Opublikowano: 27.IV.1968 54728 KI. 42k, 45/03 MKPG011/ Jim UKD Twórca wynalazku: dr inz. Janusz Ktepaczko Wlasciciel patentu: Polska Akademia Nauk Instytut Podstawowych Problemów Techniki, Warszawa (Polska) Czujnik tensometryczny 10 Przedmiotem wynalazku jest czujnik tenso¬ metryczny z fotodioda pozwalajacy na dokony¬ wanie dokladnych pomiarów wydluzenia próbek badanych materialów podczas dynamicznych prób wytrzymalosciowych, jak równiez wydluzenia próbek odksztalcanych statycznie.Budowa czujników dokladnie odtwarzajacych zmiany dlugosci !badanego materialu oraz spo¬ sób przeniesienia tych wielkosci do urzadzenia pomiarowego stanowi podstawowe zagadnienie utrudniajace ibudowe teosoimettrów. Zagadnienie to próbowano irozwiazac róznymi sposobami, stad powstala duza liczba konstrukcji czujników ten- sometrycznych i temsometrów, miedzy którymi mozna wyodrelbnic czujniki mechaniczne odzna- w czajace sie ukladem dzwigni i przekladni me¬ chanicznych, posredniczacych przy przenoszeniu odksztalcen (badanego materialu do urzadzenia pomiarowego, czujniki i tensometry elektryczne, których konstrukcja polega na wywolywaniu 20 zmian parametrów elektrycznych elementów za¬ stosowanych do budowy czujnika pod wplywem odksztalcen badanego materialu.W tej grupie mozna rozróznic czujniki oporo¬ we, pojemnosciowe, magnetostrykcyjne, piezo¬ elektryczne i inne. Znane sa równiez tensometry, w których wykorzystuje sie uklad: zródlo swiatla, przeslona ze szczelina, fotokomórka i pojedynczy raster. 30 Mimo tak wielu konstrukcji, w wiekszosci przy¬ padków czujniki tensometryczne stosowane w znanych rozwiazaniach nie pozwalaja na uzyska¬ nie duzej dokladnosci pomiarów w szerokich gra¬ nicach odksztalcen próbki z równoczesna reje¬ stracja wyników. Najczesciej konstrukcja czuj¬ nika wskazuje na jego zastosowanie, i mozliwosc uzyskania okreslonej dokladnosci pomiaru.Istote wynalazku stanowi zastosowanie w kon¬ strukcji czujnika do .pomiarów odksztalcen zna¬ nego ukladu: zródlo swiatla — przeslona ze szczelina — fotodioda oraz podwójny raster, któ¬ ry sklada sie z paska z materialu przezroczyste¬ go, na przyklad z blony filmowej, na którym w odlstepaoh równych szerokosci szczeliny wykona¬ no poprzeczne prazki o tej samej szerokosci oraz drugiego nieruchomego paska z poprzecznymi prazkami .Zasada dzialania czujnika jest objasniona na - podstawie rysunku, na którym fig. 1 przedsta¬ wia znany uklad czujnika w widoku perspekty¬ wicznym, a fig. 2 — ten sam czujnik w przekroju w widoku z boku, zas fig. 3 — fragment czujnika wedlug wynalazku z podlwójnym rastrem.Na fig. 1 zródlo swiatla w postaci malej za¬ rówki 1 oswietla przeslone rae szczelina 2, za któ¬ ra umieszczono pasek filmu 3 z rastrem w po¬ staci prazków wykonanych metoda fotograficzna, Poza rastrem, Jia osi zarówki znajduje sie foto¬ dioda 4. Pasek 3 moze sie poruszac wzgledem 54 72854 7! 3 przeslony 2 w tein sposób, ze podczas ruchu paska w jednym kierunku szczelina w przeslanie 2 jest koleino odisllaindana i (prizysllaniaina przez kolejne prazki, a w takt tych zmian strumien swiatla z zarówki 1 dociera do fotodiody 4, co wywoluje 5 w niej prad narastajacy w miare odslaniania szczeliny i malejacy przy zaslanianiu, przy czym przebieg pradu ma charakter sinusoidy.W ten sposób kazde przesuniecie paska o jedna odleglosc miedzy prazkami wywoluje w fotodio- 10 dzie jeden przebieg pradu narastajacego i male¬ jacego, co mozna obserwowac przy pomocy oscy¬ lografu petlicowego, synchroskopu lub oscylosko¬ pu. Poniewaz pomiedzy obserwowanymi sinu¬ soidalni i przesunieciami paska istnieja scisla 15 zaleznosc, ilosc obserwowanych skiusoid wzgled¬ nie kazdy odcinek sinusoidy moze byc miara przesuniecia paska.W celu zachowania prawidlowych warunków pomiaru zastosowano w urzadzaniu uchwyt 5 foto- 2o diody 4 pozwalajacy na ustawienie fotodiody 4 w osi zarówki 1, sprezynki 6 dociskajace pasek 3 z obydwóch stron do przeslony 2 oraz podstawke 7 pozwalajaca na prawidlowe ustawienie zarów¬ ki 1. Urzadzenie jest umieszczone w obudowie 8, 25 która moze ibyc umocowana w nieruchomym uchwycie przyrzadu do 'badania próbki, przy czym do ruchomego uchwytu za posrednictwem ciegna z cienkiego stalowego drutu przymocowu¬ je siepasek. 30 Przez zastosowanie w urzadzeniu wedlug wy¬ nalazku dwóch pasków 3 i 9 o prazkach znacz¬ nie wezszych niz szerokosc szczeliny przeslony 2, zlozonych ze soba w ten spoób, ze ciemne prazki jednego paska dziela przezroczyste pola drugie- 3S go paska na dwie równe czesci uzyskuje sie zja¬ wisko mory, dzieki któremu przy przesunieciu w ten sposób zlozonych ze soba pasków o dlu¬ gosc równa szerokosci szczeliny prad fotodiody dwukrotnie wzrasta i maleje, a za tym przesu- 40 niecie paska o odcinek równy szerokosci szczeli¬ ny wywoluje w urzadzeniu rejestrujacym dwa przebiegi sinusoidalne, co znacznie zwieksza do¬ kladnosc odczytu w porównaniu z dotychczas znanymi rozwiazaniami i umozliwia pomiar bar- 45 dzo malych odksztalcen.Pasek 3 jest ruchomy, a pasek 9 jest zamoco¬ wany nieruchomo w przeslonie 2, przy czym spel- 4 niony jest warunek, ze po<}zialka /U paska stalego 9 jest mniejsza od podziaSki )fi paska 3, Mozliwy jest dalszy podzial przezroczystych czesci paska lub naniesienie na jednym pasku bairdzo drobnej podzialki, co umozliwia pomiary malych odksztal¬ cen.Dodatnia cecha takiej konstrukcji czujnika jest bardzo mala masa przesuwanego paska i ciegna, dzieki czemu przy pomiarach dynamicznych unika sie drgan czesci ruchomych czujnika, a tym samym zaklócen pomiaru.Czujnik tego typu przy wspólpracy z oscylogra¬ fem petlicowym lufb innym urzadzeniem rejestru¬ jacym moze byc wykorzystany bezposrednio do po¬ miaru odksztalcen lub byc umieszczony w seryj¬ nie produkowanych tenisometrach w miejsce cze¬ sto uzywanego czujnika typu zegarowego, wów¬ czas mozliwa jest rejestracja na dowolnym reje¬ stratorze elektrycznym o duzym wzmocnieniu.Dokladnosc pomiarów wykonywanych czujnikiem zalezy od szerokosci szczeliny i odleglosci praz¬ ków na pasku 3.Czujnik tensometryczny wedlug wynalazku od¬ znacza sie duza czuloscia i umozliwia pomiary zarówno malych odksztalcen wystepujacych na poczatku odksztalcenia próbki jak równiez du¬ zych, rzedu kilku centymetrów, az do momentu zerwania próbki, przy czym czujnik nie ulega uszkodzeniom. Pomiary wykonuje sie droga zamiany odksztalcenia na impulsy elektryczne, co zapewnia duza dokladnosc. PL