Преобразователь внутренних механических напряжений Советский патент 1980 года по МПК G01L1/16 

Изобретение относится к технике иа мерения механических напряжений и может быть использовано для исследования напряженного состояния внутри сред с любыми физико-механическими свойст- 6ами включая вязко-упругие и пластические среды. Известны различные конструкции преобразователей, состоящих из чувствительного и силоперецающих элементов, помещенных в корпус. Чувствительный элемент в таких устройствах является силовоспринимающим И выполняется в виде пьезотрансформатора,. нагружаемого измеряемым усилием Ij. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения усилия, содержащее корпус силопередающий элемент, пьезоэлемент, опирающийся на опоры по контуру и снабженный системой электродов, подключённых .к системе возбуждения и измерительному прибору 2J. Недостатком известного устройства является низкая и неравномерно распределенная жесткость по радиусу преобразователя, определяемая дефс эмацией изгиба пьезоэлемента, из-за чего это устройство имеет малый модуль упругости, что вносит большие погрешности в измерение напряженного состояния нелинейных сред, например бетона, а также ограничивает диапазсж измеряемых напряжений. Цель изобретения .- повышение , ности и расширения диапазона измерения. Это достигается тем, что силопередающий элемент выполнен в виде двух центральных дисков и двух концентричных дискам колец различной жесткости, а пьезоэлемент выполнен в виде кольца с ножевыми опорами на внутреннем и наружном диаметрах и размещен в кольцевом пазу, выполненном в месте соединения колец и дисков силопередающего элемента, при этом жесткость каждого диска выбрана равной жесткости кольца, концентричного другому диску. / На чертеже схематически изображено предложенное устройство. Преобразователь имеет пьеаоэлемент d с системой электродов, корпус 2 и силопередающие элементы 3 и 4. В качестве силовоспринимающик элементов могут быть применены материалы с раз- лйчньшй модулями упругости, например сталь и оргчгтекло, или один материал, но на одной из половин могут быть выполнены кольцевые проточки. Пьезоэлемент выполнен в виде кольца, в котором установлен силопередагощий элемент 4, а элемент 3 установлен по периметру пьезоэлемента. Опирание пьезоэлемента предусмотрено по внутреннему и наружному диаметрам в виде ножевых опор 5. Конструкция схемы возбуждения и из мерения определяется материалом пьезоэлемента. Пьезоэлемент при этом возбуж дается на радиальной моде колебаний или на моде колебаний по толщине. При использовании пьезокерамики пьезоэлемент выполняется в виде пьезо- трансформатора, а схема возбуждения решается в виде отдельно питающего одну пару электродов генератора и изме рительного прибора вольтметра, подключенного ко второй паре электродов. При выполнении пьезоэлемента из кварца он снабжается одной системой электродов, подключаемой к автогенератору, в цепи которого он является параметрическим задающим элементом, при этом измерительным прибором служит частотометр. Преобразователь работает следующим образом. При подключении выводов 6 к систем возбуждения и воздействии бнутренних механических напряжений нормальных к плоскости преобразС)В.ателЯ| силопередаю- щие элементы 3 и 4 сжимаются, причем сильнее деформируется tiSi часть элемент которая имеет меньшую жесткость. Но так как каждый из силопередающих элементов установлен зеркально жесткости другого элемента, то сумма разностей деформаций частей элементов будет являться деформацией пьезоэлемента. Она обесйечив ается механическим контактом силопередающих элементов 3 и 4 с пьезоэлементом 1 по узлам его колебаний. Деформация пьезоэлемента вызы- вает изменение частоты его колебаний или амплитуды выходного напряжения. Корпус 2 служит для перераспределения усилия между отдельными силопередающими элементами и посредством воздушного зазора 7 защищает конструкцию от действия боковых напряжений. Установка в корпусе одновременно с пьезоэлементом четырех силопередающих элементов, которые являются понижающими механическими трансформаторами усилия на пьезоэлемент, существенно увеличивает общую жесткость преобразователя и расширяет диапазон измерения. Расположение одного из силопередающих элементов в центре пьезоэлемента, а другого по его периметру позволяет уменьшить изменения радиальной жесткости преобразователя, что способствует повышению точности измерения. Формула изобрете-ния Преобразователь внутренних механических напряжений, содержащий корпус, силопередающий элемент, пьезоэлемент, опирающийся на опоры по контуру и снабженный системой электродов, подключенных к системе возбуждения и измеритель - ному прибору, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерения, в нем силопередающий .элемент выполнен в виде двух центральных дисков и двух концентричных дискам колец различной жесткости, а пьезоэлемент выполнен в виде кольца с ножевыми опорами на внутреннем и наружном диаметрах и размещен в кольцевом пазу, выполненном в месте соединения колец и дисков силопередающе- го элемента, при этом жесткость каждого диска выбрана равной жесткости кольца, концентричного другому диску. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 513276, кл. G 01 L 1/16, 29.07.74. 2, Авторское свидетельство СССР № 501,305, кл. G 01 L 1/16, 12.О9.74. (прототип).

/