Способ измерения напряжений в элементах конструкций и машин Советский патент 1962 года по МПК G01B7/16 

Известны способы определения напряжений в элементах конструкций и машин с применением прямоугольных тензометрических розеток, датчики которых ориентированы по направлениям действия напряжений.

Эди способы осуществляются посредством тензометрических схем, нозволяюнднх измерять деформации элементов конструкций, а не напряжения. Напряжения же определяют расчетным путем, используя уравнения Гука для плоского напряженного состояния:

(y-i-l1-.10.2

где а.-, о.

искомые напряжения;

6.T:ej, - измереиные деформации;

Е - модуль упругости;

.U - коэффициент Пуассона. При осуществлении описываемого способа измерения напряжений в элементах конструкций и мащин, используется схема двух измерительных мостов с объединенными измерительными диагоналями. Отличается этот способ тем, что для обеспечения возможности непосредственного измерения напряжений в плоском напряженном состоянии с отсчетом в соответствующих единицах (кг/см) напряжения питания мостов выбираются в определенном соотнощении, которое устанавливается при тарировке в линейном напряженном состоянии по двум датчикам, один из которых наклеен параллельно, а другой - перпендикулярно оси балки тарировочного устройства. На фиг. 1 приведена схема, поясняющая

описываемый способ; на фиг. 2 - тарировочная балка с наклеенными по описываемому способу датчиками; на фиг. 3 - схема включения датчиков в цепи питания; на фиг. 4 - положения ключа.

Описываемый способ измерения напряжений в элементах конструкций и мащин реализуется тензометрической схемой, в которой тензометрические мосты / и Я (фиг. 1) соединены параллельно по измерительным диагоналям на входе усилителя / с индикацией выхода. Рабочие датчики 2 и 5, иаклеенные на детали по двум взаимно перпендикулярным осям X и у, включены в качестве одноименных плеч мостов / и //. Диагонали питания мостов, не имея между собой гальванической связи, подключены через трансформатор /// к источнику переменного тока 4.

При работе тензометрической схемы поочередно соблюдаются следующие два условия.

При измерении напряжения в детали в направлении оси X отношение питающего напряжения J7.1,/ тензометрического моста // к питающему напряжению U.x тензометрического моста / быть равно отношению U.,, A, Т g - :: - - , U,,, A, При измерении иапряжепия в детали в направлении оси у этому же отпошеиию иостояниых коэффициеитов должио равняться отношению иитающего иаиряжепия f/.v тензометрического моста / к иитающему иаиряжению Ll:,.y тензометрического моста //, (2) соответственио относительные измеиеиия сопротивлеиии датчиков но ианравлениям осей у к ъ линейном нанряжеииом состоянии. Отношение - нмеет велнчииу, близкую к |Li (коэффициент Пуассона). Для вьшолиення условий (1) и (2) ирилтеняют ключ IV на три иоложення (а, б н в) и переменное сонротивление 5, снабженное лимбом с делениями и включенное в одну из обмоток 6 или 7 траисформатора /// питания мостов. Обмотки 6 1 7 выиолнены с соотношением витков 1 : 2 и сопротивление 5 для более точной регулировки включено в меиьшую обмотку 6. Полол ение а ключа IV иредназначается для раздельной балансировки мостов / и //. В этом иолол{ении большее напряжение питания (с обмотки 7) подается на один нз мостов, а второй мост отключен. Балки 8 тарировочного устройства (фиг. 2) должны быть изготовлены нз материала испытуемых деталей или из материала с возможно более близкими зиачеииями упругих иостоянных Е и |.1. Для тарировки на каждую балку 8 взаимно периеидикзлярно наклеивают не менее пяти пар датчиков 2 и 3. Результаты тарировки усредняют. Тарировка состоит из двух этаиов. Па первом этане ключ IV ставится в ноложеиие б, ирн котором большее напряжение f/i подается на тензометрическнй мост И, а меньшее напряжение Vt - на мост I, и балка тарировочного устройства нагружается. Изменяя величину иеремеииого соиротивлеиия 5, peiyлируют иапряжение иитания тензометрического моста / так, чтобы вынолнялось условие (2). Свидетельством выполнения этого условия является отсутствие еигиала с мостов / и //. Па втором этане тарировки регзлируют масштабный коэффициент: 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 иряжению разбаланса тензометрических мостов; размерность /С в/кг/сн ; размерность N в/дел, шкалы; размерность j.j, л-г/слг-/дел. шкалы. Регулируя величину Л , можно получить ,Li 1, .т е. а а,ири этОм величины напряжений а будут отсчитываться непосредственно в кг1см-. Для регзлировки масштабного коэффициента ключ IV нереводится в иоложение в, при котором большее наиряжеиие U нодается на тензометрнческий мост /, а меньшее нанрял енне И - на мост II, причем выполняется условие (1). Лимб измерительного потенциометра 9 устанавливается в положение, при котором число делений шкалы равно ири отсчете величине тарировочного напряжения. Регулируя сопротивление 10, добиваются отсутствия сигнала на выходе усилителя /, что свидетельствует о полной комненсации сигнала с мостов. После окончания тарировки заиисывают усредиенные для пяти пар датчиков показания лимба соиротивлеиия ,5 и лимба соиротивления W. Перед измерением иаиряжений в детали устаиавливают лимбы соиротивленнй 5 и 10 на показания, записапные при тарировке, а лимб измерительного потепциометра 9 - на нуль. Затем нагружают иснытуемые детали и ироизводят измереиия, отсчитывая величины иаиряжений неиоередственно в кг/см. Для обеспечения правильной работы схемы, напряжения питания тензометрических мостов / и // должиы подаваться в одинаковой фазе, а рабочие и компенсацнонные датчики должиы быть включеиы в мостах идентично. Вынолиение этих требований обесиечивает также и иравильное определение знаков измеряемых наиряжений: растяжение (+) и сжатие (-). При измерении наиряжеиий в большом числе точек целесообразно нрименять схему, приведепную на фиг. 3. В каждую линню нитания мостов / и // включеиы общие нолумосты JJ (балластные датчики) и рабочие иолумосты 13 и J2 (рабочие и компенсационные датчики). В лииии питания включены также балансировочные элементы 14. Примеиеиие этой схемы з-ирощает коммутацию точек измерения, умеиьшает количество соединительиых проводов, а также уменьшает число токосъемов ири измерении наиряжеиий во врашаюшихся деталях. Таким образом, описываемый способ позволяет, минуя вычислительные работы, непосредственно получать отсчет на приборе в единицах, соот15етствуюшнх величииам наирял ений в исследуемой конструкции, что обуславливает полезиость его исиользоваиия.

УГОЛЬНЫХ теизометрнческих розеток, датчики которых включены в одноименные нлечн двух измерительных мостов с объединенными нзмерительнымн диагоналями, отличаюищйся тем, что, с целью нолучения отсчетов, ироиорциональиых наиряжеииям в исследуемом элементе, нанряження нитання мостов выоираютея в онределенном соотношенни, которое устанавливается ирн тарировке в линейном нанряженном состоянии но двум датчнкам, наклеенным нараллельно и нерисндикулярио оси тарировочиого устройства.

MX

ШПЯЯГб(ШЯГШШЯГШШЯШР|

му

иШ1/

jiiiiOc QnQaa

|l I

fczi-czHii}( rx; 0 0 0

Фи2, 3

CD

Фиг.