ДАТЧИК ДЕФОРМАЦИЙ

Предлагаемая полезная модель относится к измерительной технике, а более конкретно к оборудованию для измерения малых перемещений, и может быть использована для измерения деформаций в железобетонных, металлических и композиционных элементах строительных конструкций различного назначения.
Известен датчик деформации (см. патент РФ на изобретение №2280851, МПК: G01N 3/08), включающий опоры, контактирующие с испытуемым образцом, закрепленные на взаимно подвижных телескопически сопряженных корпусах, тензочувствительную упругую балочку с наклеенными тензорезисторами, при этом упругая балочка одним концом закреплена на одном из корпусов параллельно с испытуемым образцом, а второй конец балочки опирается на наклонную поверхность закрепленного на втором корпусе клина и устройства упругого прижима ножей к образцу. Устройство прижима опор к образцу выполнено в виде втулок, закрепленных посредством кронштейнов на каждом из корпусов, оси которых (втулок) перпендикулярны к оси испытуемого образца, в которых размещен подпружиненный шток с возможностью перемещения его в осевом и круговом направлениях с диаметрально расположенным штифтом, опирающимся либо на внешний относительно образца торец втулки в исходном положении, либо размещающимся под действием пружины диаметрально пазу, при этом шток упирается в испытываемый образец, прижимая опоры к образцу.
Известное устройство относится к устройствам измерения удлинения испытуемого образца при его растяжении вплоть до разрушения. Для испытания строительных конструкций при кратковременных динамических нагрузках устройство использовать невозможно, так как оно не сможет выдержать знакопеременные многократные нагрузки и возникающие перекосы в процессе такой работы, следовательно, невозможно достоверно определить деформации под динамической нагрузкой.
Известен также датчик деформаций (см. патент РФ на полезную модель №67703, МПК: G01B 5/02, G01B 5/30, G01N 3/08), включающий опоры, элементы для неподвижной установки опор на испытуемом образце, упругую измерительную балку с наклеенными тензорезисторами, установленную с возможностью перемещения, причем опоры выполнены шаровыми, каждая в виде цилиндрической втулки с основанием, внутри которой установлен шаровой элемент, при этом концы упругой измерительной балки жестко закреплены непосредственно на шаровых элементах, а основания шаровых опор предназначены для установки опор на испытуемом образце, упругая измерительная балка предварительно протарирована.
Недостатком данного устройства является необходимость постоянной тарировки перед проведением испытания и создание предварительного начального выгиба, что снижает достоверность результатов измерений.
Задача состоит в повышении достоверности результатов при испытаниях как в условиях динамических нагрузок, в частности при испытаниях мостовых сооружений, так и при статических испытаниях сооружений в различных погодных условиях и уменьшении времени на монтаж.
Для решения поставленной задачи датчик деформаций, содержащий опоры, элементы для неподвижной установки опор на испытуемом образце, упругую измерительную балку с наклеенными тензорезисторами, снабжен фиксатором измерительной базы, закрепленным в опорах датчика посредством монтажных элементов. При этом каждая опора датчика выполнена в виде магнитной шайбы с абразивным покрытием на ее основании, а концы упругой измерительной балки жестко прикреплены непосредственно к магнитным шайбам.
Наличие в устройстве фиксатора измерительной базы, который позволяет устанавливать датчик всегда на одинаковую базу измерений, обеспечивает быстрое и надежное крепление датчика даже в стесненных условиях. Кроме того, выполнение датчика с использованием температурно-устойчивых материалов позволяет использовать его в различных погодных условиях, в частности при испытании и мониторинге сооружений как в северных районах с температурой до -50°С, так и в районах с высокой солнечной активностью при повышении температур в летний период до +70°С.
Сущность технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид датчика деформаций, на фиг. 2 - датчик деформаций, вид сверху.
Предлагаемый датчик деформаций состоит из сводчатого упругого элемента 1 с наклеенными по мостовой схеме тензорезисторами, опор датчика 2, жестко закрепленных на магнитных шайбах 3 с абразивным покрытием 4, фиксатора измерительной базы 5 для монтажа и демонтажа датчика, влагонепроницаемого морозостойкого покрытия 6, провода для вывода данных 7 и монтажных винтов 8 для фиксатора базы.
Датчик предназначен для работы при температуре окружающей среды от -50°С до +70°С. Тензорезисторы, наклеенные на упругом элементе, объединены по мостовой схеме. Рабочий диапазон измерений составляет +/- 2 мм. Входное/выходное сопротивление устройства около 600 Ом. Для считывания показаний с датчика можно использовать различные системы измерения с напряжением питания от 2 до 10 В.
Датчик работает следующим образом. Удерживая датчик за фиксатор измерительной базы 5, опоры датчика 2 закрепляются на образце при помощи магнитных шайб 3 с абразивным покрытием 4, затем с помощью монтажных винтов 8 фиксатор измерительной базы 5 снимается с датчика. Далее при деформациях образца, вызванных статическими или динамическими нагрузками, опоры датчика 2 смещаются, изменяя начальное состояние сводчатого упругого элемента 1. В наклеенных на сводчатый упругий элемент 1 тензорезисторах формируется электрический сигнал, пропорциональный величине перемещения опор датчика 2.
Пример 1
На испытательной разрывной машине WDW-300E был установлен металлический образец площадью поперечного сечения 20×12 мм, деформации которого на каждом этапе нагружения от 5 до 65 кН были получены расчетным путем и затем эти деформации фиксировались с помощью датчика. Данные сведены в таблицу.
Как видно из таблицы, среднее отклонение между расчетными и измеренными значениями составило не более 1% на каждом этапе нагружения.