Способ измерения деформаций и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G01B7/16 

Изобретение относится к методам и средствам измерения деформаций и может быть использовано в машиностроении при статических и динамических испытаниях конструкций.

Цель изобретения - повышение точности измерения в условиях воздействия переменных температур.

Цель достигается тем, что на поверхность контролируемого объекта наносят чувствительный к деформациям материал, формируют два электрода для измерения его электрофизического параметра, измеряют этот параметр и по этим данным определяют деформацию объекта, а в качестве чувствительного к деформации материала используют активный диэлектрический материал. Подают на электроды постоянное напряжение поляризации, соответствующее максимальному значению диэлектрической проницаемости В качестве измеряемого электрофизического параметра используют абсолютное значение диэлектрическом проницаемости, а измерение этого значения осуществляют путем измерения на переменном токе емкости конденсатора, образованного электродами с

О

ы

расположенным между ними участком слоя активного диэлектрического материала.

В устройстве для измерения деформаций, содержащем слой чувствительного к деформации материала и два электрода, размещенные в этом слое, слой чувствительного к деформации материала выполнен из активного диэлектрического материала, а электроды размещены на обеих боковых поверхностях этого слоя.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, реализующего способ измерения деформаций; на фиг. 2 - график зависимости относительного изменения емкости (5С от величины деформации г для различного напряжения и поляризации материала ЦТС-19,

Устройство для измерения деформаций (фиг. 1) содержит источник 1 постоянного напряжения, соединенный с входом регулятора 2 величины поляризующего поля. Выход регулятора 2 соединен с электродами 3, между которыми размещен слой 4 активного диэлектрического материала, например, пьезокерамики. При этом электроды 3 размещены на двух боковых сторонах слоя 4 на главной оси деформаций и образуют конденсатор с расположенным между ними участком слоя 4 активного диэлектрического материала. Электроды 3 образуют со слоем 4 диэлектрика единую конструкцию, которую закрепляют клеевым соединением 5 на контролируемом участке конструкции

6.Электроды 3 подключены к соединенным последовательно согласующему устройству

7,усилителю 8 переменного напряжения и измерительному блоку 9.

Способ осуществляют с помощью описанного устройства следующим образом,

При подаче поляризующего напряжения с источника 1 постоянного напряжения через регулятор 2 величины поляризующего поля Е на электроды 3 изменяются электрофизические параметры слоя 4 активного диэлектрического материала. В частности, увеличивается значение диэлектрической проницаемости е пропорционально подаваемому напряжению U на электроды 3. Это приводит к увеличению емкости С конденсатора, образованного электродами с расположенным между ними участком слоя 4 активного диэлектрического материала. Величина емкости С зависит от геометрических параметров конденсатора (расстояния между электродами) и диэлектрической проницаемости е материала. В свою очередь изменение диэлектрической проницаемости де определяется величиной деформации г контролируемого изделия 6, которая

передается от него к преобразователю через клеевое соединение 5. Чем больше начальная величина емкости С (соответственно f ), тем большее абсолютное ее изменение будет происходить при деформации г. Измерение емкости С конденсатора проводят на переменном токе. Сигнал, пропорциональный изменению емкости д С, через согласующее устройство 7

0 усиливают усилителем 8 и регистрируют измерительным блоком 9.

Повышение точности измерения деформаций достигается за счет использования активного диэлектрического материала в ка5 честве чувствительного элемента, сосредоточенного в ограниченном объеме, что снижает влияние градиентов температур и термоударов, и работающего в широком температурном диапазоне, а также обеспе0 чивающего более высокую чувствительность к измеряемой деформации благодаря проведению измерений в области максимальных значений его диэлектрической проницаемости. Способ и устройство позво5 ляют регистрировать относительные величины деформаций менее 10 , а также с большей достоверностью регистрировать сложное напряженное состояние конструкций при проведении прочностного экспери0 мента, а также натурных их испытаниях и эксплуатации

Формула изобретения

1.Способ измерения деформаций, заключающийся в том, что на поверхность

5 контролируемого объекта наносят чувствительный к деформации материал, формируют два электрода для измерения его электрофизического параметра, измеряют этот параметр и по этим данным определя0 ют деформацию объекта, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности в условиях воздействия переменных температур, в качестве чувствительного к деформации материала используют активный

5 диэлектрический материал, подают на электроды постоянное напряжение поляризации, соответствующее максимальному значению диэлектрической проницаемости, в качестве измеряемого электрофизическо0 го параметра используют абсолютное значение диэлектрической проницаемости материала, а измерение этого значения осуществляют путем измерения на переменном токе емкости конденсатора,

5 образованного электродами с расположенным между ним участком слоя активного диэлектрического материала.

2.Устройство для измерения деформаций, содержащее слой чувствительного к деформации материала и два электрода, размещенные в этом слое, отличающееся тем, что слой чувствительного к деформации материала выполнен из активного диэлектрического материала, а электроды размещены на обеих боковых поверхностях этого слоя.

Изобретение относится к методам и средствам измерения деформаций и может быть использовано при статических и динамических испытаниях конструкций. Цель изобретения - повышение точности измерения в условиях воздействия переменных температур, что достигается нанесением на поверхность контролируемого объекта чувствительного к деформациям активного диэлектрического материала и формированием двух электродов для подачи на них напряжения поляризации, соответствующего максимальному значению диэлектрической проницаемости, и измерением на переменном токе емкости полученного при этом конденсатора. Повышение точности измерения деформаций достигается за счет использования активного диэлектрического материала в качестве чувствительного элемента, сосредоточенного в ограниченном объеме, что снижает влияние градиентов температур и термоударов, и работающего в широком температурном диапазоне, а также обеспечивающего более высокую чувствительность к измеряемой деформации благодаря проведению измерений в области максимальных значений его диэлектрической проницаемости. Способ и устройство позволяют регистрировать относительные величины деформаций менее 10^-6, а также с большей достоверностью регистрировать сложное напряженное состояние конструкций при проведении прочностного эксперимента, а также при натурных испытаниях и эксплуатации в условиях изменяющихся температур. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

10-б w-s го-« 10-ъ г Фиг. Z

фиг.1