Устройство для измерения контактных давлений Советский патент 1993 года по МПК E02D1/00 G01L1/22 

Изобретение относится к строительству, предназначено для измерения нормальных и касательных контактных давлений грунта, сыпучих и пластичных материалов, действующих на поверхность строительной конструкции и может быть использовано при проектировании и эксплуатации зданий и сооружений.

Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение области применения,

На фиг. 1 показано устройство, продольный разрез: на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Устройство содержит корпус 1, в котором жестко закреплены основания упругих элементов 2, 3, 4 (стержневого, в том числе

в виде полого цилиндра 2 и консольного типа 3,4). Упругие элементы могут быть различного типа,например, системы консольных балок, балки на двух опорах, опертые по . краям или периметру пластины, различные мембраны цилиндры и кольца постоянного и переменного сечения; конструкции с использованием механических, гидравлических, пневматических преобразователей перемещений и т.д.

На упругом элементе 2 размещены тен- зорезисторы 5-8, на упругих элементах 3 и 4 соответственно 9, 10 и 11,12. Тензорези- сторы 5 и 6, 7 и 8 включены в два измерительных моста с целью температурной компенсации тензорезисторов и избираVI

ю

00

со

ельности измерения двух взаимно перпеникулярных составляющих произвольно риентированного в плоскости восприниающего давления элемента 14 вектора каательных давлений. Тензорезисторы 9 и 5 10, 11 и 12 включены в два измерительных оста с целью температурной компенсации ензорезисторов и избирательности измерений двух различных значений нормальных давлений, действующих на различных 10 оспринимающих давление элементах 13 и 15. : . ;

Воспринимающие давление элементы 13,14 и 15 жестко крепятся к соответствующим упругим элементам 3, 2 и 4, например, 15 резьбовым соединением 16.

Между элементами 13, 14 и 15, а также корпусом 1 установлены уплотняющие прокладки 17, 18 и 19.

Устройство работает следующим обра- 20 зом.

Под действием внешнего давления элементы 13, 14 и 15 перемещаются, вызывая соответственно в упругих элементах 3,2 и 4 еформации, измеряемые тензорезистора- 25 ми, При этом тензорезисторы 5, 6 и 7, 8 расположены взаимно перпендикулярно на внешней поверхности упругого элемента 2, измеряют деформации от касательных составляющих внешнего .30 давления. Тензорезисторы 5и6включе- ны в плечи измерительного моста так, что этот мост реагирует только на деформации элемента 2, вызванные касательной составляющей внешнего давления и направлении 35 5-6. Соответственно тензорезисторы 7 и 8 в другом измерительном мосту реагируют только на касательную составляющую внешнего давления в направлении 7-8. Тензорезисторы 9 и 10, 11 .и 1.2 включены в 40 плечи измерительных мостов так, что измерительные мосты реагируют только на деформации элементов 3 и 4, вызываемые нормальными составляющими внешних давлений;,

Измеренные тензорезисторами 9 и 10, 11 и 12 величины нормальных давлений и измеренные тензорезисторами 5 и 6, 7 и 8 касательные давления используются для определения взаимосвязей нормальных и 50 касательных контактных давлений.

Вычислив среднюю величину составляющей давления из двух измеренных тензорезисторами 9 и 10, 11 и 12, с учетом двух составляющих давления, измеренных тен- 55 зорезисторами 5 и 6,7и 8 определяются три взаимно перпендикулярные составляющие произвольно ориентированного в пространстве вектора внешнего контактного давления,.

При необходимости измерения нормального давления более чем по двум площадках в устройстве вместо прикрепленных к двум упругим элементам 3 и 4 соответствующих воспринимающих давление элементов 13 и 15 будут установлены равные им по суммарной площади три и более воспринимающих давление элемента, прикрепленных соответственно к трем и более упругим элементам, основания которых закреплены в корпусе.

Для определения давления при динамических нагрузках воспринимающие давление элементы 13, 14 и 15 должны быть жестко соединены со своими упругими элементами 3, 2 и 4, а последние жестко соединены соответствующей частью с корпусом.

С целью повышения точности измерения нормальных и касательных давлений в устройстве блок из элементов 13, 14 и 15 может быть заменен на блок с другими по площади элементами, наиболее .оптимальными для решаемой задачи.

Измерение нормальных и касательных давлений на рядом расположенных площадках позволяет повысить точность определения эпюр контактных давлений и расширить диапазон исследуемых задач. Применение устройства позволяет снизить затраты на проведение экспериментов с исследованием изменения контактных давлений на 25зо%..;.-.

Формула изобретения Устройство для измерения контактных давлений, содержащее два воспринимающих давление элемента, установленные с уплотнением между собой и корпусом и соединенные с тензопреобраз ователями для измерения соответственно касательной и нормальной составляющих давления, выполненных в виде упругих элементов с тензорезисторами и размещенных между корпусом и воспринимающими давление элементами, с которыми жестко соединены соответствующими частями, отличаю- щ е е с я тем; что, с целью повышения точности измерения и расширения области. применения, оно снабжено одним или более дополнительными тензопреобразователя- ми для измерения нормальной составляющей давления, соединенными с таким же количеством воспринимающих давление элементов, установленных с уплотнением между собой, корпусом и двумя другими воспринимающими давление элементами, площадь которых выполнена уменьшенной на величину площади дополнительных элементов.

Ц 9 А 16 {8 46 г ft

AL wF/ L ///Afcfc

15 11 / /

Использование: для измерения нормальных и касательных контактных давлений грунта, сыпучих и пластичных материалов, действующих на поверхность строительной конструкции. Сущность: устройство содержит три или более воспринимающих давление элементов, соединенных с уплотнением между собой и корпусом и соединенных с тензоп- реобразователями, один из которых для измерения касательной, а другие - нормальной составляющих давления. Тензопреобра- зователи одним концом соединены с соответствующим элементом, а другими - с корпусом. Устройство позволяет измерять нормальные и касательные давления на рядом расположенных площадках. 2 ил.