ФОЛЬГОВЫЙ МЕМБРАННЫЙ ТЕНЗОРЕЗИСТОР Советский патент 1972 года по МПК G01L1/22 

Фольговый мембранный тензорезистор относится к контрольно-измерительной технике и применяется для исследования механических свойств материалов.

Известны фольговые мембранные тензорезиоторы, содержащие подложку из электроизоляционного лака и тензочувствительные элементы, одни из которых выполнены в виде прямых петель, ориентированных по радиусам и соединенных последовательно, а другие размещены во внутреннем контуре двух первых тензочувствительных элементов и выполнены в виде петель в форме дуг, концентрически расположенных и последовательно соединенных. Недостатком известных фольговых тензорезисторов является невозможность измерения длины трещин в процессе их развития в исследуемых материалах, поскольку тензочувствительные элементы-петли соединены между собой последовательно.

Цель изобретения - обеспечение возможности измерения длины трещин в процессе их развития в материалах.

Поставленная цель достигается тем, что дуги по их оси симметрии соединены радиальной перемычкой и одни выводные проводники подключены к свободным концам дуг, а другие к радиальной перемычке.

Тензорезистор содержит подложку / из электроизоляционного лака, тензочувствительные элементы 2 в виде концентрически расположенных петель в форме дуг, центр 3 которых при наклейке на исследуемый образец 4 совпадает с предполагаемой точкой зарождения трещины. Тензочувствительные элементы 2 соединены по их оси симметрии радиальной перемычкой 5, к которой подключен общий выводной проводник, другие выводные проводники подключены к свободным концам 6 дуг.

Шаг концентрически расположенных тензочувствительных элементов выбирается в соответствии с условиями исследования. Тензорезистор изготавливается известным способом фотопечати.

Фольговый тензорезистор наклеивается на поверхность испытуемого образца 4, подвергающегося неодноосному повторному нагрул ению так, чтобы предполагаемая точка зарождения трещины (например, при испытании гладкого образца) или центр отверстия (в случае испытаний образца с отверстием) совпали с центром 3 датчика. На чертеже в качестве примера изображен круглый плоский образец 4 с центральным отверстием, подвергаемый неодноосному (симметричному относительно центральной оси, перпендикулярной плоскости образца) повторному растяжению. Равномерно распределенная но контуру образца повторная нагрузка вызывает в нем два вида повторных напряжений - радиальные (направленные по радиусам) и тангенциальные (направленные перпендикулярно радиусам). Так как радиальные напряжения на контуре центрального отверстия равны нулю, а тангенциальные достигают максимальных значений, то под действием последних усталостная трещина, зародившись на контуре отверстия, будет распространяться перпендикулярно тангенциальному напряжению вдоль радиуса окружности контура образца от центра образца в его периферии. Но так как распределение тангенциальных напряжений по всему образцу и на контуре внутреннего отверстия симметрично относительно оси, нроходящей через центр образца перпендикулярно его плоскости, то все точки контура отверстия обладают одинаковой вероятностью зарождения усталостной трещины, а поэтому и направление радиуса, по которому распространяется усталостная тфещина, б,ет произвольным.

5(3алостцая трещин&,1 состоящая из одной (илидвух) ветвей, расп{5остраняясь по произвольно н.аправленному радиусу (или радиусам), пересекает петли| тепзочувствительных элементов./. прд,прямцл| углом, и первый импульс, являющийся следствием обрыва трещиной первой от центра полоски, соответствует первоначальной длине трещины, равной расстоянию от точки зарождения трещины до первой петли.

Дискретные импульсы, получаемые при обрывах остальных петель датчика, расположенных на концентрических окружностях, соответствуют длинам трещины, определяемым радиусами указанных окружностей. Полученные импульсы могут быть преобразованы и зарегистрированы.

Очевидно, способ приложения неодноосной повторной нагрузки к образцу (симметричная или несимметричная нагрузка относительно центральной оси, перпендикулярной плоскости образца, приложение нагрузки внутри отверстия или со стороны внешнего контура или комбинация последних наерузок друг с другом), а также форма контура образца (круглая, прямоугольная и т. д.) принципиально не изменяют конструкции фольгового тензорезистора и его расположения относительно предполагаемой точки зарождения трещины.

Из рассмотрения устройства и работы предлагаемого фольгового тензорезистора следует, что он обладает некоторой зоной нечувствительности к трещине. Размер этой зоны определяется размером сектора, в котором расположены выводные петли тензорезистора. Вероятность попадания трещины в эту зону в каждом конкретном случае применения датчика может быть сделана сколь угодно малой путем выбора соответствующих параметров датчика (числа петель и т. д.), а также путем ориентации тензодатчика на поверхности образца так, чтобы, например, в случае неодноосного и несимметричного относительно центральной оси, проходящей через центр образца перпендикулярно его поверхности, нагружения зона нечувствительности датчика совпадала с зоной наименьших тангенциальных напряжений. Вероятность попадания трещины в зону нечувствительности датчика в дальнейшем все более уменьшается в связи с ярко выраженной тенденцией к миниатюризации печатных схем.

Таким образом, предлагаемый фольговый тензорезистор позволяет измерять трещины как при одноосном повторном нагружении (когда направление распространения трещины заранее известно), так и при неодноосном

повторном нагружении (когда трещина имеет произвольное, заранее не известное направление). А поэтому предлагаемый фольговый тензорезистор может разрешить проблему автоматического измерения усталостных трещин

в образцах и конструкциях, работающих или иснытуемых в условиях неодноосного повторного нагружения, что в конечном итоге позволяет повысить надежность и безопасность эксплуатации указанных конструкций.

Кроме того, очевидно, что предлагаемый фольговый тензорезистор может быть использован и для измерения тангенциальных деформаций или напряжений при неодноосном нагружении.

Предмет изобретения

Фольговый мембранный тензорезистор, содержащий подложку из электроизоляционного лака, тензочувствительные элементы в виде концентрически расположенных петель в форме дуг и выводные проводники, отличающийся тем, что, с целью измерения длины трещин в процессе их развития, дуги по их оси симметрии соединены радиальной перемычкой и одни выводные проводники подключены к свободным копцам дуг, а другие к радиальной перемычке.

UUi