RU125334U1

RU125334U1 - SHORT RESISTOR SENSOR FOR MEASUREMENT OF DEFORMATIONS AND STRESSES IN THE AMOUNT OF CONSTRUCTION MATERIALS AND MOUNTAIN SPECIES

Info

Publication number: RU125334U1
Application number: RU2012141814/28U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Иванович Блохин; Василий Александрович Годзиковский; Валерий Николаевич Захаров; Сергей Сергеевич Кубрин; Михаил Васильевич Сенянский; Валерий Федорович Сидорчук
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Весоизмерительная Компания "Тензо-М"
Filing date: 2012-10-02
Publication date: 2013-02-27

Abstract

Предложен тензорезисторный датчик для измерения деформаций и напряжений в толще строительных материалов и горных пород. Датчик содержит пластинчатый упругий элемент с размещенными на нем тензорезисторами. На торцах упругого элемента размещены отогнутые дополнительные анкерные пластины, а тензорезисторы покрыты слоем герметика, на котором размещена защитная крышка. Это техническое решение позволяет миниатюризировать датчик, поэтому он не влияет своей жесткостью на измеряемое им поле напряжений и деформаций, что повышает точность. Одновременно расширяется область применения датчика и повышается надежность. В толще строительных материалов и горных пород датчик может работать годами.A strain gauge sensor is proposed for measuring deformations and stresses in the thickness of building materials and rocks. The sensor contains a plate-like elastic element with strain gages placed on it. At the ends of the elastic element bent additional anchor plates are placed, and the strain gages are covered with a layer of sealant on which the protective cover is placed. This technical solution allows to miniaturize the sensor, so it does not affect with its rigidity the field of stresses and strains it measures, which improves accuracy. At the same time, the sensor application area expands and reliability increases. In the thickness of building materials and rocks the sensor can work for years.

3 пункта патентной формулы, 2 илл. 3 points of the patent formula, 2 ill.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике и предназначена для измерения деформаций и напряжений в толще строительных материалов и горных пород.The invention relates to the measurement technique and is designed to measure the deformations and stresses in the thickness of building materials and rocks.

Известен тензорезисторный датчик для измерения деформаций и напряжений в толще бетона, содержащий упругий элемент с размещенными на нем тензорезисторами, герметическую оболочку, кабель (Патент Японии JP3975255 «Concrete embedded type strain gage and method for measuring strain of concrete», G01B 7/16, 2001 г.). Недостатком аналога является слабое сцепление датчика с бетоном. Это приводит к его проскальзыванию при деформации бетона, т.е. к снижению точности измерения.Known strain gauge sensor for measuring deformations and stresses in the thickness of concrete, containing an elastic element with strain gages placed on it, hermetic sheath, cable (Japanese Patent JP3975255 "Concrete g.). The disadvantage of analog is the weak adhesion of the sensor to the concrete. This leads to its slippage during deformation of the concrete, i.e. to reduce measurement accuracy.

Полезная модель по патенту КНР № CN 201653351, «Concrete internal strain sensor», G01B 7/16, 2010 г., наиболее близка к предложенному устройству по совокупности существенных признаков, т.е. является прототипом. Прототип содержит кольцевой упругий элемент с размещенными на нем тензорезисторами, герметическую оболочку, анкеры, размешенные на торцах герметической оболочки, кабель,The utility model according to the PRC patent No. CN 201653351, “Concrete internal strain strain sensor”, G01B 7/16, 2010, is closest to the proposed device by the combination of essential features, i.e. is a prototype. The prototype contains an annular elastic element with strain gages placed on it, a hermetic shell, anchors placed on the ends of the hermetic shell, a cable,

Прототипу присущи следующие недостатки.The prototype has the following disadvantages.

Узкая область применения. В прототипе кольцевой упругий элемент с тензорезисторами находится в полости охватывающей его герметической оболочки, и не касается ее стенок, что увеличивает габаритные размеры. Из-за больших размеров прототип нельзя применять в тонких сечениях строительных конструкций, а скважины, необходимые для его закладки в массив горной породы, должны иметь большой диаметр. Это сужает область применения прототипа.Narrow field of application. In the prototype, an annular elastic element with strain gauges is located in the cavity of the hermetic envelope enclosing it, and does not touch its walls, which increases the overall dimensions. Due to the large size, the prototype cannot be used in thin sections of building structures, and the wells required for its insertion into the rock massif should have a large diameter. This narrows the scope of the prototype.

Невысокая точность. Вследствие больших габаритных размеров прототип нарушает сплошность бетона или породы, для которых он является инородным телом. Поэтому размещение датчика в толще строительной конструкции или горной породы изменяет поля деформаций и напряжений, которое он должен измерять. Это увеличивает погрешность. Кроме того, трение между двумя частями герметической оболочки при деформации прототипа приводит к появлению дополнительной погрешности от гистерезиса.Low accuracy. Due to the large dimensions of the prototype violates the continuity of the concrete or rock, for which it is a foreign body. Therefore, placing a sensor in the thickness of a building structure or rock changes the strain and stress fields that it should measure. This increases the margin of error. In addition, the friction between the two parts of the hermetic shell during the deformation of the prototype leads to the appearance of an additional error due to hysteresis.

Невысокая надежность. Специфика эксплуатации датчиков для измерения деформаций и напряжений в толще строительных материалов и горных пород - невозможность извлечения для профилактики и ремонта, что требует их надежной работы в течение многих лет. Однако в прототипе части герметической оболочки соединены между собой уплотнительными резиновыми или пластиковыми кольцами. Такой контакт является подвижным, и изнашивается после прохождения нескольких сотен циклов деформации, после чего во внутреннюю полость известного датчика начинает сочиться влага. Этому просачиванию способствует наличие объема воздуха или инертного газа внутри герметической оболочки. При изменении температуры давление внутри герметической оболочки растет, а при уменьшении падает, т.е. внутренний объем герметической оболочки работает, как насос. Попадание влаги внутрь герметической оболочки влечет падение сопротивления изоляции тензорезисторов, что выводит прототип из строя.Low reliability. The specifics of the operation of sensors for measuring deformations and stresses in the thickness of building materials and rocks are the impossibility of extraction for preventive maintenance and repair, which requires their reliable operation for many years. However, in the prototype, parts of the hermetic shell are interconnected by sealing rubber or plastic rings. Such a contact is mobile, and wears out after going through several hundred deformation cycles, after which moisture begins to seep into the internal cavity of a known sensor. This infiltration is facilitated by the presence of a volume of air or an inert gas inside the hermetic enclosure. With a change in temperature, the pressure inside the hermetic shell increases, and decreases with decreasing, i.e. the internal volume of the hermetic shell works like a pump. The ingress of moisture into the hermetic shell leads to a drop in the insulation resistance of the strain gauges, which disables the prototype.

Целью полезной модели является преодоление указанных недостатков и одновременное расширение области применения, повышение точности и надежности.The purpose of the utility model is to overcome these disadvantages and the simultaneous expansion of the scope, improving accuracy and reliability.

Эта цель достигается тем, что в тензорезисторном датчике для измерения деформаций и напряжений в толще строительных материалов и горных пород упругий элемент выполнен в виде пластины с продольными ребрами жесткости, анкеры размещены на торцах упругого элемента и выполнены в виде отогнутых в противоположные стороны дополнительных пластин, а герметическая оболочка выполнена в виде расположенного над тензорезисторами слоя герметика, закрытого защитной пластиной, при этом упругий элемент и дополнительные пластины выполнены заодно целое.This goal is achieved by the fact that in a strain gauge sensor for measuring deformations and stresses in the thickness of building materials and rocks, the elastic element is made in the form of a plate with longitudinal stiffening ribs, the anchors are placed on the ends of the elastic element and made in the form of additional plates bent away in opposite directions, the hermetic shell is made in the form of a layer of sealant located above the strain gauges, covered with a protective plate, while the elastic element and the additional plates are made together .

Сущность полезной модели иллюстрируется чертежами.The essence of the utility model is illustrated by drawings.

Фиг.1 - общий вид датчика для измерения деформаций и напряжений в толще строительных материалов и горных пород.Figure 1 is a General view of the sensor for measuring deformations and stresses in the thickness of building materials and rocks.

Фиг.2 - размещение и работа датчика в толще строительных материалов и горных пород.Figure 2 - placement and operation of the sensor in the thickness of building materials and rocks.

Тензорезисторный датчик для измерения деформаций и напряжений в толще строительных материалов и горных пород, содержит упругий элемент 1, анкеры 2, 3, 4 и 5, размещенные на торцах датчика. Кабель 6 соединен с тензорезисторами, размещенными на упругом элементе 1 (на чертеже не показаны). Упругий элемент 1 выполнен в виде пластины с продольными ребрами 7 жесткости, анкеры 2, 3, 4 и 5 размещены на ее торцах и выполнены в виде отогнутых в противоположные стороны дополнительных пластин, а герметическая оболочка выполнена в виде расположенного над тензорезисторами слоя герметика 8, закрытого защитной пластиной 9. Упругий элемент 1 и анкеры 2, 3, 4 и 5 могут быть выполнены заодно целое, из одного листа металла или пластика. Тензорезисторы (на чертеже не показаны) могут быть размещены с двух сторон упругого элемента 1. В этом случае герметик 8, закрытый защитной пластиной 9 также размещается с двух сторон упругого элемента 1.Strain gauge sensor for measuring deformations and stresses in the thickness of building materials and rocks, contains an elastic element 1, anchors 2, 3, 4 and 5, placed on the ends of the sensor. The cable 6 is connected to strain gauges placed on the elastic element 1 (not shown in the drawing). The elastic element 1 is made in the form of a plate with longitudinal ribs 7 stiffness, anchors 2, 3, 4 and 5 are placed on its ends and made in the form of additional plates bent in opposite directions, and the hermetic shell is made in the form of a sealant 8 located above the strain gages protective plate 9. Elastic element 1 and anchors 2, 3, 4 and 5 can be made at the same time whole, from one sheet of metal or plastic. Strain gages (not shown) can be placed on both sides of the elastic element 1. In this case, the sealant 8, closed by a protective plate 9, is also placed on both sides of the elastic element 1.

Тензорезисторный датчик для измерения деформаций и напряжений помещают без зазоров («замоноличивают») в толщу 10 строительных материалов и горных пород.A strain gauge sensor to measure deformations and stresses is placed without gaps (“monolithic”) in the thickness of 10 building materials and rocks.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Деформация растяжения или сжатия строительного материала или горной породы 10 через анкеры 2, 3, 4 и 5 передается на упругий элемент 1. Длина L упругого элемента 1 изменяется. Тензорезисторы (на чертеже не показаны), связанные по кабелю 6 с электронной аппаратурой (на чертеже не показана) преобразуют деформацию упругого элемента 1 в электрический сигнал для дальнейшей обработки.The strain of stretching or compressing a building material or rock 10 through anchors 2, 3, 4 and 5 is transmitted to the elastic element 1. The length L of the elastic element 1 changes. Strain gages (not shown) connected via cable 6 with electronic equipment (not shown) convert the deformation of the elastic element 1 into an electrical signal for further processing.

Тензорезисторный датчик для измерения деформаций и напряжений в толще строительных материалов и горных пород 10 изготовлен из тонкой пластины и имеет малое поперечное сечение. Малый размер обеспечивает возможность применения устройства в тонких сечениях строительных деталей, что существенно расширяет его область применения.A strain gauge sensor for measuring deformations and stresses in the thickness of building materials and rocks 10 is made of a thin plate and has a small cross section. The small size provides the possibility of using the device in thin sections of building parts, which significantly expands its scope.

Из-за малости размеров влияние устройства на окружающее поле напряжений и деформаций пренебрежимо мало. Строительный материал и горная порода 10 не «замечают» его присутствия, что повышает точность измерения напряжений и деформаций.Due to the small size of the device, the influence on the surrounding field of stresses and strains is negligible. The building material and rock 10 do not “notice” its presence, which improves the accuracy of stress and strain measurements.

Герметик 8 закрывает тензорезисторы (на чертеже не показаны) сплошным слоем, без воздушных полостей, которые могли бы втягивать влагу при перепаде температур. Сверху герметик закрыт защитной пластиной 9, что резко уменьшает площадь поверхности герметика, через которую может просочиться влага. Это существенно повышает надежность и увеличивает срок службы устройства.Sealant 8 covers the strain gauges (not shown in the drawing) in a continuous layer, without air cavities that could draw in moisture when the temperature drops. From above, the sealant is closed by a protective plate 9, which sharply reduces the surface area of the sealant through which moisture can leak. This significantly increases the reliability and increases the service life of the device.

Для повышения технологичности упругий элемент и дополнительные пластины могут быть выполнены заодно целое, что позволяет применить штамповку и снизить стоимость датчика.To improve the manufacturability, the elastic element and the additional plates can be made at the same time a whole, which allows for stamping and reducing the cost of the sensor.

В ряде случаев поле напряжений и деформаций в строительном материале и горной породе 10 не сводится только к растяжению или сжатию, а содержит компоненты деформации изгиба, что может увеличить погрешность измерения. Если деформация изгиба велика, то продольных ребер 7 жесткости может оказаться недостаточно, чтобы исключить влияние деформации изгиба. Чтобы исключить возникающую в этом случае дополнительную погрешность, размещают тензорезисторы (на чертеже не показаны) с двух сторон упругого элемента, а сигналы суммируют в электронной аппаратуре (на чертеже не показана).In some cases, the stress and strain field in the building material and rock 10 is not limited to stretching or compression, but contains components of bending strain, which can increase the measurement error. If the bending deformation is large, then the longitudinal ribs 7 stiffness may not be enough to eliminate the effect of bending deformation. To eliminate the additional error arising in this case, strain gauges (not shown) are placed on both sides of the elastic element, and the signals are summed in electronic equipment (not shown).

Claims

1. A strain gauge sensor for measuring deformations and stresses in the thickness of building materials and rocks, containing an elastic element with strain gages placed on it, anchors placed at the sensor ends, a hermetic sheath, cable, characterized in that, increase measurement accuracy and reliability, the elastic element is made in the form of a plate with longitudinal stiffening ribs, anchors are placed on the ends of the elastic element and made in the form of bent in opposite hundred additional ones of the plates, and the hermetic shell is made in the form of strain gauges disposed on the sealant layer, a protective plate closed.

2. The strain sensor according to claim 1, characterized in that the elastic element and the additional plates are integral.

3. The strain gauge sensor according to claim 1, characterized in that the strain gauges are placed on both sides of the elastic element.