Устройство для измерения продольных и угловых деформаций образца Советский патент 1988 года по МПК G01B7/16 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения продольных и угловых деформаций образцов.

Цель изобретения - повьпиение чувствительности устройства путем вьшол- нения датчика деформации каждого вида в виде мембраны из пьезоэлектрического материала, к центру которой под- Q а ось другого (датчика 7 угловой дежат своей сферической поверхностью пружиняищй элемент, преобразующий перемещение в усилие поджатия мембраны, причем жесткость и длина пружиК - коэффициент трения скольжения между пружинящим элементом и мембраной.

Датчики 6 и 7 деформации установлены на втором хомуте 3 так, что ось наибольшей чувствительности одного из них (датчика 6 продольной деформации) ориентирована по оси стойки 4,

формации) - по касательной к окружности, проходящей через датчик 7 в плоскости, перпендикулярной стойкам 4 и 5. Датчик 7 размещен на опорной

Устройство относится к электромеханическим датчикам деформаций и может быть использовано для измерения продольных и угловых деформаций валов и других элементов конструкций. Цель изобретения - повьпиение чувствительности устройства, что достигается выполнением датчика деформации каждого вида в виде мембраны из пьезоэлектрического материала, к центру которой поджат своей сфери/jJ:;;; ческой поверхностью пружинящий элемент, преобразующий перемещение в усилие поджатия мембраны, причем жесткость и длина пружинящего элемента выбираются из условия вьтолнения неравенств, учитьгоающих диапазон измерения усилий мембраной и диапазон измерения деформаций самим датчиком. В исходном положении хомуты 2 и 3 крепятся на границах базы измерений образца 1 так, что пружиняющие элементы 9 и 10 располагаются в направлении наибольшей чувствительности датчиков 6 и 7 и поджаты с усилием, ис- ключаюшим нарушение механического контакта и проскальзьшание сферической поверхности относительно мембраны. Так как длина пружинящих элементов превьшает на три десятичных порядка измеряемое значение деформации, то поперечная деформация датчиками не воспринимается. Устройство позволяет с высокой чувствительностью измерять деформации образцов в широком диапазоне соотношений продольньгх и угловых деформаций. 1 ил. i (Л OQ Од 4 00 СП оо

нящего элемента выбираются из условия 15 стойке 8, закрепленной на хомуте 3

выполнения неравенств, учитывающих диапазон измерения усилий мембраной и диапазон измерения деформаций самим датчиком.

На чертеже представлена схема ус- тановки устройства на объекте.

Устройство для измерения продольных и угловых деформаций образца 1 содержит два хомута 2 и 3, предназначенные для установки в двух сечениях образца 1, две измерительные стойки 4 и 5, закрепленные на одном из хомутов, например хомуте 2 перпендикулярно его плоскости, два электромеханических датчика 6 и 7 деформации, опорную стойку 8, закрепленную на другом хомуте, например хомуте 3, и два пружинящих элемента 9 и 10 с узлами 1 % и 12 крепления на одном конце и сферической поверхностью на другом конце. Каждый из пружинящих элементов 9 и 10 установлен соответственно узлам 11 или 12 крепления на одной из стоек 4 или 5 в направлении оси наибольщей чувствительности соответствующего датчика 6 или 7. Датчики 6 и 7 деформации выполнены каждый в виде мембраны из пьезоэлектрического материала, к центру которой поджат своей сферической поверхностью соответствующий пружинящий элемент 9 или 10 с усилием, удовлетворяю цим неравенству

-г

где d - предел измерения деформации соответствующим датчиком;

30

Поскольку максимальная величина d измеряемых деформаций образца 1 на 25 3-4 порядка меньше длины I пружинящего элемента 9 или 10, коэффициент передачи электромеханического датчика 6 или 7 в направлении, перпендикулярном оси наибольщей чувствительности датчика 6 или 7, не превышает 0,1-0,01%. Измерение деформации устройством производится следующим образом.

В исходном состоянии устройства 35 хомуты 2 и 3 крепятся при помощи

крепежЛгх элементов на границах базы измерения образца 1 так, что пружинящие элементы 9 и 10 ориентированы вдоль оси наибольшей чувствительнос- 40 ти датчиков 6 и 7 соответственно и упираются в . центр мембраны соответствующего датчика 6 или 7. Поворотом установочных узлов 11 и 12 осуществляется поджатие пружинящего элемента 9 или 10 с усилием, удовлетворяющим неравенству (1). При этом исключается проскальзьшание пружиняющего элемента 9 или 10 по поверхности мембраны датчика 6 или 7, а также устраняется возможность биений пружинящего элемента 9 или 10 о поверхность указанной мембраны.

При деформации образца 1 в продольном и угловом направлениях хому45

50

с - жесткость пружинящего элемен-55 и 3 также перемещаются относита в направлении, перпендикулярном оси наибольшей чувствительности датчика деформаций.

перпендикулярно его плоскости.

Длина каждого пружинящего элемента 9 или 10 выбирается из условия

1

,

0

Поскольку максимальная величина d измеряемых деформаций образца 1 на 5 3-4 порядка меньше длины I пружинящего элемента 9 или 10, коэффициент передачи электромеханического датчика 6 или 7 в направлении, перпендикулярном оси наибольщей чувствительности датчика 6 или 7, не превышает 0,1-0,01%. Измерение деформации устройством производится следующим образом.

В исходном состоянии устройства 5 хомуты 2 и 3 крепятся при помощи

крепежЛгх элементов на границах базы измерения образца 1 так, что пружинящие элементы 9 и 10 ориентированы вдоль оси наибольшей чувствительнос- 0 ти датчиков 6 и 7 соответственно и упираются в . центр мембраны соответствующего датчика 6 или 7. Поворотом установочных узлов 11 и 12 осуществляется поджатие пружинящего элемента 9 или 10 с усилием, удовлетворяющим неравенству (1). При этом исключается проскальзьшание пружиняющего элемента 9 или 10 по поверхности мембраны датчика 6 или 7, а также устраняется возможность биений пружинящего элемента 9 или 10 о поверхность указанной мембраны.

При деформации образца 1 в продольном и угловом направлениях хому5

0

тельно друг друга в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Однако изменение электрического сигнала в датчиках 6 и 7 продольных и угловых деформаций происходит только от перемещений хомутов 2 и 3, параллельных оси наибольшей чувствительности соответствующих датчиков 6 и 7 так как при перемещении хомутов 2 и относительно друг друга в направлении, перпендикулярном оси наибольшей чувствительности соответствующего датчика 6 или 7 деформации, сферический конец пружинящего элемента 9 или 10, поджатый к мембране датчика 6 или 7 деформации, не смещается по ее поверхности из-за силы трения покоя.

В результате обеспечивается повышение чувствительности устройства, поскольку практически исключается регистрация датчиками 6 и 7 деформаций, перпендикулярных оси их наибольшей чувствительности. Устройство позволяет измерять с высокой чувствительностью деформации образцов в широком диапазоне соотношений продольных и угловых деформаций.

Формула изобретения

Устройство для измерения продольных и угловых деформаций образца, содержащее два хомута, предназначенные для установки в двух сечениях образца, две измерительные стойки, закрепленные на одном из хомутов перпендикулярно его плоскости, и два электромеханических датчика деформации, установленных на втором хомуте так, что ось наибольшей чувствитель

ности одного из них ориентирована по оси одной из стоек, а ось другого- по касательной к окружности, пpoxo- дящей через датчик в плоскости, перпендикулярной стойкам, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности устройства, оно снабжено двумя пружиня1цими элементами с узлом крепления на одном конце и сферической поверхностью на другом конце, каждый из которых установлен соответственно узлом крепления на одной из стоек в направлении оси наибольшей чувствительности соответствующего датчика, а каждый датчик выполнен в виде мембраны из пьезоэлектрического материала, к центру которой поджат своей сферической поверхностью соответствующий пружинящий элемент с усилием F, удовлетворяющим неравенству

-Vгде d с

предел измерения деформации соответствующим датчиком жесткость пружинящего элемента в направлении, пер- пендикулярном оси наибольшей чувствительности электромеханического датчика{ коэффициент трения скольжения между пружинящим элементом и мембраной;

а длина I каждого пружинящего элемента выбирается из условия

1 10Ч.

К