ДАТЧИК ДЕФОРМАЦИЙ Российский патент 2004 года по МПК G01L9/02 

Изобретение относится к средствам измерения давления сыпучих сред и, кроме того, к области строительства, где может быть использовано для исследования напряженно-деформированного состояния грунтов.

Известен датчик деформаций, содержащий корпус с герметизирующей мембраной, упругий элемент в виде балки, закрепленный в корпусе, и тензорезисторы, размещенные на упругом элементе (см. а.с. СССР №945634, 1980 г.).

Однако известный датчик характеризуется значительным искажением напряженно-деформированного состояния грунта в точке измерения за счет высокой жесткости корпуса, невозможностью измерений объемной деформации, а также малым сроком службы.

Известен датчик деформации, представляющий собой воздушную подушку, помещенную в предварительно отрытую в грунте узкую щель с дугообразным дном, оказывающую давление на стенки щели, которое снимается в результате деформации грунта (см. патент №1634452, ФРГ, 1971 г.).

Недостатки известного датчика заключаются в необходимости нарезки щелей и подвода к помещенному датчику сжатого воздуха, т.е. требуется еще и насос, что увеличивает номенклатуру используемых приспособлений, а также в значительном искажении общей картины напряженно-деформированного состояния грунта в точке измерения за счет неадекватности сред в самом датчике и вокруг последнего.

Известен также датчик деформаций, содержащий сферическую эластичную оболочку и герметично соединенную с ней одним концом пьезометрическую трубку со шкалой, заполненные жидкостью (см. “Вечная мерзлота”. Материалы КЕПС, сб., №80, АН,-М., изд. 1930, с.22).

К недостаткам указанного датчика деформаций относится значительное искажение напряженно-деформированного состояния грунта в точке измерения, так как в процессе деформации грунта при его замораживании оболочка теряет устойчивость, и происходит односторонний выпор грунта сбоку или снизу.

Наиболее близким по технической сущности является датчик деформаций, содержащий сферическую эластичную оболочку, заполненную податливым материалом (см. патент Р №2052776, 1992 г.).

К недостаткам указанного датчика относятся:

сложность изготовления, вызванная необходимостью полного удаления воздуха из оболочки, и пьезометрической трубки и обеспечения герметичности, что особенно сложно при работе с легкоиспаряющимися незамерзающими жидкостями;

необходимость использования незамерзающих жидкостей при измерениях при отрицательных температурах;

необходимость установки на трубку защитного кожуха, вызванная влиянием на точность измерений эластичной пьезометрической трубки, проходящей через толщу сжимаемого грунта и потому самой подвергающейся сжатию;

необходимость установки к каждому датчику шкалы или индикатора часового типа, что увеличивает номенклатуру используемых приспособлений.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является упрощение конструкции датчика и технологии его изготовления.

Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в упрощении процесса измерения напряженно-деформированного состояния грунтов, в том числе и при температурах ниже нуля градусов Цельсия, при сохранении при этом точности измерений.

Поставленная задача решается тем, что датчик деформаций, содержащий эластичную оболочку, заполненную податливым материалом, отличается тем, что оболочка заполнена сухой смесью диэлектрического материала и материала, способного проводить электрический ток, кроме того, в диаметральной плоскости через оболочку, с сохранением ее герметичности, до контакта с заполнителем пропущены электроды, электрически связанные с источником тока и омметром.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию “новизна”.

При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признак “... оболочка заполнена сухой смесью диэлектрического материала и материала, способного проводить электрический ток...” позволяет использовать способность смеси менять проводимость электрического тока при изменении напряженно-деформированного состояния в смеси, вызванного деформациями окружающего грунта.

Признаки “...в диаметральной плоскости через оболочку, с сохранением ее герметичности, до контакта с заполнителем пропущены электроды, электрически связанные с источником тока и омметром...” служат для передачи электрического тока в цепи от источника через омметр к сферической эластичной оболочке и обеспечивают измерения электрического сопротивления смеси, меняющегося при изменении напряженно-деформированного состояния смеси. При этом численное соответствие между изменением напряженнно-деформированного состояния смеси и изменением электрического сопротивления устанавливается с помощью операции предварительного тарирования датчика.

На фиг.1 показан датчик деформации в разрезе; на фиг.2 - фрагмент части датчика в месте присоединения электродов и проводов (узел I на фиг.1).

Датчик деформаций содержит эластичную оболочку 1 (например, из резины), заполненную сухой смесью 2, содержащей диэлектрический материал (например, песок) и токопроводящий материал (например, металлические опилки), в результате чего смесь способна менять проводимость электрического тока при изменении напряженно-деформированного состояния в смеси. В диаметральной плоскости оболочки 1 располагают электроды 3. К каждому электроду прикреплен электрический провод 4 в изоляции, другим концом провода 4 подключены к источнику электрического тока 5 и омметру 6. Все элементы электрической цепи соединены последовательно. Для ввода электродов 3 в диаметральной плоскости оболочка 1 снабжена отверстиями 7. Места ввода электродов 3 в оболочку 1 снаружи герметично заизолированы.

Датчик деформаций работает следующим образом.

В исследуемую точку грунта помещают подготовленный к работе датчик деформаций. Деформация грунта, например при забивке свай, влечет такую же деформацию эластичной оболочки 1 вместе с находящейся в ней сухой смесью 2, т.е. происходит изменение объема смеси диэлектрического материала с электропроводящим материалом, в результате чего поры в смеси уменьшаются а площадь соприкосновения электропроводящих частиц смеси увеличивается, при этом происходит изменение электропроводности сухой смеси 2, которое через электроды 3, питаемые проводами 4 от источника электрического тока 5, фиксируют с помощью омметра 6, предварительно протарированного по величинам, соответствующим величинам уплотнения грунта вне датчика.

Поскольку сферическая эластичная оболочка 1 не препятствует деформации, а внутри ее расположен материал, по своим деформационным свойствам близкий к исследуемому грунту, то искажения напряженно-деформированного состояния исследуемого грунта практически не происходит.

Изобретение относится к средствам измерения давления сыпучих сред, в частности к области строительства, где может быть использовано для исследования напряженно-деформированного состояния грунтов. Датчик деформаций содержит эластичную оболочку, заполненную податливым материалом. Оболочка заполнена сухой смесью диэлектрического материала и материала, способного проводить электрический ток. В диаметральной плоскости через оболочку, с сохранением ее герметичности, до контакта с заполнителем пропущены электроды, электрически связанные с источником тока и омметром. Технический результат - упрощение конструкции датчика и технологии его изготовления, упрощение процесса измерения. 2 ил.

Датчик деформаций, содержащий эластичную оболочку, заполненную податливым материалом, отличающийся тем, что оболочка заполнена сухой смесью диэлектрического материала и материала, способного проводить электрический ток, кроме того, в диаметральной плоскости через оболочку с сохранением ее герметичности до контакта с заполнителем пропущены электроды, электрически связанные с источником тока и омметром.