ТЕНЗОМЕТР

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для определения деформации различных объектов, в частности, для измерения деформации поверхности твердых тел, находящихся под воздействием изменяющихся во времени одноосных или двухосных (плоских) нафузок.
Известно устройство для измерения деформаций (тензометр), содержащее индуктивный преобразователь в виде катуппш и связанного с ней сердечника, установленный в механизме передачи перемещений, взаимодействующем с испытуемой поверхностью объекта посредством подвижного и неподвижного наконечников (авт. свид. СССР №295066, МПК G 01 В 7/16, 1971).
Недостатком известного устройства является сложность конструкции, невозможность изменения базы измерения (исходного расстояния между наконечниками) и неудобство эксплуатации при длительных испыганиях на объектах с переменными деформациями.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является тензометр, содержащий индуктивный преобразователь в виде корпуса с расположенной в нем катущкой и взаимодействующего с ней сердечника с опорой, закрепляемый на поверхности деформируемого объекта (авт. свид. №787886, МПК 3 G 01 В 7/16, 1980 прототип). При деформации контролируемой поверхности в направлении оси катушки сердечник перемещается относительно последней, при этом сигнал с блока преобразования э.д.с. катущки пропорционален величине деформации.
Недостатком устройства-прототипа является ненадежность крепления элементов индуктивного преобразователя и узкий диапазон измеряемых деформаций при использовании тензометра для контроля напряженного состояния твердых тел, что ограничивает эксплуатационные возможности устройства.
Предлагаемая полезная модель направлена на расщирение эксплуатационных возможностей тензометра с индуктивным преобразователем за счет повыщения надежности крепления элементов преобразователя и расширения диапазона измерения деформаций на поверхности разнообразных твердых тел.
ТЕНЗОМЕТР
площадкам корпуса катушки и опоры. Кроме того, он дополнительно снабжен одним или несколькими индуктивными преобразователями, контактные площадки которых прикреплены к эластичной подложке, причем оси катушек всех преобразователей расположень под углом друг к другу, перекрещиваются в пространстве между контактными площадками преобразователей на различных уровнях по отношению к поверхности деформации. Сердечник может бьпъ выполнен либо из ферромагнитного материала, либо из неферромагнитного металлического материала, например из меди. Эластичная подложка может быть выполнена в виде двух элементов, один из которых прикреплен к контактной площадке корпуса катушки, а другой - к контактной площадке опоры, причем элемент эластичной подложки, выступающий в направлении деформации за контуры контактной площадки корпуса катущки или опоры, выполнен симметричным по отношению к соответствующей площадке в указанном направлении. Тензометр может быть дополнительно снабжен тягой, соединяющей сердечник с опорой, которая выполнена гибкой в поперечном к оси сердечника направлении и из неферромагнитного материала.
Введение в тензометр эластичной подложки, прикрепленной к контактным площадкам корпуса катущки и опоры, позволяет повысить надежность крепления преобразователя к деформируемой поверхности твердых тел и расширить диапазон измеряемых деформаций за счет исключения непроизвольного отделения жестких контактных площадок преобразователя от деформируемой поверхности. Наличие дополнительно одного или нескольких индуктивных преобразователей, контактные площадки которых прикреплены к эластичной подложке, а оси катушек всех преобразователей расположены под углом друг к другу и перекрещиваются в пространстве между контактными площадками корпусов катушек и опор на различных уровнях по отношению к поверхности деформации, позволяет производить одновременное измерение деформаций по различным направлениям на одном и том же участке контролируемого объекта.
Выполнение сердечника индуктивного преобразователя из ферромагнитного материала повышает чувствительность устройства и точность измерения деформаций, а выполнение его из неферромагнитного металлического материала, например из меди, дает возможность производить измерения деформаций при наличии в зоне измерения сильных магнитных полей.
повысить точность определения деформаций по сравнению с тензометром, имеющим одну общую подложку под обеими контактными площадками индуктивного преобразователя. При этом выполнение элемента эластичной подложки, выступающего в направлении деформации за контуры контактных площадок преобразователя, симметричным по отношению к соответствующей площадке в указанном направлении повыщает точность измерения деформаций за счет исключения смещения катущки или сердечника относительно заданной базы измерения при деформации эластичной подложки. Это, в свою очередь, исключает необходимость дополнительной градуировки тензометра после установки его на контролируемую поверхность.
Введение в тензометр тяги, соединяющей сердечник с опорой, и вьшолнение ее гибкой в поперечном к оси сердечника направлении расширяет эксплуатационные возможности устройства и точность определения деформаций за счет существенного увеличения базы измерения и возможности использования тензометра на изделиях с поверхностями различной кривизны. Выполнение тяги из неферромагнитного материала позволяет также применять ферромагнитные сердечники минимально возможной длины, что снижает влияние на преобразователь магнитных полей и увеличивает точность измерения деформаций. Применение гибких тяг в тензометре с несколькими индуктивными преобразователями позволяет использовать идентичные катущки с одинаковым расстоянием их осей от контролируемой поверхности.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид тензометра; на фиг.2 -схема распределения деформаций в эластичной подложке; на фиг.З и 4 - тензометры с двумя элементами эластичной подложки; на фиг.З - тензометр с двумя индуктивными преобразователями; на фиг.6 - тензометр с тягой между сердечником и опорой.
Тензометр содержит индуктивный преобразователь, состоящий из катушки 1 (фиг.1), расположенной в корпусе 2, и сердечника 3, жестко соединенного с опорой 4, а также эластичную подложку 5, прикрепленную с одной стороны к контактным площадкам корпуса 2 и опоры 4, а с другой стороны прикрепляемую к поверхности деформируемого объекта 6. Роль подложки может выполнять заданный слой эластичного клея, которым индуктивный преобразователь прикрепляется к поверхности контролируемого объекта. В исходном состоянии (до деформации объекта) за базу измерений bo может быть принято расстояние ао между центрами контактных площадок корпуса 2 и опоры 4, т.е. bo  ао, как показано на фиг.1, где IK и 1с - длина вдоль направления деформации контактной площадки корпуса и опоры сердечника, соответственно.
При размерах эластичной подложки 5 в направлении деформации (вдоль оси катушки 1 на фиг. 1), существенно превышающих расстояние между внешними кромками контактных площадок корпуса 2 и опоры 4, она деформируется равномерно по толщине и, в отсутствие трения между катущкой 1 и сердечником 3, положение «базовых точек на поверхности объекта будет практически совпадать с положением центров контактных площадок при любой деформации. Однако, при размерах подложки 5, соизмеримых с внешним контуром обеих контактных площадок, в процессе деформации появляется взаимное смещение «базовых точек объекта и центров контактных площадок корпуса 2 и опоры 4, когда расстояние ai между центрами площадок становится не равным расстоянию bi между «базовъши точками (на фиг.2 это соответствует деформации растяжения объекта 6, когда ai  bi). Это происходит из-за того, что часть поверхности эластичной подложки 5 со стороны контактных площадок индуктивного преобразователя имеет жесткую связь с его недеформируемыми частями и, соответственно, не деформируется, а смещается к центру подложки, как показано на фиг.2. Данное смещение приводит к несоответствию показаний тензометра истинному перемещению «базовых точек деформируемого объекта и требует дополнительной градуировки прибора непосредственно на изделии; снижается также чувствительность тензометра.
Разделение эластичной подложки тензометра на два элемента, один из которых прикреплен к контактной площадке корпуса 2 (поз.7 на фиг.З), а другой - к контактной площадке опоры 4 (поз.8), позволяет устранить указанное выше смещение «базовых точек объекта относительно соответствующих точек корпуса и опоры. Так, если элементы 7 и 8 подложки не выступают за контуры соответствующих контактных площадок корпуса 2 и опоры 4, как показано на фиг.З, то при любой деформации исходная настройка тензометра сохраняется, и не требуется градуировка прибора на объекте после установки на него преобразователя. Это объясняется тем, что длина ак  IK линии контакта элемента 7 с корпусом 2 и длина ас  1с линии контакта элемента 8 с опорой 4 при любой деформации поверхности объекта остается постоянной, а линии контакта элементов подложки с поверхностью объекта хотя и изменяются по длине (Ьк  ак и Ьс  ас при растяжении поверхности объекта 6 на фиг.З), но остаются симметричными по отнощению к линиям ак и ас; в результате ai  bi.
Если элементы подложки выступают за края контактных площадок корпуса и опоры, то при соблюдении симметрии элементов по отношению к площадкам в направлении деформации, как показано на фиг.4, градуировка тензометра также сохраняется, поскольку при любой деформации (на фиг.4 - деформации растяжения) ai  bi. При несимметричном расположении элементов подложки по отнощению к контактным
. f(r(,
площадкам индуктивного преобразователя появляется смещение «базовых точек при деформации объекта, аналогичное тому, что показано на фиг.2, и требуется дополнительная градуировка тензометра непосредственно на объекте.
На фиг.5 показан тензометр с двумя индуктивными преобразователями для измерения деформаций в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Один из преобразователей установлен на контролируемую поверхность объекта 6 через элементы 7 и 8 эластичной подложки, а другой, состоящий из корпуса 9 с катушкой и сердечника 10, установлен на отдельные элементы эластичной подложки (на фиг.5 показан только элемент 11, прикрепленный к корпусу 9) так, что сердечник 10 расположен ниже сердечника 3 и перпендикулярен последнему. При необходимости, дополнительно могут бьггь установлены индуктивные преобразователи с другим расположением осей чувствительности.
На фиг.6 представлен тензометр, в котором сердечник 3 индуктивного преобразователя соединен с опорой 4 посредством гибкой тяги 12, изогнутой в соответствии с кривизной поверхности контролируемого объекта 6. При известном радиусе кривизны поверхности, геометрических параметров индуктивного преобразователя и заданной базе bo измерений в исходную градуировку тензометра могут бьггь внесены соответствующие поправки, не требующие специальной градуировки на объекте.
Тензометр работает следующим образом. Эластичная подложка 5 тензометра (фиг.1, 2) прикрепляется к контролируемой поверхности объекта 6 так, чтобы ось ч вствительности индуктивного преобразователя, состоящего из катущки 1 в корпусе 2 и сердечника 3 с опорой 4, была направлена вдоль измеряемой деформации объекта. При деформировании последнего эластичная подложка растягивается или сжимается в зависимости от вида нагружения, перемещая в противоположные стороны взаимодействующие между собой по электромагнитному полю катущку 1 и сердечник 3 индуктивного преобразователя. Сигнал с блока питания и обработки э.д.с. катущки преобразователя (на фигурах не показан) пропорционален измеряемой деформации. Благодаря эластичности подложки 5 она не отделяется при деформировании ни от поверхности объекта 6, ни от контактных площадок корпуса 2 катущки и опоры 4 сердечника в щироком интервале измеряемых деформаций. То же самое происходит в тензометре с раздельными элементами 7 и 8 эластичной подложки (фиг.3-6).
подложки) и сердечник 10, работает аналогично, измеряя деформации в поперечном направлении (перпендикулярно поверхности чертежа на фиг.5).
Применение тяги 12 (фиг.6), жесткой в продольном и гибкой в поперечном к оси сердечника направлении, позволяет передавать без искажения линейные перемещения опоры 4 на сердечник 3 при больших базах bo измерения, а также на криволинейных поверхностях. Кроме того, с применением тяги из неферромагнитного материала появляется возможность выбора минимальной длины ферромагнитного сердечника (например, соизмеримой с длиной катушки, как показано на фиг.6) без заметного снижения высокой чувствительности индуктивного преобразователя с ферромагнитным сердечником. При этом сердечник имеет максимачьный коэффициент размагничивания, что существенно снижает влияние на его магнитное состояние сторонних магнитных полей в зоне измерения деформаций.