Высокотемпературный тензометр Советский патент 1990 года по МПК G01B7/16 

Изобретение относится к измерительной технике и используется для измерения деформаций образцов при высокотемпературных механических испытаниях.

Цель изобретения - пЪвышение точ-

ности измерений.

На фиг. 1 показан тензометр, общий вид; на фиг. 2 - то же, разрез; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - сеч ение Б-Б на фиг. 3.

Тензометр содержит корпус 1, под- .вижный 2 и неподвижный 3 установочные зажимы, электроды 4, каждый из которых выполнен в виде электрически изолированной трубки, емкости 5с чувствительным токопроводящим элементом 6 в виде расплавляющейся прослойки, толкатель 7, выполненный в виде коромысла, плечи которого размещены в емкостях 5, герметизирующее приспо- собление для подвижного зажима 2, выполненное в виде закрепленных на поворотной оси 8 зажима мембранных коробок 9, открытыми торцами поджатых- к стенке корпуса оппозитно одна дру- гой, электроизолятор 10 и токоподво- ды 11. Трубки электродов 4 могут быт выполнены различной формы в зависимости от требуемого диапазона измерений. Наиболее удобной формой, вы- полнения является спираль-электроды 4 с чувствительным гидропроводящим элементом 6, в их каналах переменное электросопротивление, одинаково изменяющееся по мере изменения полноты заполнения этих каналов. При полностью незаполненных каналах электроды 4 имеют одинаковое наибольшее возможное электросопротивление, а при

полностью заполненньк - одинаковое наименьшее возможное. Установочные зажимы 2 и 3 закреплены в корпусе 1 на заданном расстоянии и образуют базу тензометра.

Герметизирующее приспособление исключает проникновение в полость корпуса Т окружающей его атмосферы. Не препятствуя повороту оси 8. На поверхности контакта корпуса 1 с мембранными коробками 9 может быть нанесено покрытие из материала, различающегося при повышенной температуреj например, в виде пленки легкоплавкой керамики, которое при вдавливании в него торцов мембранных коробок 9 повышает герметичность из подвижного соединения с корпусом 1.

Мембранная коробка 9, ось 8, токо подводы 11, находящиеся снаружи корпуса 1, установочные зажимы 2 и 3 могут быть покрыты заш 1тным слоем для предотвращения их взаимодействия с атмосферой. Поворотная ось 8 жестко соединена с подвижным зажимом 2 и толкателем 7. Электроизолятор 10 исключает взаимный электрический контакт плечей толкателя одно с другим и с поворотной осью 8.

Тензометр работает следующим образом.

Перед началом испытаний зажимы 2 и 3 с фиксированным расстоянием меж- ду их установочными кромками закрепляют на испытуемом образце. При этом плечи коромысла 7 могут быть пред.ва- рительно установлены симметрично относительно продольной оси корпуса 1. Обе измерительные цепи соединяют параллельно посредством токоподводов 1

подключают к регистрирующему прибору, например омметру, и проверяют наличие электрического контакта в цепи. При необходимости в зависимости от условий испытаний создают в зоне образца с тензометром вакуум или нужную атмосферу с заданным давлением. Нагре вают образец с тензометров до температуры испытаний и вьщерживают до стабилизации температурного режима, в результате чего чувствительный то- копроводящий элемент 6 в виде слойки расплавляется. При этом благодаря герметизирующему приспособлению в виде мембранных коробок 9 и контролируемой атмосфере в полости корпуса 1 исключено отклонение химического состава прослойки от исходного значения, так как исключено взаимодействие этой прослойки с внешней атмосферой, а следовательно, исключена и погрешность измерения, обусловленная зависимостью электросопротивления прослойки от ее химического состава.

Тензометр готов к работе. Перед нагружением испытуемого образца измеряют электросопротивление RO в измерительных цепях, соединенных параллельно, для получения начальной точки отсчета. Величина электросопротивления каждой из цепей

10

20

(R и Rj соответственно) зависит от. величины электросопротивлений: - токоподводов 11, R - прослойки в канале трубки электрода 4, R - участка трубки электрода 4, заполненного расплавом прослойки и R - участка этой трубки, не заполненного распла- вом прослойки. При этом каждое из электросопротивлений R и R 2, соответствующих равновесному количеству расплава прослоек в каналах каждой из трубок электродов 4, составляет 2R.

В ходе нагружения испытуемого образца по мере его деформирования происходит поворот установочного подв расплав прослойки, а другое изв кается из расплава. Благодаря ид тичности вьтолнения и симметричн расположения относительно продол оси корпуса 1 емкостей 5 с плеча толкателя 7 при перемещении посл в расплавах-прослоек происходит наковое по величине и разное по изменение уровней этого расплава электродах 4. Там, где толкатель погружается в расплав прослойки, вень этого расплава поднимается, . там, где толкатель 7 извлекается J5. расплава, уровень опускается. Соо ветственно этому в каждой из труб электродов 4 изменяется соотношен длин заполненных и незаполненных расплавом прослоек участков, что чет изменение электросопротивлени этих трубок. Там, где уровень рас ва прослойки поднимается и увелич вается длина участка трубки, запол ненного этим расплавом, электросоп 25 ротивление уменьшается на некотору величину, а там, где уровень распл ва прослойки опускается и уменьшаемс длина участка трубки, заполненного э расплавом, электросопротивление ув 30 личивается на эту же вeл iчинy. При этом из-за отклонения от равновесн го количества расплава прослоек в каналах трубок электродов 4, обесп чивающего исключение температурной .j зависимости электросопротивления и мерительных цепей в исходном (до д формирования образца) положении, пл чей толкателя 7 симметрично относи тельно продольной оси корпуса 1, в 40 ходе деформирования испытуемого образца В той трубке электрода 4, где электросопротивление уменьшается, п неконтролируемом отклонении темепра туры от заданного уровня возникает 45 погр.ешность d одного знака, обуслов ленная избытком над равновесным количеством расплава прослойки в кана трубки электрода 4, а в другом элек роде, где электросопротивление возр

-г-.тт.,-гтrv„-..дг-t---- - v i i- v-wii yv/ 1 спис ЬОЗи

вижного зажима 2 на оси 8 на угол , 50 тает, возникает такая же по величи- которьш связан с пе.пкиинпй ,, :,- „

который связан с величиной деформации 41 образца и радиусом г вращения с установочного подвижного зажима 2 соотношением

1 т: -sin S(f.

На этот же угол 4 ( поворачиваются и закрепленные на оси 8 плечи толкателя, одно из которых погружается

не погрешность другого знака, обусловленная недостатком до равновесного количества расплава прослойки в канале трубки -электрода 4. Темпера- 55 турная погрешность (/ суммарного

электросопротивления R обеих измери тельных цепей (абсолютная погрешность) составляет f «Г(К,- R )/4R а относительная погрешность rf-./R 1597523

10

20

в расплав прослойки, а другое извлекается из расплава. Благодаря идентичности вьтолнения и симметричности расположения относительно продольной оси корпуса 1 емкостей 5 с плечами толкателя 7 при перемещении последних в расплавах-прослоек происходит одинаковое по величине и разное по знаку изменение уровней этого расплава в электродах 4. Там, где толкатель 7 погружается в расплав прослойки, уровень этого расплава поднимается, а . там, где толкатель 7 извлекается из J5. расплава, уровень опускается. Соответственно этому в каждой из трубок электродов 4 изменяется соотношение длин заполненных и незаполненных расплавом прослоек участков, что влечет изменение электросопротивления этих трубок. Там, где уровень расплава прослойки поднимается и увеличивается длина участка трубки, заполненного этим расплавом, электросоп- 25 ротивление уменьшается на некоторую величину, а там, где уровень распла- ва прослойки опускается и уменьшаемся длина участка трубки, заполненного этим расплавом, электросопротивление уве- 0 личивается на эту же вeл iчинy. При этом из-за отклонения от равновесного количества расплава прослоек в каналах трубок электродов 4, обеспечивающего исключение температурной зависимости электросопротивления измерительных цепей в исходном (до деформирования образца) положении, пле- чей толкателя 7 симметрично относительно продольной оси корпуса 1, в 0 ходе деформирования испытуемого образца В той трубке электрода 4, где электросопротивление уменьшается, при неконтролируемом отклонении темепра- туры от заданного уровня возникает 5 погр.ешность d одного знака, обусловленная избытком над равновесным количеством расплава прослойки в канале трубки электрода 4, а в другом электроде, где электросопротивление возрас-..дг-t---- - v i i- v-wii yv/ 1 спис ЬОЗи

тает, возникает такая же по величи- „

50 тает, возникает такая же по величи- „

не погрешность другого знака, обусловленная недостатком до равновесного количества расплава прослойки в канале трубки -электрода 4. Темпера- 55 турная погрешность (/ суммарного

электросопротивления R обеих измерительных цепей (абсолютная погрешность) составляет f «Г(К,- R )/4R а относительная погрешность rf-./R

15

сортветственно ( 1/R) . Поскольку в каждой из измерительных цепей температурная погрешность, электросопротивления зависит от величины отклонения этого электросопро- трвления от 2Кд, не имеющего температурной погрешности, то при выполнении тензометра с соответствующей величиной Кд максимальное значение t/ при заданной темдературе измерений может быть обеспечено меньше любой наперед заданной малой величины, а при вьшол- нении измерительных цепей с отношением максимального к минимальному значению электросопротивления меньше 2 относительная температурная погрешность суммарного электросопротивления обеспечена меньше относительной погрешности каждой из измерительных цепей . , ,

По мере деформирования испытуемо- го образца измеряют суммарное электросопротивление соединенных параллельно измерительных цепей и вычитают из измеренной величины начальное (до деформирования образца) значение электросопротивления этих цепей, в результате чего получают изменение суммарного электросопротивления . По калибровочным зависимостям г, sin tf л1 от /iRg- (функциям преобразования тензометра) находят величину дефррмации испытуемого образца при данной температуре.

После испытаний при необходимости установочный подвижный зажим 2 приводят в исходное положение и охлаждают тензометр, после чего он готов к новому циклу измерения.

Высокотемпературный тензометр позволяет повысить точность измерения за счет исключения влияния на электросопротивление электроизмерительной цепи окружающей тензометр атмосферы,

8

5

,

0

5

0

5

0

а также за счет умельшения влияния не поддающихся учету колебаний температуры около заданного уровня. Формула изобретения

1.Высокотемпературный тензо метр, содержащий корпус из термостойкого электроизолирующего Материала, подвижный и неподвижный установочные зажимы, электрод, емкость с чувствительным токопроводяш им элементом в виде расплавляющейся прослойки, толкатель, связанный с подвижным установочным зажимом, отличающий- с я тем, что, с целью повьш1ения точности измерений, тензометр снабжен дополнительными электродом и емкостью, каждый из электродов выполнен в виде электрически изолированной трубки, сообщающейся с соответствующей емкостью, толкатель выполнен в виде коромысла, плечи которого размещены соответственно в емкостях,

а электроды и прослойка выполнены из материалов с различными температурными коэффициентами электросопротивления.

2.Тензометр по п. 1, отличающийся тем, что материал расплавляющейся прослойки имеет отрицательный температурный коэффициент электросопротивления, а электроды - положительньй.

3. Тензометр по п. 1, отличающийся тем, что трубки электродов выполнены в виде спиралей.

4. Тензометр по п. 1, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что снабжен герметизирующим приспособлением для подвижного зажима, выполненным в виде закрепленных на поворотной оси захвата мембранных коробок, открытыми торцами поджатых к стенке корпуса оппо- зитно одна другой.

Физ.1

5-

Изобретение относится к измерительной технике и используется для измерения деформации образцов при высокотемпературных испытаниях. Цель изобретения - повышение точности измерений. В высокотемпературном тензометре подвижный установочный зажим закреплен на оси 8, на которой установлен толкатель, выполненный в виде коромысла. В корпусе 1 тензометра расположены два электрода 4, каждый из которых выполнен в виде трубки и емкости 5 с чувствительным токопроводящим элементом 6 в виде расплавляющейся прослойки. Электроды 4 и емкости 5 сообщаются. Плечи коромысла 7 размещены в емкостях 5. Тензометр соединен с измерительной аппаратурой токопроводами 11. При проведении испытаний поворот подвижного установочного зажима на оси 8 вызывает поворот коромысла 7. При этом одно из плеч коромысла погружается в чувствительный токопроводящий элемент 6 и тот заполняет внутреннюю часть электрода 4, уменьшая электросопротивление, а другое плечо выходит из емкости 5 и, следовательно, электросопротивление соответствующего электрода увеличивается. Температурная погрешность суммарного электросопротивления уменьшается, а точность измерений повышается. Высокотемпературный тензометр позволяет повысить точность измерения за счет исключения влияния на электросопротивление электроизмерительной цепи, окружающей тензометр атмосферы, а также за счет уменьшения влияния не поддающихся учету колебаний температуры около заданного уровня. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Фиг.

Составитель Т. Келенина Редактор 0. Юрковецкая Техред. Л.Олийнык Корректор С. Шевкун

Заказ 3039

Тираж 501

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ CQCP 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, lOl

Подписное