EA010533B1 - Прибор для измерения линейной деформации материалов и способ его изготовления - Google Patents

Abstract

Данное изобретение относится к приборам, предназначенным для измерения линейной деформации материалов, содержащим по крайней мере два измерительных элемента 1, в которых имеются измерительные лезвия 2, имеющие взаимно параллельные оси, и которые могут прикрепляться к измеряемому материалу, и переносное устройство 3 для последовательной записи состояния ряда точек, имеющее поверхность 4, на которой образуется отпечаток, и которая выполнена из материала, имеющего постоянные размеры и твердость, меньшую, чем твердость измерительных лезвий 2, и/или переносное измерительное устройство. Сущность его состоит в том, что измерительный элемент 1 на стороне, противоположной измерительным лезвиям 2, помещается в отверстие 10, выполненное в бобышке 11, и прикрепляется к ней при помощи смоляного клея; при этом бобышки прикрепляются к поверхности измеряемого материала при помощи сварного соединения. Изобретение также касается способа изготовления такого прибора, в котором измерительные элементы и/или бобышки помещаются в отверстия в устройстве для транспортировки, а затем производится точная установка расстояния между осями лезвий и их параллельности друг другу, после чего они прикрепляются к бобышкам при помощи клея, имеющего меньшую прочность, чем клей между измерительными элементами и/или бобышками и измеряемым материалом, и измерительные элементы соединяются с измеряемым материалом при помощи бобышек; и устройство для транспортировки может быть удалено.

Description

Область техники

Изобретение относится к прибору, предназначенному для измерения линейной деформации материалом и состоящему, по крайней мере, из двух визирных марок, созданных на материале на определенном расстоянии друг от друга; изобретение также касается способа изготовления такого прибора.

Описание уровня техники

Механические и оптические экстензометры используются для измерения линейной деформации твердых материалов, в особенности металлов, а именно, путем измерения удлинения материала между двумя фиксированными точками на конструкции. В качестве замерных точек чаще всего используют вычерченные марки или насечки. Недостаток такого вида измерений состоит в том, что если создается надрез или насечка, они могут повредить материал. В некоторых производственных установках недостаток состоит также в том, что марки загрязняются, и их становится трудно отыскать. Подобные экстензометры также могут использоваться для измерения линейной деформации материалов, отличных от металлов, например, в строительных конструкциях они используются для измерения трещин в бетоне и подобных целей. Вследствие своей ограниченной точности подобные экстензометры требуют расположения замерных точек на материале или на конструкции на большом расстоянии друг от друга. Эти расстояния измеряются сотнями миллиметров.

Более высокой точности измерений расстояния между реперными точками и возможности помещать эти точки близко друг к другу можно достичь при использовании измерительных микроскопов. Их основные недостатки заключаются в их относительно больших размерах и весе, поэтому на практике их невозможно использовать для измерения деформации материалов в эксплуатируемых металлических конструкциях, таких как мосты, трубопроводы большого диаметра и т.п., в особенности, если испытуемые трубопроводы расположены в замкнутом пространстве, например на атомных электростанциях. Другая большая проблема состоит в сложности получить доступ к измеряемым участкам, например, на изолированных трубопроводах, распределительных трубопроводах внутри других конструкции и т. п. Измерительные микроскопы имеют еще один недостаток - они могут повреждаться и терять точность.

Также известны различные типы тензиометров, такие как механические, оптические, электрические, акустические, пневматические и другие. Недостатки у механических, оптических, акустических и пневматических тензометров такие же, как и у описанных выше микроскопов. Электрические тензиометры лишены некоторых подобных недостатков, но их большим недостатком является то, что они могут работать только в определенных температурных диапазонах. В случае более высоких или более низких температур электрические тензиометры требуют юстировки, и цена получения с их помощью данных возрастает в разы.

Другим недостатком тензиометров, в особенности электрических, является их ограниченный срок службы, который уменьшается пропорционально климатическим условиям, в которых выполняются измерения.

Следовательно, имеющиеся в настоящее время технические решения не позволяют выполнять в полевых условиях измерения, результат которых был бы сравним с результатами измерений в условиях лаборатории.

Раскрытие изобретения

Описанные выше недостатки могут быть устранены до некоторой степени при использовании прибора для измерения линейной деформации материала, содержащего, по крайней мере, два измерительных элемента, в которых имеются измерительные лезвия с взаимно параллельными осями и которые можно закрепить на измеряемом материале, и переносное устройство для последовательной записи состояния ряда точек, в котором имеется поверхность для получения отпечатка, выполненная из материала, имеющего постоянные размеры и твердость, меньшую, чем твердость материала измерительных лезвий, и/или переносное измерительное устройство согласно данному изобретению. Его сущность состоит в том, что измерительное устройство расположено со стороны, противоположной измерительным лезвиям, в отверстии в бобышке и крепится к ней при помощи смоляного клея; а бобышки соединяются с поверхностью измеряемого материала при помощи сварного шва.

Предпочтительно, чтобы бобышки соединялись с поверхностью измеряемого материала при помощи сварного шва, выполненного электрической дугой. Бобышки могут иметь цилиндрическую форму, и в это случае отверстие расположено в направлении оси цилиндра, и желательно, чтобы в нем была выполнена внутренняя резьба.

Предпочтительно, чтобы в центральном участке измерительные лезвия имели прорезь, а измерительные элементы могут иметь кольцевую канавку и конические концы в нижней части.

Предпочтительно, чтобы измерительные элементы и/или бобышки размещались в устройстве для транспортировки, содержащим транспортировочную доску, имеющую отверстия для измерительных элементов и/или бобышек, после точной юстировки взаимной параллельности осей измерительных лезвий, а соединение между измерительными элементами и/или бобышками и устройством для транспортировки имело меньшую прочность, чем соединение между измерительными элементами и/или бобышками и измеряемым материалом.

Описанный выше прибор предпочтительно изготавливается таким образом, чтобы измерительные

- 1 010533 элементы и/или бобышки размещались в отверстиях в транспортировочном приспособлении, а точное расстояние между осями лезвий и их параллельность устанавливаются и фиксируются в этом положении при помощи клея, имеющего меньшую прочность, чем клей между измерительными элементами и/или бобышками и измеряемым материалом, и после того как измерительные элементы будут соединены с измеряемым материалом при помощи бобышек, устройство для транспортировки удаляется.

Предпочтительно, чтобы измерительные элементы были размещены в отверстиях в бобышках до того, как они будут вставлены в отверстия в устройстве для транспортировки и соединены с бобышками при помощи смоляного клея; когда будет точно установлено расстояние между осями лезвий и их взаимная параллельность бобышки привариваются к измеряемому материалу, и устройство для транспортировки удаляется.

В следующем предпочтительном способе бобышки привариваются к измеряемому материалу, а измерительные элементы, размещенные в устройстве для транспортировки, вставляются в бобышки и соединяются с ними при помощи смоляного клея; когда соединение затвердевает, устройство для транспортировки удаляется.

Поскольку в измерительных элементах установлены измерительные лезвия, оси которых параллельны друг другу, возможно измерить точное расстояние между ними и изгиб измеряемого материала, если он имеется. Благодаря неподвижному соединению с поверхностью измеряемого материала, возможно разместить отдельные измерительные элементы на различных конструкциях, в таких местах, где обычно невозможно установить другие измерительные устройства, например, на конструктивных элементах самолетов, поверхностях энергетических установок и т.п. Материал поверхности прибора, последовательно записывающего состояние ряда точек, позволяет сохранять отпечатки в течение длительного времени, благодаря его свойству сохранять размеры; что представляет собой основной фактор, позволяющий осуществлять текущий контроль и сравнение измеряемого материала на протяжении всего его срока службы. Благодаря тому, что его твердость ниже, чем твердость материала измерительных элементов, измерительные элементы не изнашиваются даже после многократно повторенных измерений.

Принимая во внимание небольшие размеры измерительных элементов и используемый для их изготовления материал, в некоторых случаях трудно соединить эти измерительные элементы с измеряемым материалом, в особенности вследствие того, что материал, из которого изготовлены измерительные элементы, с трудом поддается сварке, или поверхность соединения слишком мала. Однако, если измерительный элемент со стороны, противоположной измерительным лезвиям, поместить в отверстие бобышки, то его можно соединить с последней при помощи смоляного клея; в этом случае соединение передает касательное напряжение, а также растягивающее напряжение, и, следовательно, его прочность должна быть значительно выше. Смоляной клей обеспечивает постоянное соединение даже в экстремальных условиях, таких как большой перепад температур, внешние воздействия и т. п.

В этом случае бобышки могут соединяться с поверхностью измеряемого материала при помощи сварки, оптимально, сварного соединения, которое минимально возможным образом влияет на свойства измеряемого материала. Это в особенности относится к сварному соединению, выполненному при помощи электрической дуги. Современные технологии позволяют выполнить сварной шов за несколько миллисекунд, а необходимое для этого оборудование имеет небольшие размеры и вес, и, следовательно, его можно доставить куда угодно.

Если бобышки имеют цилиндрическую форму, отверстия располагаются в направлении осей цилиндров, и если в отверстии выполнена внутренняя резьба, то образуется большая поверхность контакта, и соединение между измерительным элементом и бобышкой приобретает большую прочность.

Измерительные лезвия могут иметь в своей средней части прорези, которые позволяют уменьшить усилие, необходимое для создания отпечатков, и уменьшить поверхность контакта между измерительным элементом и бобышкой и между бобышкой и измеряемым материалом, поскольку эти соединения испытывают меньшие напряжения во время измерения. Если измерительные элементы имеют кольцевые выточки и конический конец нижней части, они создают условия для увеличения прочности соединения между измерительными элементами и бобышками.

Поскольку измерительные элементы и/или бобышки размещаются в устройстве для транспортировки после их взаимной точной юстировки, становится возможным транспортировать и устанавливать измерительные элементы практически в любое место, если сохраняется их точная юстировка, и измерительные элементы могут быть легко освобождены от устройства для транспортировки после их размещения на измеряемом материале.

Описанный способ изготовления прибора позволяет устанавливать измерительный элементы в устройства для транспортировки и на измеряемый материал с большой точности, при этом соединение между измерительными элементами и измеряемым материалом имеет большую прочность и длительный срок службы.

Согласно одному способу, возможно сперва соединить измерительные элементы с бобышками, а затем приварить бобышки к измеряемому материалу; согласно другому способу, возможно сперва приварить бобышки к измеряемому материалу, а затем поместить в них измерительные элементы. Конкретный способ выбирается, исходя из текущих потребностей и возможностей.

- 2 010533

В общем случае можно утверждать, что прибор, как он описан в изобретении, позволяет выполнять точные измерения постоянных деформаций материала на измеряемых участках, используя измерительные приборы высокой точности, такие как измерительные микроскопы. Поскольку это большое и тяжелое устройство, невозможно установить непосредственно на мосту, трубопроводе, корабле или другой конструкции, где необходимо осуществлять текущий контроль состояния после избыточной нагрузки, например землетрясение, предпочтительно использовать измерительный прибор, предложенный в данном изобретении, там, где измерение расстояния между измерительными элементами до и после нагрузки осуществляется при помощи измерительного микроскопа, по отпечаткам реперных точек, создаваемых на переносном устройстве до получения отпечатков.

Краткое описание чертежей

Данное изобретение будет описано подробнее на примере конкретного варианта осуществления, с прилагаемым чертежом, на котором фиг. 1 изображает вид сверху расположения двух измерительных элементов, а фиг. 2 - вид сбоку в разрезе измерительного элемента, находящегося в бобышке с устройством для получения отпечатков.

Лучший вариант осуществления данного изобретения

Рассматриваемый в качестве примера прибор для измерения линейной деформации материала содержит, по крайней мере, два измерительных элемента 1, снабженных измерительными лезвиями 2 с параллельными осями. Измерительные элементы 1 могут прикрепляться к измеряемому материалу. Прибор содержит также переносное устройство 3, последовательно регистрирующее состояние ряда точек и имеющее поверхность 4, на которой образуется отпечаток, выполненную из материала, сохраняющего свои размеры и имеющего твердость ниже, чем твердость материала измерительных лезвий 2, или устройства 3, последовательно регистрирующее состояние ряда точек, может быть заменено или дополнено портативным измерительным устройством. На стороне, противоположной измерительным лезвиям 2, измерительные элементы помещены в отверстие 10 в бобышке 11 и прикреплены к ней при помощи смоляного клея. Бобышки 11 имеют цилиндрическую форму, а отверстие 10 проходит в направлении оси цилиндра и имеет внутреннюю резьбу 12. Бобышки 11 прикрепляются к поверхности измеряемого материала при помощи сварного шва, выполненного при помощи электрической дуги.

Измерительные лезвия 2 в своей центральной части имеют прорезь 5, а измерительные элементы 1 имеют кольцевые канавки 6 и конический конец 7 в нижней части.

После точной установки взаимной параллельности осей измерительных лезвий 2 измерительные элементы 1 помещаются в устройство 8 для транспортировки, включающие транспортировочную доску с отверстиями 9, предназначенными для измерительных элементов 1, при этом соединение между измерительными элементами 1 и устройством для транспортировки 8 имеет меньшую прочность, чем соединение между измерительными элементами 1 и измеряемым материалом.

Измерительный прибор изготавливается таким образом, что измерительные элементы 1 вставляются в отверстие 9 в устройстве 8 для транспортировки, и точно устанавливается расстояние между осями лезвий 2 и параллельность осей; после этого измерительные элементы 1 фиксируются в данном положении при помощи клея, имеющего меньшую прочность, чем прочность клея, используемого между измерительными элементами 1 и измеряемым материалом. После этого измерительные элементы 1 скрепляются с измеряемым материалом при помощи бобышек 11, и устройство 8 для транспортировки может быть удалено.

В соответствии с одним способом, измерительные элементы 1 помещаются в отверстия 10 в бобышках 11 и соединяются с бобышками 11 при помощи смоляного клея до того, как они будут вставлены в отверстие 9 в устройстве 8 для транспортировки, и после точной установки расстояние между осями лезвий 2 и параллельности осей бобышки привариваются к измеряемому материалу и устройство 8 для транспортировки удаляется.

В соответствии с другим способом бобышки 11 сперва привариваются к измеряемому материалу, а измерительные элементы 1, находящиеся в устройстве 8 для транспортировки, вставляются в бобышки 11 и соединяются с ними при помощи смоляного клея; когда соединение затвердевает, устройство 8 для транспортировки удаляется.

В случае измерения постоянной линейной деформации материала, там, где определяется изменение первоначального расстояния между двумя точками на поверхности материала, отпечатки измерительных элементов 1, закрепленных на поверхности измеряемого материала, создаются на поверхности 4, предназначенной для получения отпечатков, устройства 3 для последовательной регистрации состояний ряда точек, и точное расстояние между установленными положениями обоих отпечатков измеряется в промежутке между измерительными элементами 1; первая пара отпечатков создается до деформации, а другая пара отпечатков измерительных элементов 1 создается после критической деформации, и сравниваются расстояния между отпечатками в первой паре и отпечатками во второй паре. Следовательно, прибор содержит неподвижную часть прикрепленную к измеряемому участку материала, и переносную часть.

Промышленная применимость

Прибор для измерения линей деформации материала и способ его изготовления, предлагаемые в данном изобретении, могут найти применения в различных областях промышленности, в особенности, в

- 3 010533 аэрокосмической, судостроительной, энергетической, в строительстве и т.п.

Claims (8)

1. Прибор для измерения линейной деформации материала, отличающийся тем, что он содержит по крайней мере два измерительных элемента 1, в которых имеются измерительные лезвия 2 с взаимно параллельными осями и которые могут прикрепляться к измеряемому материалу, и переносное устройство 3 для последовательной регистрации состояний ряда точек, имеющее поверхность 4, на которой создается отпечаток и которое выполнено из материала, сохраняющего постоянство своих размеров и имеющего твердость меньше, чем твердость материала измерительных лезвий 2, и/или переносное измерительное устройство, содержащее измерительный элемент 1, размещенный на стороне, противоположной измерительным лезвиям 2, в отверстии 10 в бобышке 11 и скрепленной с ней при помощи смоляного клея; а бобышки 11 прикрепляются к поверхности измеряемого материала при помощи сварного соединения.

2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что бобышки 11 прикрепляются к поверхности измеряемого материала при помощи сварного соединения, выполненного посредством электрической дуги.

3. Прибор по п.1 или 2, отличающийся тем, что бобышки 11 имеют цилиндрическую форму, и отверстие 10 проходит в направлении оси цилиндра и имеет внутреннюю резьбу 12.

4. Прибор по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что измерительные лезвия 2 имеют прорезь 5 в своей центральной части, а измерительные элементы 1 имеют кольцевую канавку 6 и конический конец 7 в нижней части.

5. Прибор по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что измерительные элементы 1 и/или бобышки 11 размещаются после точной установки взаимной параллельности осей измерительных лезвий 2 в устройстве 8 для транспортировки, образованном транспортировочной доской с отверстиями 9 для измерительных элементов 1 и/или бобышек 11; при этом соединение между измерительными элементами 1 и/или бобышками 11 и устройством 8 для транспортировки имеет меньшую прочность, чем соединение между измерительными элементами 1 и/или бобышками 11 и измеряемым материалом.

6. Способ изготовления прибора по любому из предыдущих пп.1-5, отличающийся тем, что измерительные элементы и/или бобышки вставляются в отверстия в устройстве для транспортировки при точной установке расстояния между осями лезвий и их взаимной параллельности и закрепляются в этом положении при помощи клея с меньшей прочностью, чем клей между измерительными элементами и/или бобышками и измеряемым материалом; после этого измерительные элементы соединяются с измеряемым материалом при помощи бобышек, а устройство для транспортировки удаляется.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что измерительные элементы размещаются в отверстиях в бобышках до того, как они будут вставлены в отверстия в устройство для транспортировки, и скрепляются с бобышками при помощи смоляного клея, после точной установки расстояния между осями лезвий и их взаимной параллельности бобышки привариваются к измеряемому материалу, а устройство для транспортировки удаляется.

8. Способ по п.6, отличающийся тем, что бобышки привариваются к измеряемому материалу, а измерительные элементы, находящиеся в устройстве для транспортировки, затем вставляются в бобышки и соединяются с ними при помощи смоляного клея; когда соединение затвердеет, устройство для транспортировки удаляется.