ТЕНЗОМЕТР НАКЛАДНОЙ ДИНАМИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ
DYNAMIC DEFORMATION PLATED STRAIN GAUGE

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения малых деформаций.
Известны устройства для измерения деформаций образцов, в частности тензометры (Экспериментальные методы исследования деформаций и напряжений: Справочное пособие / Под ред. Б.С. Касаткина. - Киев: Наук, думка, 1981. - 574 с.). Известные тензометры, как правило, содержат подставки и тензорезисторы, которые могут быть наклеены на подставки.
Недостатками известных тензометров могут быть следующие:
1) невозможность оперативного монтажа тензометра на вибрирующих поверхностях работающего оборудования при высоких температурах, вследствие ограничений, связанных с применением клеевых составов;
2) конструкция аналогичных тензометров не предусматривает предварительное растяжение тензорезисторов, что при наличии деформаций сжатия будет приводить к потере устойчивости тензорезисторов между подставками даже при малой величине зазора.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является тензометр (а.с. № SU 1395941, МПК G01B 7/10, опубликовано 15.05.1988 г.), принятый за прототип.
Известный тензометр содержит две одинаковые подставки, зеркально симметричные относительно единственного рабочего зазора равной ширины, образованного между ними, и связанные между собой V-образной упругой вставкой. Согласно прототипу длина измерительной базы тензорезисторов зависит от ширины этого рабочего зазора, поэтому, например, при ее наименьшей длине в 5 мм наименьшая ширина рабочего зазора не может составлять менее 1 мм. Над рабочим зазором на верхние торцевые поверхности подставок наклеены тензорезисторы, ориентированные перпендикулярно средней линии рабочего зазора. Для жесткой фиксации подставок тензометра в ненагруженном состоянии при его съеме, транспортировке и установке на новый объект измерений подставки и упругая вставка снабжены сквозными резьбовыми отверстиями и фиксирующим элементом (винтом), ось которого параллельна продольным осям тензорезисторов. Фиксирующий элемент предотвращает линейные перемещения подставок при монтаже, демонтаже и транспортировке известного тензометра.
Известный тензометр работает следующим образом. Тензометр приклеивают к поверхности неработающего объекта измерений и, выворачивая и удаляя фиксирующий винт, переводят его в рабочее положение. Затем включают объект в работу. Появление деформаций на поверхности объекта приводит к изменению величины зазора между подставками и к растяжению (сжатию) тензорезисторов, которое регистрируется электроникой. После завершения нагружения объекта и отключения тензорезисторов от измерительной цепи подставки тензометра вновь скрепляют фиксирующим винтом, и снимают тензометр с объекта.
У известного тензометра имеются следующие недостатки:
1) невозможность оперативного монтажа тензометра на вибрирующих поверхностях работающего оборудования при высоких температурах, вследствие ограничений, связанных с применением клеевых составов;
2) неравномерное использование тензорезисторов по их длине, т.к. они наклеены над единственным рабочим зазором тензометра. Вследствие этого, деформации растяжения и сжатия происходят только в центральной части их решетки, что может привести к ее повреждению. Кроме того, при деформациях сжатия может произойти потеря устойчивости тензорезисторов;
3) ненадежный способ клеевого монтажа тензорезисторов над зазором тензометра, когда наклейка подложки тензорезистора осуществляется только в двух его краевых точках, что увеличивает вероятность разрушения клеевого соединения при многократном использовании.
4) конструкция тензометра не предусматривает предварительное растяжение тензорезисторов, что при наличии деформаций сжатия будет приводить к потере устойчивости тензорезисторов между подставками даже при малой величине зазора.
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение возможности оперативного монтажа тензометра на работающем оборудовании в условиях вибрационных и температурных воздействий, а также повышение надежности тензометра и эффективности его работы.
Поставленная задача решается тем, что в тензометре накладном динамических деформаций, содержащем две разделенные рабочим зазором одинаковые подставки, зеркально симметричные относительно оси симметрии тензометра, тензорезисторы, наклеенные над рабочим зазором, упругую вставку, связывающую подставки, фиксирующий элемент, согласно изобретению в опорной части подставок выполнены полости, в которых размещены магниты, расположенные в пределах базы тензометра и обращенные друг к другу одноименными полюсами, упругая вставка выполнена в виде нескольких соединенных между собой П-образных элементов, образованных вертикальными несквозными вырезами, направленными встречно, при этом рабочий зазор между подставками выполнен состоящим из нескольких вертикальных несквозных вырезов между П-образными элементами упругой вставки, а их суммарная ширина составляет не менее 1/3 измерительной базы тензорезисторов, которые, в свою очередь, наклеены на верхние поверхности П-образных элементов, а фиксирующий элемент выполнен в виде плоской перемычки, установленной на торцевых поверхностях подставок и закрепленной посредством винтов.
Тензорезисторы могут быть наклеены на промежуточную упругую плоскую подложку, предварительно наклеенную на торцевые поверхности подставок.
Промежуточная упругая плоская подложка может быть изготовлена из резины.
Технический результат предлагаемого тензометра выражается в упрощении и ускорении монтажа и демонтажа предлагаемого тензометра, в т.ч. на работающем оборудовании без необходимости его остановки, за счет использования магнитов, а также за счет возможности измерения малых деформаций исследуемого объекта при обеспечении многократного использования одного тензометра без риска повреждения тензорезисторов, в т.ч. за счет исключения потери устойчивости тензорезисторов при деформациях сжатия и равномерного использования их по длине при деформациях растяжения.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где показан предлагаемый тензометр в продольном разрезе.
Предлагаемый тензометр может иметь в сечении круглую или прямоугольную форму и состоит из двух одинаковых подставок 1, зеркально симметричных относительно оси симметрии 2. Подставки 1 связаны между собой упругой вставкой 3, которая представляет собой одно целое с подставками 1. Упругая вставка 3 выполнена в виде нескольких (например, шести), соединенных между собой П-образных элементов 4, образованных вертикальными несквозными вырезами 5, направленными встречно. Ширина каждого выреза 5 составляет 0.2-0.4 мм. В верхней своей части вырезы 5 образуют рабочие зазоры 6, которые имеют одинаковую с вырезами 5 ширину в нерабочем положении тензометра. Суммарная ширина всех рабочих зазоров 6 составляет по меньшей мере 1/3 измерительной базы тензорезисторов 7, которая может составлять 5 мм и более при неизменной ширине одного рабочего зазора 6. Упомянутые вырезы 5 могут быть выполнены, например, электроэрозионным способом. Тензорезисторы 7 могут быть наклеены непосредственно на торцевые поверхности подставок 1 и на верхние плоские поверхности П-образных элементов 4 упругой вставки 3 симметрично относительно оси 2 и параллельно базе 8 тензометра. Тензорезисторы 7 могут быть наклеены на промежуточную упругую плоскую подложку 9, которая может быть изготовлена из резины. Подложка 9 предварительно может быть наклеена на верхние торцевые поверхности подставок 1 и на верхние плоские поверхности П-образных элементов 4. В опорной части каждой из двух подставок 1 выполнено по одной полости (на чертежах не обозначены), в которых размещены два одинаковых магнита 10 (например, неодимовых), обращенных друг к другу одноименными полюсами. Магниты 10 расположены в пределах базы 8 тензометра на определенном расстоянии друг от друга с возможностью обеспечения необходимого растяжения тензорезисторов 7. На верхних торцевых сторонах подставок 1 выполнены резьбовые отверстия (на чертежах не обозначены) для винтов 11, с помощью которых на подставках 1 установлена плоская жесткая перемычка 12, выполняющая функцию фиксирующего элемента. Магниты 10 отталкиванием своих одноименных полюсов создают предварительное растяжение тензорезисторов 7. Винты 11 и перемычка 12 фиксируют на постоянном начальном уровне предварительное растяжение тензорезисторов 7 в нерабочем положении тензометра.
Предлагаемый тензометр работает следующим образом.
Тензометр может быть установлен посредством примагничивания магнитов 10 к поверхности объекта 13 измерений как в его работающем, так и в неработающем положении. Если исследуемый объект 13 изготовлен из немагнитного материала, то в этом случае тензометр может быть наклеен на его поверхность известным способом. После монтажа тензометра выворачивают винты 11 и демонтируют плоскую перемычку 12, переводя его в рабочее положение. Благодаря магнитам 10 тензорезисторы 7 находятся в предварительно растянутом положении. Затем подключают тензорезисторы 7 к измерительной цепи. На тензорезисторы 7 начинают воздействовать деформации сжатия и растяжения. Появление динамических деформаций в направлении базы 8 тензометра на поверхности объекта 13 приводит к изменению ширины рабочих зазоров 6 и к сопутствующему деформированию решеток тензорезисторов 7, которое фиксируется по изменению выходного сигнала измерительной цепи. Благодаря тому, что рабочие зазоры 6 распределены не менее чем на 1/3 измерительной базы тензорезисторов 7, обеспечивается равномерное деформирование их решеток без риска повреждения, а малая ширина отдельно взятого зазора 6, составляющая 0.2-0.4 мм, соизмеримая с толщиной подложки 9 тензорезисторов 7, обеспечивает их работу без потери устойчивости. Предварительное натяжение тензорезисторов 7 способствует повышению чувствительности тензометра, что позволяет регистрировать малые деформации объекта исследования 13, например, в диапазоне ±2000 мкм/м.
После завершения измерений и отключения тензорезисторов 7 от измерительной цепи тензометр переводится в транспортировочное положение посредством установки перемычки 12 и винтов 11. При этом фиксируется на постоянном начальном уровне предварительное растяжение тензорезисторов 7.
Благодаря наличию упругой вставки 3 с образованной в ней серией П-образных элементов 4 и встречных вырезов 5, а также многоточечному клеевому контакту между тензорезисторами 7 и поверхностью тензометра, образованной торцевыми поверхностями подставок 1 и верхними плоскими поверхностями П-образных элементов 4 упругой вставки 3, достигается равномерное деформирование решеток тензорезисторов 7 по длине их измерительной базы 8, что обеспечивает их эффективную и долговременную работу, а наличие предварительного растяжения тензорезисторов 7, обусловленного отталкиванием одноименных полюсов магнитов 10, и фиксируемого на одном уровне установкой перемычки 12 и винтов 11, обеспечивается надежная работа тензометра при деформациях сжатия без потери устойчивости тензорезисторов 7.
Преимуществами предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом являются следующие:
- обеспечение возможности оперативного измерения динамических деформаций промышленного оборудования, эксплуатируемого в условиях вибрационных и температурных воздействий, без необходимости его остановки;
- увеличение срока службы тензорезисторов в 2-3 раза;
- обеспечение измерения малых деформаций в диапазоне ±2000 мкм/м.