Устройство для измерения деформаций Советский патент 1990 года по МПК G01B7/16 

./

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения статодинамических деформаций в элементах конструкций. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет измерения статических и динамических деформаций. Соединение тензорезисторов 1,9 через РПУ 3,11 с соответствующими входами инструментального усилителя 17 за счет преобразования в режиме покоя уровней падения напряжения на тензорезисторах 1,9, созданных источниками 2,10 питающих токов, в уровни напряжений, равные нулю, на выходе измерительного устройства дает возможность измерять статодинамические высокоскоростные упругопластические и пластические процессы деформирования. 1 ил.

О

о

ю ь.

4Ьк

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения статодинамических деформаций в элементах конструкций.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет измерения статических и динамических деформаций.

На чертеже изображена блок-схема устройства.

Устройство для измерения деформаций содержит тензорезисюр 1 и параллельно соединенный с ним первый источник 2 отрицательного тока, плюсовая клемма которого и. первый вывод тензорезистора 1 соединены общей шиной, а минусовая клемма и второй вывод тензорезистора 1 соединены с неинвертирующим входом первого регулируемого преобразователя 3 уровня (РПУ) отрицательного напряжения, выполненного в виде неинвертирующего усилителя, инвертирующий вход которого соединен через резистор 4 с выходом первого РПУ 3, а через резистор 5 - с выходом первого повторителя 6 напряжения (ПН), вход которого соединен со средней точкой потенциометра 7, подключенного первым выводом к плюсовой клемме первого источника 8 напряжения и к общему проводу, а вторым выводом - к минусовой клемме первого источника 8 напряжения, тензорезистор 9, параллельно соединенный с вторым источником 10 положительного тока, минусовая клемма которого и первый вывод тензорезистора 9 соединены общей шиной, а плюсовая клемма и второй вывод тензорезистора 9 соединены с неинвертирующим входом второго РПУ 11 положительного напряжения, выполненного в виде неинвертирующего усилителя, инвертирующий вход РПУ 11 соединен через резистор 12 с выходом второго РПУ 11, а через резистор 13 - с выходом второго ПН 14 вход которого содинен со средней точкой потенциометра 15, подключенного первым выводом к минусу второго источника 16 напряжения и к общему проводу, а вторым - к плюсовой клемме второго источника 16 напряжения, выходы первого и второго РПУ 3 и 11 подключены к соответствующим входам инструменталь- нъго усилителя 17.

ПН 6 и 14 устраняют влияние изменения сопротивления потенциометров 7 и 15 при их регулировании и могут быть выполнены на операционном усилителе со 100-процентной отрицательной обратной связью по напряжению.

Устройство работает следующим образом.

В режиме покоя равные по величине, но разные по знаку источники 2 и 10 тока создают в соответствующих тензорезисторах 1 и 9 рабочий ток II I 9 I, а при равенстве сопротивлений тензорезисторов 1 и 9 на них образуются начальные падения напряжения U1 И -Rl I -R и и U9 19 R9 I R и. Тензорезисторы 1 и 9 соединены между собой последовательно, поэтому плюс начального напряжения U1 соединен с минусом начального напряжения U9 и с общим проводом, а начальное падение напряжения на других выводах тензорезисторов 1 и 9 равно сумме U1 + U9 2U. 5 Присутствие начального напряжения на входах инструментального усилителя 17 устраняется с помощью РПУ 3 и 11. Оно при- - ложено к их неинвертирующим входам. Со средних точек потенциометров 7 и 15, на 0 которые нагружены источники 8 и 16 напряжения, подается напряжение регулирования к неинвертирующим входам nhl 6 и 14. Напряжение с выходов ПН 6 и 14 делится резисторами 4, 5 и 12, 13, и часть его 5 прикладывается к инвертирующим входам РПУ 3 и 11. Оно должно иметь ту же полярность, что и напряжение на неинвертирующих входах соответствующих РПУ 3 и 11.

Вращая ручки потенциометров 7 и.15, 0 обеспечивают равенство напряжений на инвертирующих и неинвертирующих входах РПУ 3 и 11 до тех пор, пока их выходные напряжения не станут равными нулю, что позволяет установить необходимое усиле- 5 ние инструментального усилителя 17 при сохранении гальванической связи тензорезисторов 1 и 9 с его входами.

При высокоскоростном пластическом (статодинамическом) деформировании эле- 0 ментов конструкции тензорезисторы 1 и 9, установленные в одной точке рядом параллельно друг другу в одной плоскости, испы- тывают один вид деформаций и приобретают синфазные и равные по амп- 5 литуде приращения сопротивлений R1 R9 R. Равные по амплитуде, но разные по знаку токи источников 2 и 10 тока создают на тензорезисторах 1 и 9 равные по амплитуде противофазные приращения напряже- 50 НИИ Лит Д U9 I AR. Например, при деформации растяжения, когда ДН О, у обоих тензорезисторов 1 и 9 напряжение приращения Д U1 плюсом соединяется с минусом противофазного напряжения при- 55 ращения Au9 и с общим проводом; два других вывода тензорезисторов 1 и 9 приобретают суммарное напряжение, так как тензорезисторы 1 и 9 соединены после- довательнои Ди1 + Ди9 21- Д.Р. При этом

минус напряжения приращения AU1 поступает на инвертирующий вход инструментального усилителя 17 без изменения фазы через неинвертирующий вход РПУ 3 с его выхода увеличенным до значения Au1 КЗ, где КЗ - коэффициент усиления РПУ 3. Плюс напряжения приращения Л U9 поступает на неинвертирующий вход инструментального усилителя 17 без изменения фазы через неинвертирующий вход РПУ 11 с его выхода увеличенным до значения ДиЭ- К11, где К11 - коэффициент усиления РПУ 11. Коэффициенты усиления РПУ 3 и 11 выбраны равными КЗ К11 К и малыми по величине. Тогда напряжения на выходах РПУЗ и 11 равны AUrK3 /4U9 К11 Аи. На входы инструментального усилителя 17 поступает полное напряжение приращения, образованное на тензо- резисторах 1 и 9 при их деформировании, равное UBX АU1 КЗ + AU9- I-А R-K. Формула изобретения Устройство для измерения деформаций, содержащее два тензорезистора, два источника тока, параллельно соединенные с соответствующими тензорезисторами, одни выводы источников тока и тензорезисто- ров объединены общей шиной, а другие соединены в первый и второй выходные проводы соответственно, первый источник тока соединен с первым тензорезистором, плюсом - с общим проводом, минусом - с первым выходным, а второй источник тока

соединен с вторым тензорезистором, минусом - с общим проводом, плюсом - с вторим выходным проводом, и инструментальный усилитель, отличающееся тем, что, с

5 целью расширения функциональных возможностей за счет измерения статических и динамических деформаций, оно снабжено двумя источниками напряжения, двумя повторителями напряжения, двумя потенцио0 метрами. резисторами и двумя , регулируемыми преобразователями уровня, выполненными в виде первого и второго неинвертирующих усилителей, неинвертирующие входы которых соединены с соот5 ветствующими выводами тензорезисторов, а инвертирующий вход каждого усилителя через соответствующий резистор соединен с его выходом и через другой резистор - с выходом соответствующего повторителя на0 пряжения, вход-каждого повторителя напряжения соединен со средней тонкой соответствующего потенциометра, первый вывод первого потенциометра соединен с минусовой клеммой первого источника напряжения, второй вывод - с его плюсовой клеммой и с общей шиной, первый вывод второго потенциометра соединен с плюсовой клеммой второго источника напряжения, второй вывод - с его минусовой клеммой и с общей шиной, а выходы первого и второго регулируемых преобразователей уровня соединены с соответствующими входами инструментального усилителя.