Чувствительный элемент для регистрации параметров развития поверхностных трещин Советский патент 1991 года по МПК G01B7/16 

Изобретение относится к экспериментальному исследованию напряженных состояний в деталях машин, механизмов и сооружений и предназначено для регистрации параметров развития поверхностных трещин (длины, скорости распространения и т.д.). Цель изобретения - повышение точности регистрации.

На фиг. 1 приведена электрическая схема предлагаемого чувствительного элемента при четном общем количестве параллельно распределенных резисторов одинаковой длины; на фиг. 2 - то же, при нечетном общем количестве параллельно распределенных резисторов одинаковой длины; на фиг. 3 - диаграммы выходного сигнала,

Чувствительный элемент для регистрации параметров поверхностных трещин содержит параллельна распределенные резисторы 1.1,,..,1.п, одинаковой длины, распределенный резметивный делитель напряжения, выполненный в виде дополнительного параллельно распределенного резистора с заданным соотношением плеч 2 и 3 (меньшее плечо 2, большее плечо 3), добавочный резистор 4, входные контакты 5 и 6 и выходной контакт 7, размещенные на общей изоляционной подложке 8. При четном общем количестве параллельно распределенных резисторов одинаковой длины к одному из входных контактов 5 подключен одним выводом добавочный резистор 4 (фиг. 1), а при нечетном - к другому из входных контактов 6 (фиг. 2),

Входными контактами 5 и 6 чувствительный элемент подключен к схеме электрического моста, содержащего резисторы 9-12. Выходной контакт распределенного резистивного делителя напряжения с заданным соотношением плеч 2 и 3, выполненный а виде дополнительного параллельно распределенного резистора, подключен к регистрирующему прибору (не показан). Распределенные резисторы 1.1,...,1.п имеют одинаковую длину, расположены параллельно с заданным шагом и соединены последовательно в виде меандра. Дополнительный параллельно распределенный резистор 1,п+1 выполнен одинаковой длины с остальными параллель- но распределенными резисторами 1.11.л.

Распределенные резисторы 1 соединены между собой двумя дополнительными распределительными резисторами, первый из которых (резистор 13) соединяет между собой концы нечетных распределительных резисторов, а второй (резистор 14) - концы четных распределительных резисторов. Два дополнительных распределительных резистора выполнены в виде перемычек

13.113

и 14.114.

1

пер/JП 1-Т,-.о

вого 13 и второго 14 дополнительных распределительных резисторов.

В указанных двух дополнительных распределительных резисторах перемычки соединены последовательно через концы параллельно распределенных резисторов одинаковой длины, точки соединения которых отделены друг от друга.

При четном общем количестве распределенных резисторов (фиг. 1) первый дополнительный распределительный резистор 13 подключен между меньшим плечом 2 резистивного делителя напряжения и выходным

О контактом 6, а второй резистор 14 - между большим плечом 3 резистивного делителя напряжения и выводом добавочного резистора 4.

При нечетном общем количестве рас5 пределенных резисторов (фиг. 2) первый до- полнительный распределительный резистор 13 подключен между большим плечом 3 резистивного делителя напряжения и выходным контактом, а второй резистор 14 0 между меньшим плечом 2 резистивного делителя напряжения и выводом добавочного резистора 4.

Оптимальное соотношение плеч распределенного резистивного делителя на5 пряжения, выполненного в виде дополнительного параллельно распределенного резистора, выбирается из условия постоянства амплитуды выходного сигнала по всей длине регистрируемой поверхност0 ной трещины,

Чувствительный элемент работает следующим образом.

В исходном состоянии электрический мост уравновешен. При распространении

5 поверхностной трещины в направлении стрелки Р разрывается первый параллельно распределенный резистор 1.1, и в одно плечо (между контактами 6 и 7 - фиг. 1 и контактами 5 и 7 - фиг. 2) электрического моста

0 включается перемычка 13.1. Сопротивление другого плеча (между контактами 5 и 7 - фиг. 1 и контактами 6 и 7 - фиг. 2) остается неизменным. Так как сопротивление одного плеча (между контактами 6 и 7 - фиг. 1 и

5 контактами 5 и 7 - фиг. 2) электрического моста больше сопротивления другого плеча (между контактами 5 и 7 - фиг. 1 и контактами 6 и 7 - фиг. 2) происходит разбаланс электрического моста, и выходной сигнал в

0 измерительной диагонали изменяется скачкообразно.

Дальнейшее распространение поверхностной трещины приводит к разрыву второго параллельно распределенного

5 резистора 1.2 и в другое плечо (между контактами 5 и 7 -- фиг. 1 и контактами 6 и 7 - фиг. 2) электрического моста включается перемычка 14.1, Сопротивление одного плеча (между контактами 6 и - фиг. 1 л контактами 5 и 6 - фиг. 2) и сопротивление другого

(между контактами 5 и 7 и контактами 6 и 7) становятся равными. Дальнейшее распространение поверхностной трещины приводит к поочередному разрыву нечетных и четных порядковых номеров параллельно распределенных резисторов одинаковой длины. При разрыве поверхностной трещиной одного из плеч делителя напряжения, выполненного в виде дополнительного параллельно распределенного резистора 1.П+1, в одно из плеч электрического моста включается другое плечо делителя напряжения. Электрический мост окончательно теряет равновесное состояние. Выходной сигнал представляет собой последовательность прямоугольных импульсов (фиг, 3), фронты нарастания и спада которых, а также их скважность позволяют определять моменты разрыва соответствующего параллельно распределенного резистора и дополнительногораспределенногорезистора, выполненных одинаковой длины, т.е. судить о параметрах поверхностной трещины (моменте возникновения, длине и, следовательно, скорости развития поверхностной трещины).

При выполнении в чувствительном элементе любого количества (четного или нечетного) параллельно распределенных резисторов одинаковой длины, благодаря соответствующему подключению добавочного резистора, достигается в исходном состоянии чувствительного элемента нулевой уровень выходного сигнала.

Выполнение резистивного делителя напряжения в виде дополнительного параллельно распределенного резистора одинаковой длины с остальными параллельно распределенными резисторами позволяет добиться точного изменения на постоянную величину сопротивлений чувствительного элемента между одним

входным и выходным контактами при разрыве нечетных параллельно распределенных резисторов одинаковой длины, а также другим входным и выходным контактами при разрыве четных параллельно распределенных резисторов одинаковой длины, а также увеличить количество регистрирующих элементов на единицу.

Выполнение двух дополнительных распределенных резисторов в виде перемычек,

соединенных последовательно непосредственно через концы параллельно распределенных резисторов одинаковой длины, точки соединения которых совмещены или отделены друг от друга, позволяет увеличить сопротивление перемычек между двумя шагами при указанном подключении перемычек к схеме электрического моста.

Таким- образом, применением указан- ной схемы подключения добавочного резистора достигается баланс электрического моста в исходном состоянии при любом количестве (четном или нечетном) параллельно распределенных резисторов одинаковой длины. Величина разбаланса электрического моста при разрыве одного параллельно распределенного резистора одинаковой длины увеличивается на постоянную величину, что приводит к увели- чению амплитуды выходного сигнала и изменению его на постоянную величину, следовательно, точность регистрации повышается.

о%/л

У/У7/Лп+1 ////, Я///, 1n ////,

U

n-1

Фаг1

o%t ±ГГ

/

/s///,iji-i7/y7,

/////.in 77//,

№

n-t

И

f.

У////1.П-1 77%.

Л

//// 1..

±U/j2i

fr

ш

.;

./

x

/////. W /////,

/ / j /////s 1.3 /////Л

/////. 1.2 /777// l ff ..r

I I

H I/ г

/ ///Лб S777/ Г.

1/J7

Ґ////.И У/777,

&/./

6/Л