RU106742U1

RU106742U1 - DEFORMATION SENSOR

Info

Publication number: RU106742U1
Application number: RU2011105814/28U
Authority: RU
Inventors: Юрий Дмитриевич Прокопенко; Виктор Сергеевич Роженцев; Авдей Степанович Кастанов; Валерий Николаевич Иванов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Специальное конструкторское бюро испытательных машин"
Priority date: 2011-02-16
Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2011-07-20

Abstract

Датчик деформации, содержащий верхнюю и нижнюю опоры, втулку, определяющую размер измерительной базы, и преобразователь перемещения, отличающийся тем, что верхняя опора и втулка, определяющая размер измерительной базы, нижняя опора и пружина последовательно и соосно расположены на направляющем штоке, а преобразователь перемещения размещен параллельно измерительной базе между верхней и нижней опорами. The deformation sensor containing the upper and lower bearings, a sleeve that determines the size of the measuring base, and a displacement transducer, characterized in that the upper support and the sleeve that determines the size of the measurement base, the lower support and the spring are sequentially and coaxially located on the guide rod, and the displacement transducer is located parallel to the measuring base between the upper and lower supports.

Description

Полезная модель относится к измерительным устройствам, более конкретно, к устройствам для измерения деформации твердых тел.The invention relates to measuring devices, and more particularly, to devices for measuring the deformation of solids.

Преимущественная область применения - механические испытания образцов материалов на растяжение при нормальной температуре, в процессе которых осуществляется измерение относительного удлинения (деформации) испытываемого образца при приложении к нему силового воздействия.The preferred area of application is mechanical tensile testing of samples of materials at normal temperature, during which the relative elongation (deformation) of the test sample is measured when a force is applied to it.

Устройства для измерения относительного удлинения широко известны и представляют собой навесные датчики деформации (см. Испытательная техника. Справочник в двух томах под ред. д.т.н., проф. В.В. Клюева. М.. Машиностроение. 1982 г. Книга 2, стр.387-433) [1]. Конструктивно датчики деформации выполнены в виде корпуса, на котором жестко консольно закреплены две параллельные упругоподатливые на изгиб балочки с наклеенными на них тензорезисторами (далее по тексту - измерительные балочки), соединенными по мостовой схеме и воспринимающими изгиб измерительных балочек. Концы измерительных балочек имеют прижимы для закрепления датчика на испытываемом образце. Расстояние между прижимами нормировано и является исходной базой для измерения относительного удлинения образца.Devices for measuring elongation are widely known and are mounted strain gauges (see. Testing technique. Handbook in two volumes, edited by Prof. V.V. Klyuyev. M .. Engineering. 1982. Book 2, pp. 387-433) [1]. Structurally, the strain gauges are made in the form of a housing on which two parallel elastically flexible bending beams are fixed with cantilever beams with strain gauges glued to them (hereinafter referred to as measuring beams), connected by a bridge circuit and receiving the bending of measuring beams. The ends of the measuring beams have clamps to secure the sensor to the test sample. The distance between the clamps is normalized and is the starting point for measuring the relative elongation of the sample.

В процессе приложения нагрузки к образцу последний деформируется и электрический мост, образованный тензорезисторами измерительных балочек и запитанный напряжением постоянного (или переменного) тока, формирует сигнал разбаланса, величина которого пропорциональна удлинению образца.In the process of applying a load to the sample, the latter is deformed and the electric bridge formed by the strain gauges of the measuring beams and powered by a constant (or alternating) current voltage forms an unbalance signal, the magnitude of which is proportional to the elongation of the sample.

Одним из недостатков датчиков деформации тензометрического типа является узкий диапазон измерения удлинения образца, ограниченный линейной зоной упругого состояния материала измерительной балочки и максимально допустимой деформацией тензорезисторов, наклеенных на измерительную балочку. На практике диапазон измерения удлинения образца таких датчиков не превышает 10% от их измерительной базы, в то время как для большинства материалов удлинение образцов до момента разрыва превышает 30%.One of the drawbacks of strain gauge strain gauges is the narrow measurement range of the sample elongation, limited by the linear zone of the elastic state of the material of the measuring beam and the maximum allowable strain of the strain gauges glued to the measuring beam. In practice, the measurement range of the sample elongation of such sensors does not exceed 10% of their measuring base, while for most materials, the elongation of the samples before rupture exceeds 30%.

Другим недостатком датчиков деформации тензометрического типа является необходимость снятия их с образца в процессе испытания (при достижении предела измерения датчика) из-за чрезмерных изгибающих нагрузок, которые могут привести к выходу из строя тензорезисторов, расположенных на измерительных балочках.Another drawback of strain gauge strain gauges is the need to remove them from the sample during the test (when the sensor reaches the limit of measurement) due to excessive bending loads, which can lead to failure of the strain gages located on the measuring beams.

Следствием этих недостатков является невозможность при испытаниях записать полную диаграмму растяжения образца в координатах «нагрузка - деформация» от начала деформирования образца до его разрыва.The consequence of these drawbacks is the inability to record the complete tensile diagram of the specimen in the load – strain coordinates during testing from the beginning of the deformation of the specimen to its rupture.

Прототипом заявляемой полезной модели является датчик деформации (авторы называют его тензометром), представленный в (Описание изобретения к а.с. №1288493. Бюллетень №5. 1987 г. Стр.154) [2], который частично свободен от указанных недостатков.The prototype of the claimed utility model is a deformation sensor (the authors call it a tensometer), presented in (Description of the invention to AS No. 1288493. Bulletin No. 5. 1987, page 154) [2], which is partially free from these disadvantages.

Тензометр содержит корпус, на котором закреплена опора, состоящая из двух частей, соединенных между собой шарнирно с возможностью перемещения одной части относительно другой за счет паза и штифта, дополнительную опору, элемент связи, индикатор относительного перемещения опор, элемент подвески опор, выполненный в виде Г-образного кронштейна, связанного через гибкую связь элементом связи. Тензометр содержит также механизм зажима и механизм блокировки опор, выполненный в виде плоской пружины и паза, в котором размещается опора и уступ, причем высота уступа выше зазора между опорой и пазом, а средняя часть пружины шарнирно связана с элементом связи. Механизм прижима выполнен в виде штока, эксцентриковой втулки, закрепляемой накидной гайкой на штоке, и стопорного элемента в виде винта. Шток установлен на основании, а части опоры подпружинены относительно элемента связи и корпуса тензометра пружинами.The strain gauge contains a housing on which a support is fixed, consisting of two parts, pivotally interconnected with the possibility of moving one part relative to another due to a groove and a pin, an additional support, a communication element, an indicator of the relative movement of the supports, the suspension element of the supports, made in the form of -shaped bracket connected through flexible connection by a communication element. The strain gauge also contains a clamping mechanism and a support locking mechanism made in the form of a flat spring and a groove in which the support and the step are placed, the height of the step being higher than the gap between the support and the groove, and the middle part of the spring is pivotally connected to the communication element. The clamp mechanism is made in the form of a rod, an eccentric sleeve, fixed with a union nut on the rod, and a locking element in the form of a screw. The rod is mounted on the base, and the support parts are spring-loaded with springs relative to the coupling element and the strain gauge body.

Конструкция тензометра, взятого в качестве прототипа, обеспечивает повышение надежности датчика деформации за счет автоматического отвода опор тензометра от образца при деформации, превышающей заданное значение, тем самым обеспечивая его защиту от разрушения.The design of the strain gauge, taken as a prototype, provides increased reliability of the strain gauge due to the automatic removal of the strain gauge supports from the sample during deformation exceeding the specified value, thereby ensuring its protection against destruction.

Недостаток прототипа, связанный с узким диапазоном измерения удлинения образца, по-прежнему неустраним в данной конструкции тензометра, поскольку для измерения относительного перемещения опор используется тензометрический преобразователь, линейная область использования которого ограничена величиной растяжения тензорезисторов при изгибе измерительной балочки и пределом упругости материала измерительной балочки.The disadvantage of the prototype associated with the narrow range of measurement of elongation of the sample is still unavoidable in this design of the strain gauge, since a tensometric transducer is used to measure the relative displacement of the supports, the linear area of use of which is limited by the tensile strain gauges when bending the measuring beam and the elastic limit of the material of the measuring beam.

Целью заявляемой полезной модели является расширение диапазона измерения удлинения образца вплоть до его разрыва.The purpose of the claimed utility model is to expand the measurement range of the elongation of the sample up to its rupture.

Поставленная цель достигается за счет того, что, с целью расширения диапазона измерения удлинения образца верхняя опора и втулка, определяющая размер измерительной базы, нижняя опора и пружина последовательно и соосно расположены на направляющем штоке, а преобразователь перемещения размещен параллельно измерительной базе между верхней и нижней опорами.This goal is achieved due to the fact that, in order to expand the measuring range of the elongation of the sample, the upper support and the sleeve that determines the size of the measuring base, the lower support and the spring are sequentially and coaxially located on the guide rod, and the displacement transducer is placed parallel to the measuring base between the upper and lower supports .

Датчик деформации содержит верхнюю опору 1, втулку 2, определяющую размер измерительной базы датчика деформации, нижнюю опору 3, пружину 4, направляющий шток 5 и преобразователь перемещения 6.The deformation sensor contains an upper support 1, a sleeve 2, which determines the size of the measuring base of the deformation sensor, a lower support 3, a spring 4, a guide rod 5 and a displacement transducer 6.

Перечисленные элементы датчика деформации объединены в единую конструкцию следующим образом.The listed elements of the deformation sensor are combined in a single design as follows.

На направляющий шток 5, закрепленный в основании, устанавливается пружина 4, нижняя опора 3, втулка 2 и верхняя опора 1 с закрепленным на ней преобразователем перемещения 6, который своим подпружиненным измерительным щупом опирается в нижнюю опору 3.A spring 4, a lower support 3, a sleeve 2 and an upper support 1 with a displacement transducer 6 mounted on it, which is supported by its spring-loaded measuring probe in the lower support 3, are mounted on a guide rod 5, fixed at the base.

Верхняя опора 1 представляет собой консольную конструкцию, в средней части которой имеется сквозное отверстие, на конце консоли расположен прижим, фиксирующий верхнюю опору 1 на испытываемом образце, а с противоположной стороны размещены элементы крепления преобразователя перемещения 6.The upper support 1 is a cantilever structure, in the middle part of which there is a through hole, a clamp is located at the end of the console fixing the upper support 1 on the test specimen, and the fastening elements of the displacement transducer 6 are placed on the opposite side.

Втулка 2 представляет собой калиброванный по торцам цилиндр, высота которого определяет размер измерительной базы датчика деформации.The sleeve 2 is a cylinder calibrated at the ends, the height of which determines the size of the measuring base of the strain gauge.

Нижняя опора 3, как и верхняя опора 1, также представляют собой консольную конструкцию, в средней части которой имеется сквозное отверстие, на конце консоли расположен прижим, фиксирующий нижнюю опору 3 на испытуемом образце, а с противоположной стороны имеется площадка, на которую опирается измерительный щуп преобразователя перемещения 6.The lower support 3, as well as the upper support 1, also represent a cantilever structure, in the middle part of which there is a through hole, a clamp is located at the end of the console fixing the lower support 3 on the test sample, and on the opposite side there is a platform on which the probe is supported displacement transducer 6.

Пружина 4 предназначена для поддержания в сомкнутом состоянии верхней опоры 1, втулки 2 и нижней опоры 3 для обеспечения высокой точности установки измерительной базы, на которой производится измерение относительного удлинения испытуемого образца. Пружина 4 имеет межвитковое расстояние, достаточное для того, чтобы до разрушения образца не происходило смыкания ее витков.The spring 4 is designed to maintain in closed condition the upper support 1, sleeve 2 and lower support 3 to ensure high accuracy of installation of the measuring base, on which the relative elongation of the test sample is measured. The spring 4 has an inter-turn distance sufficient to ensure that its coils do not close until the sample breaks.

Направляющий шток 5 представляет собой цилиндрический стержень с антифрикционным покрытием, по которому в процессе деформации образца перемещаются верхняя опора 1, втулка 2 и нижняя опора 3. Датчик деформации закрепляется на неподвижной части испытательной машины, например, на одной из ее колонн.The guide rod 5 is a cylindrical rod with an anti-friction coating, along which the upper support 1, the sleeve 2 and the lower support 3 are moved during the deformation of the sample. The deformation sensor is mounted on a fixed part of the testing machine, for example, on one of its columns.

В качестве преобразователя перемещения 6 может быть применен датчик перемещения с любым принципом действия: потенциометрическим, индуктивным, трансформаторным, магнитострикционным, оптоэлектрическим и др. Единственной конструктивной особенностью такого датчика является подпружиненный измерительный щуп.As a displacement transducer 6, a displacement sensor with any operating principle can be used: potentiometric, inductive, transformer, magnetostrictive, optoelectric, etc. The only structural feature of such a sensor is a spring-loaded measuring probe.

Предлагаемый датчик деформации работает следующим образом.The proposed strain gauge operates as follows.

Для установки датчика деформации в требуемом месте на испытываемом образце верхняя опора 1 вместе с втулкой 2 и нижней опорой 3 перемещается по направляющему штоку 5 вдоль испытываемого образца. В требуемом месте производится фиксация верхней опоры 1 на образце. При этом в любом месте фиксации верхней опоры 1, втулка 2 и нижняя опора 3 остаются прижатыми посредством пружины 4 к верхней опоре 1, сохраняя с высокой точностью измерительную базу датчика. Затем фиксируется на образце нижняя опора 3.To install the deformation sensor in the required place on the test sample, the upper support 1 together with the sleeve 2 and the lower support 3 moves along the guide rod 5 along the test sample. In the required place, the upper support 1 is fixed on the sample. Moreover, in any place where the upper support 1 is fixed, the sleeve 2 and the lower support 3 remain pressed by means of a spring 4 to the upper support 1, while maintaining the measuring base of the sensor with high accuracy. Then, the lower support 3 is fixed on the sample.

При приложении нагрузки F к испытываемому образцу в направлении, указанном на рисунке, образец начинает удлиняться, расстояние между верхней 1 и нижней 3 опорами увеличивается, что фиксируется преобразователем перемещения 6 как удлинение Δℓ измерительной базы датчика деформации.When the load F is applied to the test sample in the direction shown in the figure, the sample begins to lengthen, the distance between the upper 1 and lower 3 supports increases, which is recorded by the displacement transducer 6 as an extension Δℓ of the measuring base of the deformation sensor.

При разрыве образца верхняя опора 1 остается в неподвижном состоянии, нижняя опора 3 и втулка 2 продолжают перемещаться вдоль направляющего штока 5 до полной остановки источника приложения силы к образцу, подпружиненный щуп преобразователя перемещения 6 перемещается за нижней опорой 3 и при полном выходе щупа из корпуса преобразователя перемещения 6 остается в неподвижном состоянии.When the sample ruptures, the upper support 1 remains stationary, the lower support 3 and the sleeve 2 continue to move along the guide rod 5 until the source of application of force to the sample completely stops, the spring-loaded probe of the displacement transducer 6 moves behind the lower support 3 and when the probe exits the transducer body completely displacement 6 remains stationary.

После освобождения верхней 1 и нижней 3 опор от частей разрушенного образца пружина 4 прижимает нижнюю опору 3 и втулку 2 к верхней опоре 1, приводя датчик деформации в исходное положение.After releasing the upper 1 and lower 3 supports from the parts of the destroyed sample, the spring 4 presses the lower support 3 and the sleeve 2 to the upper support 1, bringing the strain gauge to its original position.

Предлагаемая конструкция датчика деформации решает следующие поставленные задачи:The proposed design of the strain gauge solves the following tasks:

1. Измерение удлинения образца вплоть до его разрушения.1. Measurement of elongation of the sample until its destruction.

2. Защиту датчика деформации при разрыве образца за счет того, что опоры крепления датчика к образцу и втулка, определяющая размер измерительной базы, не имеют жесткой связи между собой и могут свободно перемещаться по направляющему штоку 5 независимо друг от друга.2. Protection of the strain gauge when the specimen ruptures due to the fact that the sensor mounts to the specimen and the sleeve that determines the size of the measuring base do not have a rigid connection with each other and can freely move along the guide rod 5 independently of each other.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ:USED SOURCES:

1. Испытательная техника. Справочник в двух томах под ред. д.т.н., проф. В.В.Клюева. М.. Машиностроение. 1982 г. Книга 2, стр.387-433).1. Testing technique. Handbook in two volumes, ed. Doctor of Technical Sciences, prof. V.V. Klyueva. M .. Engineering. 1982 Book 2, pp. 387-433).

2. Описание изобретения к а.с. №1288493. Бюллетень №5. 1987 г. Стр.154.2. Description of the invention to and.with. No. 1288493. Bulletin No. 5. 1987, p. 154.

Claims

The deformation sensor containing the upper and lower bearings, a sleeve that determines the size of the measuring base, and a displacement transducer, characterized in that the upper support and the sleeve that determines the size of the measurement base, the lower support and the spring are sequentially and coaxially located on the guide rod, and the displacement transducer is located parallel to the measuring base between the upper and lower supports.