат - расширение диапазона измеряемых величин и линейности выходной характеристики, повышение надежности функционирования устройства. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при настройке тензорезисторной датчиковой аппаратуры с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности. В диагональ питания мостовой цепи устанавливают термозависимый технологический резистор Rαm, номинал которого больше возможных значений компенсационного термозависимого резистора Rα. Параллельно резистору Rαm устанавливают перемычку. Измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при нормальной температуре t0, а также температуре t+, соответствующей верхнему пределу рабочего диапазона температур, и t-, соответствующей нижнему пределу рабочего диапазона температур. На основе проведенных измерений вычисляют ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи α ∂  изм + и α ∂  изм − при температурах t+ и t- соответственно, а также нелинейность ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи ( Δ α ∂  изм = α ∂  изм + − α ∂  изм − ) . Измеряют входное сопротивление мостовой цепи датчика. Включают термонезависимый резистор Ri=0,5·Rвх. Измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при температурах t0, t+ и t-. На основе проведенных измерений вычисляют ТКС входного сопротивления при температурах t+ и t-. Отключают резистор Ri и снимают перемычку с резистора Rαm. Измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при температурах t0, t+ и t-. На основе выполненных измерений вычисляют ТКС технологического термозависимого резистора Rαm при температурах t+ и t-. Если ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи и его нелинейность принадлежат области применения способа, то вычисляют номинал термозависимого резистора Rα и термонезависимого резистора R∂ с использованием полученных значений ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи, ТКС входного сопротивления и ТКС технологического термозависимого резистора. Технологический термозависимый резистор Rαm заменяют резистором Rα путем частичного задействования. Шунтируют резистор Rα термонезависимым резистором R∂. Технический результат заключается в повышении точности компенсации мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика с использованием широко распространенной измерительной аппаратуры. 1 з.п. ф-лы

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: в выходную диагональ мостовой цепи устанавливают термозависимый технологический резистор Rαm, номинал которого больше возможных значений компенсационного термозависимого резистора Rα. Параллельно резистору Rαm устанавливают перемычку. Измеряют выходное сопротивление мостовой цепи Rвых. Датчик подключают к низкоомной нагрузке Rн=2·Rвых. Измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при нормальной температуре t0, а также температуре t+, соответствующей верхнему пределу рабочего диапазона температур, и t-, соответствующей нижнему пределу рабочего диапазона температур. Повторяют измерения после подключения датчика к низкоомной нагрузке R н ' = R в ы х . На основе измеренных значений начального разбаланса и выходного сигнала датчика вычисляют ТКЧ мостовой цепи α д   и з м + , и α д   и з м − и ТКС выходного сопротивления при температурах t+ и t- соответственно, а также нелинейность ТКЧ мостовой цепи ( Δ α д   и з м = α д   и з м + − α д   и з м − ). Снимают перемычку с резистора Rαm. Измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при температурах t0, t+ и t-. На основе измеренных значений начального разбаланса и выходного сигнала датчика вычисляют ТКС термозависимого резистора Rαm при температурах t+ и t-. Если ТКЧ мостовой цепи и его нелинейность принадлежат области применения способа, то вычисляют номинал термозависимого резистора Rα и термонезависимого резистора R∂. Технологический термозависимый резистор Rαm заменяют резистором Rα путем частичного задействования резистора Rαm. Шунтируют резистор Rα термонезависимым резистором R∂. Технический результат: повышение точности компенсации. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при настройке тензорезисторной датчиковой аппаратуры с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности. В диагональ питания мостовой цепи устанавливают термозависимый технологический резистор Rαт, номинал которого больше возможных значений компенсационного термозависимого резистора Rα. Параллельно резистору Rαт устанавливают перемычку. Измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при нормальной температуре t0, а также температуре t+, соответствующей верхнему пределу рабочего диапазона температур, и t-, соответствующей нижнему пределу рабочего диапазона температур. На основе проведенных измерений вычисляют ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи α д   и з м + и α д   и з м − при температурах t+ и t- соответственно, а также нелинейность ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи ( Δ α д   и з м = α д   и з м + − α д   и з м − ) . Измеряют входное сопротивление мостовой цепи датчика. Включают термонезависимый резистор Ri=0,5·Rвх. Измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при температурах t0, t+ и t-. На основе проведенных измерений вычисляют ТКС входного сопротивления при температурах t+ и t-. Отключают резистор Ri и снимают перемычку с резистора Rαт. Измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при температурах t0, t+ и t-. На основе выполненных измерений вычисляют ТКС технологического термозависимого резистора Rαт при температурах t+ и t-. Если ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи и его нелинейность принадлежат области применения способа, то вычисляют номинал термозависимого резистора Rα и термонезависимого резистора Rш с использованием полученных значений ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи, ТКС входного сопротивления и ТКС резистора Rαт. Резистор Rαт заменяют резистором Rα путем частичного задействования. Шунтируют входное сопротивление мостовой цепи термонезависимым резистором Rш. Технический результат заключается в повышении точности компенсации мультипликативной температурной характеристики выходного сигнала датчика. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: в выходную диагональ мостовой цепи устанавливают термозависимый технологический резистор Rαт, номинал которого больше возможных значений компенсационного термозависимого резистора Rα. Параллельно резистору Rαт устанавливают перемычку. Измеряют выходное сопротивление мостовой цепи Rвых. Датчик подключают к низкоомной нагрузке Rн=2·Rвых. Измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при нормальной температуре t0, а также температуре t+, соответствующей верхнему пределу рабочего диапазона температур, и t-, соответствующей нижнему пределу рабочего диапазона температур. Повторяют измерения после подключения датчика к низкоомной нагрузке R н ' = R в ы х . На основе измеренных значений начального разбаланса и выходного сигнала датчика вычисляют ТКЧ мостовой цепи α д  изм + и α д  изм − и ТКС выходного сопротивления при температурах t+ и t- соответственно, а также нелинейность ТКЧ мостовой цепи ( Δ α д  изм = α д  изм + − α д  изм − ). Снимают перемычку с резистора Rαт. Измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при температурах t0, t+ и t-. На основе измеренных значений начального разбаланса и выходного сигнала датчика вычисляют ТКС термозависимого резистора Rαт при температурах t+ и t-. Если ТКЧ мостовой цепи и его нелинейность принадлежат области применения способа, то вычисляют номинал термозависимого резистора Rα и термонезависимого резистора Rш. Технологический термозависимый резистор Rαт заменяют резистором Rα путем частичного задействования резистора Rαт. Шунтируют выходное сопротивление мостовой цепи термонезависимым резистором Rш. Технический результат: повышение точности компенсации. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения деформаций в условиях однородных деформационных полей в процессе прочностных испытаний. Сущность: датчик включает в себя носитель 1 из тонкой металлической фольги. В носителе 1 посредством прямоугольных отверстий 2 образованы две тонкие нити 3 и площадка 4 между ними. На носитель 1 осаждена в вакууме тонкая разделительная диэлектрическая пленка 5, которая повторяет форму носителя 1. На диэлектрическую пленку 5 осаждены тензочувствительные элементы 6, 7 из моносульфида самария, которые соединены в мост Уитстона, и металлические контактные площадки 8, которые являются входными и выходными контактами датчика. В носителе 1 могут быть дополнительно выполнены две сквозные прорези, каждая из которых начинается от середины соответствующего крайнего прямоугольного отверстия 2 и перпендикулярна ему, образуя площадки, на которых выполнены металлические контактные площадки. Технический результат: увеличение выходного сигнала, температурная независимость. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ определения напряжений в конструкции без снятия статических нагрузок может быть использован для оценки прочности конструкции и прогнозирования ее несущей способности. Измерения поверхностных деформаций ε производят в контролируемых точках на конструкции, находящейся в напряженно-деформированном состоянии. Контролируемые точки выбирают таким образом, что они имеют возможность дополнительного нагружения независимо от конструкции. В контролируемых точках создают с помощью известной внешней силы P дополнительные напряжения, совпадающие по направлению с измеряемыми, ступенчато увеличивают деформацию на Δε, измеряют изменение внешней силы ΔPi. Нагружение увеличивают до тех пор, пока K = | Δ P i + 1 Δ P i − 1 | * Δ ε не увеличится до значения, соответствующего нормированному отклонению от закона Гука механической характеристики материала конструкции. Деформацию конструкции определяют, вычитая из известного значения деформации для заранее известной механической характеристики материала конструкции измеренную дополнительную деформацию. Техническим результатом изобретения является упрощение процесса измерения и ненарушение целостности исследуемой конструкции. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх