Тензорезистор Советский патент 1992 года по МПК G01B7/16 G01B7/18 

Изобретение.относится к измерению и контролю механических величин, в частности к контролю напряженного состояния и усилий в бетонных и железобетонных конструкциях, и может быть использовано в промышленном и гражданском строительстве при проектировании изделий и сооружений, их стендовых и натурных испытаниях, а также в процессе их изготвления и эксплуатации, что особенно важно для районов вечной мерзлоты.

Известны различные датчики напряженного состояния в бетоне на основе металлических тензорезисторов.

Однако такие тензорезисторы на долговечны в бетоне и потому не позволяют стабильно производить измерения в бетоне при их применении без специальных устройств, защищающих тензорезисторы от непосредственного соприкосновения

с бетоном. Из-за наличия таких устройств нельзя непосредственно измерять обьем- ныё деформации в бетоне в малых областях - порядка 1 мм3.

Известен тензорезистор с чувствительным элементом из моносульфида самария (SmS), напыленным на металлическую подложку с диэлектрической пленкой. Выходной сигнал датчиков с такими тензорезисторами на 1-2 порядка выше, чем с металлическими...; .,. ..-.

Однако вследствие агрессивности среды в незатвердевшем бетоне, а также резких перепадов температур в экстремальных климатических условиях такие тензорезисторы разрушаются в процессе затвердевания бетона. Кроме того, подложка оказывает армирующее воздействие на си- стему бетон - датчик и искажает поле измеряемых напряжений. Все это снижает стабильность измерения.

XJ

О

-N

ON

Целью изобретения является повышение долговечности и стабильности измерения деформации в бетоне в экстремальных климатических условиях.

Указанная цель достигается тем, что в тензорезисторе на основе SmS подложка выполнена из силикатного стекла, что имеет принципиальное значение. Малая жесткость датчиков вследствие небольшого модуля упругости стекла и согласованный с бетоном коэффициент линейного расширения позволяют не вносить искажений в поле напряжений бетонных конструкций. Кроме того, привлекает доступность и дешевизна выпускаемых промышленностью тонких покровных стекол. Главным же является обнаруженная авторами живучесть моносульфида самария на стекле в бетоне (фиг. ,1). Именно в контакте с силикатным стеклом, с одной стороны, и с бетоном, с другой, этот полупроводниковый материал проявил наибольшую стабильность электрического сопротивления, что позволило избежать защитных покрытий.

На фиг. 1 представлена зависимость электросопротивления предлагаемого тен- зорезистора, помещенного в бетоне, от времени; на фиг. 2 - датчик локальных объемных напряжений в бетоне в условиях быстроменяющихся температур, выпойнен- ный на основе предлагаемого тензорези- стора; на фиг. 3 - график зависимости объемного напряжения от температуры в бетоне.

Тензорезистор содержит тензочувстви- тельный слой 1, контактные площадки 2, термопару 3, токовводы 4. подложку 5.

. На фиг. 3 приведены снятые с помощью датчика зависимости (кривые I и li) величины объемного напряжения от температуры в бетонном тесте (цемент, песок, вода в весовом отношении 1 : 1,09 : 0,35, соответственно) ив грунте 2 (песок, вода, в соотношении 2,09 : 0,35) при понижении температуры.

П р и м е р. Была изготовлена партия датчиков 12 шт. для измерения величины локального объемного напряжения в бетоне (фиг. 2). На подложку из силикатного стекла методом испарения в вакууме был нанесен тензочувствительный слой из SmS допиро- ванного гадолинием и контактные площадI

ки из константана. Сопротивления резиСТо ров 200 i5 Ом. Размеры подложки 1,5x1x0,15 мм. На одну из контактных площадок была напаяна термопара медь константан. Барорезистор датчика калибровался с помощью эадатчика давления МП- 600 в интервале давлений от атмосферного до 600 атмосфер при температурах +20°С и 0°С и газовой камеры до давлений 150 атмосфер при температуре -50°С. При всех температурах чувствительность датчика к давлению была 1,0- . Тарирование датчиков по температурному коэффициенту сопротивления и эксперименты по

определению объемных напряжений проводились при естественно низких температурах в климатической камере фирмы Фойтрон ГДР типа 3101-01 в диапазоне температур +20 - -50°С. Температурный

коэффициент сопротивления барорезисто- ров равнялся 1,1103 . Следует отметить, что температурные и барические зависимости логарифма сопротивления резисторов линейны в рассматриваемом

интервале температур и давлений, так что чувствительности по давлению и температуре сохраняют свою величину во всем рабочем диапазоне. Датчик подключался в компьютерно-измерительной системе Аксамит. Датчики показали свою работоспособность во влажных дисперсных средах (бетон, грунт) в указанном диапазоне температур (фиг. 3). Количественные величины и ход кривых соответствует расчетам, Других

датчиков, позволяющих проводить аналогичные измерения (измерение объемных напряжений в области порядка 1 мм3) в настоящее время не существует. В процессе испытаний удалось впервые снять кривые

температурных зависимостей локальных объемных напряжений в бетонном тесте, бетоне и грунте при естественно низких температурах (до-50°С).

Формул а изобретения

Тензорезистор, содержащий подложку и размещенный на ней чувствительный элемент из моносульфида самария, о т л и ч а- ю щ и и с я тем. что, с целью повышения долговечности и стабильности измерения

деформаций в бетоне в экстремальных климатических условиях, подложка выполнена из силикатного стекла.

ПО Ш 300 «П 4фм

Изобретение относится к измерению и контролю механических величин, в частности к контролю напряженного состояния в бетонных конструкциях тензорезисторами. Цель изобретения - повышение долговечности и стабильности измерения деформации в бетоне в экстремальных климатических условиях. Тензорезистор. содержащий подложку из силикатного стекла и размещенный на ней чувствительный элемент из моносульфида самария, дает возможность измерять объемные напряжения в бетоне при его заливке и отвердевании при отрицательных и быстроменяющихся температурах в обьектах, содержащих связанную воду. 3 ил.

«ИГЛ

-4

Фиг.З

T. C