Электромеханические измерители перемещений.

В настоящее время существует большое количество электромеханических систем измерений, позволяющих преобразовать механические перемещения в электрические сигналы, усиливаемые и передаваемые на любые расстояния от места проведения статических испытаний строительных конструкций. Указанные системы сопрягаемы с любой вычислительной техникой, что позволяет обрабатывать полученные сигналы по запланированной программе и одновременно управлять проводимыми экспериментами.

Рис.13. Электромеханический измеритель перемещений

В частности, к подобным измерителям перемещений относятся различные конструктивные решения, основанные на преобразовании механических перемещений в изменение их емкости, либо индуктивности или электрического сопротивления. Все вышеперечисленные системы преобразования относятся к пассивным.

Наряду с пассивными системами в технике статических испытаний существуют и активные системы преобразования, основанные на генерировании непосредственно самим преобразователем электрических сигналов. Подобные системы используются в так называемых "следящих" системах, называемых сельсинами.

Сельсины - это генераторные электрические устройства для синхронной передачи углов поворота. При этом запись либо углов поворота, либо линейных перемещений на регистрирующем приборе можно проводить с заданным увеличением, в отличие от обычного классического механического прогибомера.

На практике наиболее часто для дистанционного измерения перемещений используют электромеханические измерители перемещений на применения тензопреобразователей (рис.14, а, б), которые позволяют измерять перемещения в диапазоне от 0 до 50 мм с точностью, превышающей 0.001мм.

Рис. 14. Электромеханический измеритель перемещений:

а - в диапазоне 0...1 мм с ценой деления = 0,0001 мм; 6 - в диапазоне 0...10 мм с ценой деления = 0,001 мм;

1 - корпус; 2 - рабочий шток; 3 - система преобразования перемещений: 4 - тензосопротивление; 5 - пружина

Тензометры

Тензометры применяются для измерения линейных деформаций поверхностных волокон элементов конструкций при статических испытаниях.

Величина измеренной тензометром деформаций может быть использована для вычисления приращения напряжения по закону Гука при известном значении модуля упругости материала или для определения модуля упругости при известном значении напряжения.

Электромеханические тензометры

Наиболее распространенными в настоящее время среди указанных тензометров нашли электромеханические тензометры Аистова (рис.15).

Электромеханический тензометр Н. Н. Аистова представляет собой Г-образный корпус, к которому прикреплены все остальные детали. В нижней части станины корпуса имеются две опорные призмы — подвижная и неподвижная, остриями которых прибор устанавливают на поверхность опытной конструкции. Закрепив тензометр струбциной, вращают лимб до соприкосновения острия микрометрического винта с верхней частью рычага. В момент их касания замыкается электрическая цепь, что сопровождается подачей звукового сигнала к взятию отсчета. Отсчет берут до начала нагружения и на каждой его ступени два раза — в начале и в конце выдержки. После снятия отсчета по шкале прибора размыкают электрическую цепь обратным вращением микрометрического винта.

База тензометра без удлинителя — 20 мм, с удлинителем — от 100 до 250 мм. Цена деления — 0,001 мм (последней модели — 0,0001 мм); можно замерить деформации до 800 мкм.

Деформация или перемещение

Д = и • я,

где и — цена деления прибора, мм; я — разность показания прибора на данной ступени нагрузки и начальным отсчетом (пользоваться разностью между соседними показаниями нельзя, так как ошибочное показание прибора на какой-либо ступени отразится на всех последующих).

Электрические тензометры — приборы, принцип действия которых основан на зависимости между деформацией и изменением омического сопротивления металлической проволоки (тензорезистора), наклеенной на поверхность конструкции. Регистрирующую аппаратуру, которая фиксирует изменение сопротивления проволоки, устанавливают на определенном расстоянии от конструкции (дистанционно). При деформации волокна, к которому приклеена проволока, меняется ее диаметр и длина, а следовательно, и сопротивление. Обычно применяют тензорезисторы в виде зигзагообразной проволоки диаметром от 2 до 50 мкм с высоким электрическим сопротивлением и достаточной температурной стабильностью (сплав константана, нихрома, марганина и др.).

Рис.15 Электромеханический тензометр.

Разработка относится к измерительной техники, а именно к средствам измерения деформаций и перемещений.

Электромеханический тензометр содержит измерительный элемент, регистрирующее устройство 1, усилитель 2, тензодатчики 3. Измерительный элемент включает в себя полый стержень 4, выполненный в виде микрометрического винта, включающего пустотелый корпус 5 (например, длиной 40 мм и диаметром 6 мм) с двумя закрепленными на его концах гайками 6, в которые ввернут винт 7, (длиной, например, 60 мм диаметром 2 мм и шагом 1 мм). На боковой стороне корпуса 5 имеется прорезь 8 (длиной, например, 30 мм и шириной 3 мм). Вдоль прорези 8 на корпус 5 прикреплена измерительная шкала 9 (длиной, например 20 мм и ценой деления 1 мм). Один конец винта 7 заострен, на другом насажена головка 10. На расстоянии, например, 40 мм от заостренного конца винта 7 имеется кольцевая насечка 11. Посредине корпуса 5 с внешней его стороны имеется отверстие 12 диаметром, например 3 мм, в которое вворачивается винт 13 длиной, например, 7 мм и диаметром 3 мм и стопорит винт в любом положении.

На свободном конце корпуса 5, с его внутренней стороны, крепится первый измерительный щуп 14, заостренный конец которого выступает над поверхностью корпуса на 5 … 6 мм. Стержень 4 при помощи шарнира 15 и кронштейна 16 связан со стержнем 17, который имеет длину, например 40 мм и представляет собой пластину шириной, например 5 мм и толщиной 3 мм, изогнутую и обращенную выпуклой стороной наружу, к наружной стороне которого болтом 18 и гайкой 19 крепится регулировочный штифт 20 длиной, например 25 мм и диаметром 15 мм, посередине которого имеется кольцевая насечка 21. На внутренней поверхности стержня 17 крепится второй измерительный щуп 22, идентичный щупу 14, а на наружной поверхности - измерительная шкала 23 длиной 20 мм и ценой деления 1 мм.

В нерабочем состоянии измерительные щупы 14 и 22 соприкасаются. При максимально раздвинутых стержнях 4 и 17 расстояние между измерительными щупами 14 и 22 составляет 15…20 мм. Раздвижение стержней ограничивается дугообразным упругим элементом 24, который представляет собой упругую пластину длиной, например, 20 мм и толщиной 1 мм и шириной 5 мм, принимающую в ненапряженном состоянии форму сектора круга диаметром 10-12 мм и способную сводить стрежни 4 и 17 с усилием 5…10 Н. Концы упругого элемента 24 прикреплены к внутренней стороне стержней 4 и 17. На обе стороны упругого элемента 24 наклеены два тензодатчика 3 типа 2ПКБ-10-200ГБ базой 10 мм соединенные с входом усилителя 2 марки «ТОПАЗ» ТА-5, выход которого соединен с входом регистрирующего устройства 1, самописца марки.

Тензометр работает следующим образом:

Включает регистрирующее устройство 1 и усилитель 2 и прогревают их в течение 3…5 мин для устранения помех. Между измерительными щупами 14 и 22 помещают эталон-пластину толщиной 3 мм. Подключают тензодатчики 3 к усилителю 2 и производят установку сигнала с тензодатчиков 3 на нулевое деление шкалы регистрирующего устройства 1. Для определения износа шлица раздвигают стрежни 4 и 17 и устанавливают измерительный элемент на шлиц, так, чтобы измерительные щупы 14 и 22 опирались на противоположные поверхности шлица у его основания. При этом заостренный конец микрометрического винта упирается во впадину между шлицами. Включают механизм перемещения ленты самописца и начинают вращать головку микрометрического винта. Винт, упираясь во впадину между шлицами, перемещает измерительный щуп 14 вдоль поверхности шлица к его вершине, при этом за счет упругого элемента изменяется расстояние между стрежнями и сигнал с тензодатчика 3. На ленте самописца при этом получается график зависимости линейного перемещения винта относительно корпуса стержня от толщины шлица. Для замера износа шлица по его длине микрометрический винт на одном стержне и регулировочный штифт на другом устанавливают, используя измерительные шкалы, так, чтобы измерительные щупы располагались в нужных точках сечения, и стопорят их винтами. Затем измерительный элемент перемещают вдоль шлица. Для определения износа производят подобные замеры для новой детали, сравнивая полученные графики, определяют величину износа. Для получения более точных данных о величине износа шлица после поворота головки микрометрического винта на один оборот выдерживают паузу для получения ступенчатого графика, а замер следующей детали начинают, установив перо самописца на начало предыдущего графика. По окончании замеров усилитель 2 и регистрирующее устройство 1 отключают, стрежни измерительного элемента сводят вместе.

Данным прибором по предложенной схеме можно определять износы любых шлицев толщиной не более 20 мм и высотой не более 25 мм, а также зубьев соответствующих размеров.

- Преимущества перед известными аналогами

Один из стержней выполнен в виде микрометрического винта для перемещения одного из щупов по поверхности, а другой стержень выполнен в виде регулировочного штифта

- Стадия освоения

Внедрено в производство

- Результаты испытаний

Технология обеспечивает получение стабильных результатов

- Технико-экономический эффект

Производительность труда увеличилась в 2 раза, повысилась точность измерения на 35%

- Возможность передачи за рубеж

Возможна передача за рубеж

Формула изобретения:

Электромеханический тензометр, содержащий два стержня, одни концы которых шарнирно связаны между собой, дугообразный упругий элемент, концы которого закреплены на соответствующих обращенных одна к другой поверхностях стержней на фиксированном расстоянии от шарнира, и тензодатчики, наклеенные на упругом элементе, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и производительности измерений на криволинейных поверхностях изделий, один из стержней выполнен полым, а тензометр снабжен двумя обращенными друг к другу измерительными щупами, один из которых закреплен на второй конце второго стержня, винтом, установленным в полости первого стержня с возможностью поворота и фиксации штифтом, размещенным на втором конце второго стержня с возможностью продольного перемещения и фиксации и гайкой, установленной на винте со стороны второго конца полого стержня, второй измерительный щуп жестко соединен с гайкой, а измерительные щупы, винт и штифт предназначены для взаимодействия с измеряемой поверхностью.