CZ17407U1 - Polovodičová tenzometrická odvrtávací růžice - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká tenzometrické růžice pro odvrtávací metodu sloužící k identifikaci napjatosti materiálů a konstrukcí odvrtávaného místa, na které je aplikována tato růžice. Jednotlivé měřicí tenzometrické snímače deformací v polovodičové tenzometrické růžici jsou vyrobeny z polovodičových tenzometrů.

Dosavadní stav techniky

Jednou z nejrozšířenějších experimentálních metod pro určování zbytkových napětí je metoda odvrtávací. Tato metoda je založena na narušení silové rovnováhy uvnitř tělesa vyvrtáním krůto hového otvoru, ať už slepého nebo průchozího. Velikost vyvrtaného otvoru bývá často vůči rozměrům zkoumané konstrukce zanedbatelná a proto se tato metoda řadí mezi metody semidestruktivní. Zaznamenání uvolněných deformací se nejčastěji provádí pomocí speciální tenzometrické růžice, kdy vrtání otvoru se provádí do středu této růžice. Tyto tenzometrické růžice jsou vyráběny na principu odporových tenzometrů, kde tenzometry jsou umísťovány do blízkého okolí vrtaného otvoru, kde je odezva deformací na pod napjatostí vrtaný otvor dostatečně silná. Deformace způsobené vyvrtáním otvoru ubývají se vzdáleností od tohoto otvoru, takže poměr poloměrů vzdálenosti odporových tenzometrů růžice vůči poloměru vrtaného otvoru bývá okolo 2. Ve větší vzdálenosti není možno odporové tenzometry umístit, protože nejsou na malé deformace, respektive jejich změny dostatečně citlivé. Tenzometry změřené uvolněné deformace slouží jako vstup pro matematickou metodu určující stav napjatosti odvrtáváním analyzovaného místa. Pro zbytková napětí se pro tento odvrtávací experiment užívá mezinárodní norma ASTM STANDARD E 831. V této normě jsou předepsány podmínky vrtání otvoru a způsob vyhodnocení pro konkrétní tenzometrické odporové růžice, které jsou výrobci nabízeny (například firmami HBM, Vishay).

V principu je odvrtávací metoda také velmi citlivá na přesnost provedení vrtaného otvoru i na změnu teploty vyvolanou vrtáním otvoru. Nepřesnosti vyvolané změnou teploty měřené oblasti se eliminují časovou prodlevou mezi vrtáním a měřením růžice, neboť tepelná energie z vrtání se po časové prodlevě rozptýlí do prostoru - z části ve zkoumaném tělese. Průměr otvoru je dán přesnou odvrtávací frézou a u odvrtávacího experimentu je třeba dodržet především přesné za30 měření otvoru do středu tenzometrické růžice, ke kterému je matematický model experimentu cejchován. V případě i malé excentricity otvoru vůči středu tenzometrické růžice jsou výsledky vyhodnocení signálů tenzometrické růžice i velmi nepřesné. Je to dáno také polohou odporových tenzometrů, které leží blízko otvoru v oblasti, která je na každou jeho odchylku od ideální centrické polohy deformačně velmi citlivá. I drahá experimentální zařízení nedokáží excentricitu otvoru s jistotou eliminovat, proto je zde prostor pro zpřesnění odvrtávací metody. Citlivost odporových tenzometrů limituje také možnost zmenšování průměru vrtaného otvoru, neboť příliš malý průměr otvoru by nevyvolal uvolnění dostatečné deformace, kterou by odporové tenzometry růžice dokázaly spolehlivě identifikovat.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky odstraňuje polovodičová tenzometrická odvrtávací růžice deformací podle tohoto technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že se skládá z ohebné tenké podložky tvořené například skelnou tkaninou, kterou je možno rubovou stranou aplikovat přitmelením nebo přilepením na měřený povrch. Na lícové straně této podložky je označeno místo středu odvrtávacího otvoru, okolo kterého jsou aplikovány polovodičové tenzometry růžice ve vzdále45 nosti i několikanásobně větší než je tomu v případě užití tenzometrů odporových. Využíváme toho, že tenzometry polovodičové mají oproti tenzometrům odporovým řádově vyšší citlivost na deformace. Umístíme-li je v odvrtávací tenzometrické růžici dále od vrtaného otvoru do oblasti nižších uvolněných deformací využíváme zároveň právě faktu, že v této větší vzdálenosti od

- 1 CZ 17407 Ul vrtaného otvoru jsou již tyto měřené deformace identifikující napjatost také méně citlivé na nepřesnost vrtaného otvoru vzniklou excentricitu vrtání při odvrtávacím experimentu. Užitím této růžice se zvýší objektivita metody u nepřesně vrtaných otvorů a zároveň tyto nepřesné otvory vzniklé při experimentu budou fakticky využitelné. Operativnější polovodičovou tenzometrickou odvrtávací růžicí je složitější a komplexnější varianta konstrukce polovodičové růžice, ve které kromě polovodičových tenzometrů budou u této růžice vedle jejích tenzometrů aplikovány polovodičové teploměry schopné měřit také změnu teploty svého bezprostředního okolí a tedy i místa jednotlivých tenzometrů, neboť nebude nutné u tohoto typu růžice využívat ke kompenzaci vlivu odvrtávacího tepla časovou prodlevu mezi odvrtáváním a měřením. Bude tedy možno odvrtávat otvor a měřit signály odvrtávací polovodičové růžice kontinuálně, neboť naměřenou změnu teploty umožňuje každý polovodičový tenzometr polovodičové tenzometrické odvrtávací růžice ve své charakteristice popsané funkcí respektovat. Protože však mají tenzometry polovodičové řádově vyšší citlivost na deformace než tenzometry odporové, může mít vrtaný otvor ještě menší průměr a při aplikaci polovodičové růžice lze tedy očekávat menší semidestruktivní poškození zkoumaného povrchu, než je tomu při užití odporových tenzometrických růžic.

Přehled obrázků na výkrese

Technické řešení polovodičové odvrtávací růžice deformací je dále blíže popsáno pomocí přiloženého výkresu, kde obr. 1 znázorňuje konstrukci varianty růžice bez teploměrů a obr. 2 znázorňuje variantu růžice s teploměry.

Příklady provedení technického řešení

Příkladná konstrukce bodcového snímače deformací se skládá z podložky I růžice, na které je označen střed pro vrtaný otvor 2. Na podložku 1 růžice jsou v okolí otvoru v různých místech a v určité vzdálenosti podle konkrétního typu této polovodičové růžice pevně uchyceny alespoň tři polovodičové tenzometry 3 opatřené kontakty k připojení tenzometru růžice na měřicí aparaturu.

U komplexnějšího typu této polovodičové růžice je navíc vedle každého polovodičového tenzómetru 3 pevně uchycen k podložce i polovodičový teploměr 4 opatřený kontakty k připojení tenzometru růžice na měřicí aparaturu.

Průmyslová využitelnost

Polovodičová tenzometrická odvrtávací růžice se dá využít při aplikaci odvrtávací metody slou30 žící k identifikaci napjatosti. Tato růžice je citlivější na vrtaným otvorem uvolněné deformace než v současnosti užívané tenzometrické růžice s odporovými tenzometry a zároveň není tak citlivá na přesnost vrtaného otvoru. Proto umožňuje použít jednak méně přesná a lacinější zařízení pro experiment a také zpracovat přesněji, respektive umožnit objektivně využít i vrtané otvory méně přesné, které by jinak - s užitím odporových růžic - byly pro experiment prakticky ztraceny, protože se jejich výsledky nedají objektivně vyhodnotit. Další možností tohoto typu odvrtávací růžice je možnost užít menší průměr odvrtávacího otvoru, než je tomu u odporových růžic, neboť polovodičové tenzometry odvrtávací růžice jsou schopny reagovat a měřit řádově menší uvolněné deformace než tenzometry odporových růžic. Komplexnější typ růžice s teploměry umožňuje provádět odvrtávací experiment kontinuálně bez časových prodlev.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (3)

1. 40 NÁROKY NA OCHRANU

   1. Polovodičová tenzometrická odvrtávací růžice, vyznačující se tím, že se skládá z podložky (1) růžice, na které je označen střed pro vrtaný otvor (2), přičemž na podložku (1) růžice jsou v okolí označeného středu (2) v různých místech a v určité vzdálenosti od středu rů-2CZ 17407 Ul žice pevně uchyceny alespoň tři polovodičové tenzometry (3) opatřené kontakty k připojení tenzometru růžice na měřicí aparaturu.
2. 2. Polovodičová tenzometrická odvrtávací růžice podle nároku 1, vyznačující se tím, že vedle každého polovodičového tenzometru (3) je přitmelen nebo přilepen k podložce
3. 5 (1) růžice polovodičový teploměr (4) opatřený kontakty k připojení na měřicí aparaturu.

   1 výkres

   CZ 17407 Ul