ДАТЧИК ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИЙ
STRAIN GAUGE

Изобретение относится к горному делу, в частности к приборам измерения проявления горного давления, а именно к датчикам для измерения натяжения анкера.
Известен [1] динамометр для измерения нагрузок на крепь горных выработок, состоящий из верхней и нижней крышек, втулки, тарельчатой пружины, резиновых прокладок. Для дистанционного измерения деформаций тарельчатых пружин он снабжен фотоэлементом.
Основной недостаток таких динамометров состоит в неустойчивости деформационной характеристики тарельчатой пружины в процессе измерения, обусловленной влиянием формы в процессе термозакалки и значительной чувствительностью к незначительному изменению температуры.
Известно [2] устройство контроля натяжения анкера, состоящее из двух опорных шайб и расположенного между ними элемента податливости. В тело элемента податливости встроена капсула, в полости которой установлена система протарированных подвижных контактов, соединенных с радиопередатчиком.
Недостаток устройства состоит в том, что его трудно совместить с единой системой мониторинговой сети контроля содержания газа метана, состояния анкерной крепи и приконтурного массива. Кроме того, упругий податливый элемент, например, из вакуумной резины не имеет устойчивой по времени нагрузочной характеристики из-за старения резины, а также из-за внецентренного сжатия ее.
Наиболее близким аналогом по технической устойчивости является [3] тензометрический датчик, включающий корпус с центральным отверстием и фланцами на торцах, с внешней стороны которого размещены активные и компенсационные тензорезисторы, соединенные между собой по мостовой схеме, плечи которой имеют равные электрические сопротивления.
Основной недостаток датчика состоит в том, что он не может работать без вторичного прибора в автономном режиме.
Целью предлагаемого изобретения является создание датчика тензометрического, способного функционировать в автономном режиме.
Для достижения указанной цели датчик тензометрический включает корпус в виде втулки с центральным отверстием, на внешней поверхности которой и на пластине из этого же материала размещены активные и компенсационные тензорезисторы, соединены между собой по мостовой схеме, плечи которой имеют равные электрические сопротивления, кожух.
Отличием является то, что датчик тензометрический дополнительно снабжен автономным источником питания, набором светодиодов, включенными в состав электронной схемы, которая подсоединяет к сети тот или иной светодиод из набора в зависимости от сопротивления моста. Электронная схема включает мост Уитстона из тензодатчиков, инструментальный усилитель, блок компараторов, задающее устройство, посредством которых обеспечивает зажигание светодиода из блока индикации, соответствующего интервалу нагрузки.
Таким образом, введенные признаки решают проблему визуального контроля нагрузки на анкеры посредством автономных датчиков, не требующих вторичного прибора. Данный тензометрический датчик может функционировать также в сети мониторинга без потери функции визуального контроля.
Сущность предложения поясняется чертежами.
На фиг.1 представлен осевой разрез датчика тензометрического.
На фиг.2 - разрез 1-1 фиг.1.
На фиг.3 представлена электронная блок схема датчика тензометрического.
Датчик тензометрический включает втулку 1 с фланцами и осевым отверстием под анкер. Пространство между фланцами и втулкой ограждает кожух 2. На внешней поверхности втулки 1 установлены активные плечи 3 моста Уитстона. Компенсационные плечи 4 расположены на пластинке 5, выполненной из этого же материала, что и стальная втулка 1. Между фланцами втулки 1 расположены источники питания 6 с контактными подложками 7 и 8. Подложки 8 установлены на крышках 9, которые перекрывают отверстия в гнездах нижнего фланца втулки 1, через которые устанавливаются источники питания 6. Подложки 7 и 8 являются контактными пластинами, между которыми устанавливают источники питания 6. Между фланцами втулки 1 установлены стойки - платы 10, на которых смонтированы наборы светодиодов 11. В кожухе 2 напротив светодиодов 11 разделаны окна 12. В окнах 12 могут быть вставлены, например, непосредственно светодиоды или кварцевые стекла, через которые осуществляется индикация света от светодиодов (фиг.2). Плата 13 электронной схемы размещена в зазоре между втулкой 1 и кожухом 2 и между фланцами. Электронная схема (фиг.3) включает мост 14 Уитстона, инструментальный усилитель 15, блок компараторов 16, задающее устройство 17, блок индикации 18 со светодиодами, таймерно-питающее устройство 19 с источниками питания 6.
Для подсоединения к датчику мониторинговой сети кожух 2 датчика снабжен штепсельным разъемом 20.
Втулка 1 размещена осевым отверстием на анкере между гайкой и опорным элементом анкера, которые формируют нагрузку на торцы втулки 1 (фиг.1).
Изменение нагрузки вызывает изменение электрического сопротивления моста 14. Мост тензорезисторов 14 обеспечивает линейное изменение напряжения на выходе в некотором диапазоне, в зависимости от нагрузки на втулку 1 датчика.
Инструментальный усилитель 15 предназначен для усиления сигнала и приведения его к некоторому стандартному значению. Нормированный сигнал подается на вход блока компараторов 16. На другие входы блока компараторов подаются с задающего устройства 17 опорные напряжения, задающие пороги переключения отдельных компараторов блока.
Задающее устройство 17 вырабатывает опорные напряжения для блока компараторов 16. Эти напряжения создают закон измерения (линейный, логарифмический и др.) и интервалы переключения как равномерные, так и не равномерные. Это обеспечивает более обширную сферу применения датчика. Например, контрольному датчику достаточно двух порогов переключения, соответствующим трем состояниям исследуемого объекта:
- Нагрузка ниже нормы
- Нагрузка в норме
- Нагрузка выше нормы.
При переключении одного из компараторов блока компараторов 16 обеспечивается зажигание одного или нескольких светодиодов 11 блока индикации 18.
Таймерно-питающее устройство 19 обеспечивает стабильное питание измерительного моста, инструментального усилителя 15 и задающего устройства 17. Для длительной работы электронной схемы от автономного источника питания 6, таймерно-питающее устройство 19 обеспечивает повторно-кратковременную подачу напряжения на блоки компараторов 16 и индикаторов 18.
Функционирует датчик тензометрический следующим образом.
После установки источников питания 6 между контактными подложками 7 и 8 таймерно-питающее устройство 19 (ТПУ) обеспечивает стабильное напряжение питания моста Уитстона 14. После установки датчика на анкере и предварительного его натяжения гайкой на торцах втулки 1 активные плечи моста изменяют электрическое сопротивление пропорционально действующей нагрузке. Возникший разбаланс в сопротивлении моста вызывает сигнал, который поступает в инструментальный усилитель 15. Здесь сигнал усиливается и приводится к некоторому стандартному значению подается на вход блока компаратора 16.
На другой вход блока компаратора 16 от задающего устройства 17 подаются опорные напряжения, задающие пороги переключения отдельных блоков компаратора.
В результате сравнения поступившего сигнала от ИУ 15 с пороговыми напряжениями от ЗУ 17 включается тот или иной компаратор блока 16, который подает напряжение на соответствующий светодиод 11 из блока индикатора 18. Светодиод зажигается светом в окне 12. Цвет светодиода соответствует уровню сигнала, пропорционально нагрузке в интервале значений силы до 20 кН. При увеличении нагрузки, например до 45 кН, уровень сигнала с моста увеличится. Увеличится сигнал и в ИУ 14. После сравнения увеличенного сигнала, поступившего в БК 16, с пороговыми напряжениями от ЗУ 17 в БК 16 включится другой компаратор, который подаст напряжения на соответствующий светодиод из БИ 18. Светодиод соответствующего цвета загорается в соответствующем окне 12 кожуха 2.
При сигнале на границе интервалов значений загораются два светодиода.
Изменение нагрузки на датчик таким образом приводит к загоранию того или иного светодиода соответствующего цвета.
Повторно-кратковременный режим работы блока компараторов и блока индикации позволяет увеличить длительность использования источника тока.
Таким образом, данное предложение позволяет реализовывать датчик тензометрический, который функционирует в автономном режиме.
Датчик может функционировать также в сети мониторинговых систем.
Анализ источников информации позволяет сделать вывод о том, что данное предложение удовлетворяет признаком новизны и полезности.
Источники информации
1. а.с. СССР 474671.
2. а.с. СССР 191448.
3. Патент РФ №2169901.