Закладной тензометр для бетона с регулируемой жесткостью
Закладной тензометр с регулируемой жесткостью предназначен для измерения напряжений и деформаций в толще бетонных и железобетонных конструкций. Он содержит цилиндрический стержень с жесткими фланцами на торцах, тензорезисторы, размещенные в герметической полости цилиндрического стержня. С целью повышения точности измерения напряжений и деформаций в бетоне посредством обеспечения возможности регулировки жесткости закладного тензометра, в цилиндрическом стержне с жесткими фланцами с торца выполнено дополнительное регулировочное цилиндрическое глухое отверстие, изолированное от герметической полости, тензорезисторы размещены на внутренней стенке герметической полости цилиндрического стержня, при этом общая жесткость закладного тензометра составляет 0,8-1,2 жесткости цилиндра из контролируемого бетона, диаметр цилиндра равен диаметру жестких фланцев, а длина цилиндра равна длине цилиндрического стержня. 2 пункта патентной формулы, 2 илл.
Полезная модель относится к области приборостроения и предназначена для измерения напряжений и деформаций в толще бетонных и железобетонных конструкций.
Известен тензометр закладной для измерения напряжений и деформаций в бетоне, содержащий полый стержень со струнным чувствительным элементом, размещенный внутри полого стержня. (Авторское свидетельство СССР 
911140, «Струнный датчик для измерения прогибов конструкций», G01B 7/18, 1979).
Недостатком аналога является применение струнного преобразователя, обладающего индивидуальной нелинейной характеристикой преобразования, что требует отдельной калибровки каждого тензометра и исключает их взаимозаменяемость. Это осложняет изготовление тензометров, а при массовом использовании затрудняет обработку сигналов от большого числа тензометров с разными метрологическими характеристиками, и с разной чувствительностью, что снижает производительность измерений.
Наиболее близким по технической сути к полезной модели, т.е. прототипом, является устройство по заявке КНР CN 202903128, 
Strain measuring device for concrete structural body, G01B, 7/16, 2013 г.
Прототип содержит полый цилиндрический стержень с жесткими фланцами на торцах. Внутри стержня размещен упругий элемент с тензорезисторами, который прикреплен изнутри к стенкам полого цилиндрического стержня. Соединительные провода от тензорезисторов объединены в кабель и выведены соосно полому цилиндрическому стержню с одного из его торцов. Для регулировки жесткости тензометра в него введен сильфон.
Прототипу присущи следующие недостатки.
Введение дополнительного упругого элемента с тензорезисторами снижает точность измерения, поскольку в серийном производстве трудно согласовать жесткости полого цилиндрического стержня и дополнительного упругого элемента, вследствие чего закладные тензометры будут иметь большой разброс основных метрологических характеристик - чувствительности, нелинейности, гистерезиса и т.п., что приведет к снижению точности.
Другим недостатком прототипа является практическая невозможность согласования его жесткости при изготовлении с жесткостью окружающего бетона, деформации и напряжения в котором он должен контролировать. Модули упругости разных марок бетона и, следовательно, жесткости изготовленных из них деталей различаются практически на порядок величины, т.е. до 10 раз. Модули Юнга металлов, из которых изготавливают тензометр, различаются в 2-3 раза. При рассогласовании этих жесткостей закладной тензометр становится для бетона «посторонним объектом». Его присутствие в теле контролируемого объекта сильно влияет на исходное и текущее распределения напряжений и деформаций, искажает ее, что резко снижает достоверность и точность измерений. Поэтому нужно согласование жесткости закладного тензометра с жесткостью окружающего его бетона. В этом случае бетон при деформации «не замечает» присутствия закладного тензометра, и закладной тензометр не влияет на распределение напряжений и деформаций, что повышает достоверность и точность измерения.
Кроме того, прототип содержит много узлов, что снижает надежность.
Предложенная полезная модель направлена на устранение отмеченных недостатков.
Указанные технические результаты достигаются тем, что в закладном тензометре с регулируемой жесткостью для контроля напряжений и деформаций в бетоне, содержащем цилиндрический стержень с жесткими фланцами на торцах, тензорезисторы, размещенные в герметической полости цилиндрического стержня, выполненной в виде цилиндрического глухого отверстия, закрытого герметическим кабельным уплотнением, соединительные провода от тензорезисторов объединены в кабель и выведены соосно полому цилиндрическому стержню с одного из его торцов через герметическое кабельное уплотнение, в цилиндрическом стержне с жесткими фланцами с торца, противоположного герметическому кабельному уплотнению, выполнено дополнительное регулировочное цилиндрическое глухое отверстие, изолированное от герметической полости, тензорезисторы размещены на внутренней стенке герметической полости цилиндрического стержня, при этом общая жесткость закладного тензометра составляет 0,8-1,2 жесткости цилиндра из контролируемого бетона с диаметром равным диаметру жестких фланцев, а длина цилиндра равна длине цилиндрического стержня.
В закладной тензометр для бетона с регулируемой жесткостью, может быть введена пробка, закрывающая дополнительное цилиндрическое глухое отверстие от проникновения бетона.
Сущность полезной модели иллюстрируется фиг. 1, где показан закладной тензометр для бетона с регулируемой жесткостью совместно с частью бетонной детали, в которой он установлен, и фиг. 2, на которой показан цилиндр из контролируемого бетона.
Закладной тензометр для бетона с регулируемой жесткостью содержит цилиндрический стержень 1 с жесткими фланцами 2 на торцах, тензорезисторы 3, размещенные в герметической полости 4 цилиндрического стержня 1 с жесткими фланцами 2, выполненной в виде цилиндрического глухого отверстия, закрытого герметическим кабельным уплотнением 5. Соединительные провода (на чертеже не показаны) от тензорезисторов 3 объединены в кабель 6 и выведены соосно полому цилиндрическому стержню 1 с жесткими фланцами 2 с одного из его торцов через герметическое кабельное уплотнение 5. Кабель 6 подключен к вторичной электронной аппаратуре (на чертеже не показана). В цилиндрическом стержне 1 с жесткими фланцами 2 с торца, противоположного герметическому кабельному уплотнению 5, выполнено дополнительное регулировочное цилиндрическое глухое отверстие 7, изолированное от герметической полости 4. Тензорезисторы 3 размещены на внутренней стенке герметической полости 4 цилиндрического стержня 1 с жесткими фланцами 2.
На фиг. 2 показан бетонный цилиндр 8 из контролируемого бетона. На фиг. 1 штриховой линией показана условная граница бетонного цилиндра 8 из контролируемого бетона относительно закладного тензометра.
Диаметр 9 D бетонного цилиндра 8 равен диаметру жестких фланцев 2, а длина 10 L бетонного цилиндра 8 равна длине цилиндрического стержня 1 с жесткими фланцами 2. При установке тензометра в бетонную деталь И он замещает собой цилиндр 8.
Для повышения точности нужно сблизить жесткости закладного тензометра и замещенного им при установке бетонного цилиндра 8.
Жесткость закладного тензометра регулируется изменением диаметра 12 «d 1» дополнительного регулировочного цилиндрического глухого отверстия 7 и изменением его длины 13 «L1 ». На практике жесткости бетонного цилиндра 8 и закладного тензометра могут быть определены расчетом, либо экспериментально. Общая жесткость закладного тензометра составляет 0,8-1,2 жесткости бетонного цилиндра 8, выполненного из контролируемого бетона. Дополнительное цилиндрическое глухое отверстие 7 может быть закрыто от проникновения бетона пробкой 14.
Полезная модель работает следующим образом.
Закрепляют закладной тензометр на месте измерений и заливают бетоном. После схватывания бетона закладной тензометр готов к измерениям.
Деформация бетонной детали 11 вызывает смещение жестких фланцев 2 - сближение или удаление друг от друга. Это приводит к растяжению или сжатию полого цилиндрического стержня 1 с жесткими фланцами 2, деформация которого передается тензорезисторам 3. Сигнал от тензорезисторов 3 пропорционален напряжению или деформации в бетоне, далее он преобразуется вторичной электронной аппаратурой (на чертеже не показана) в форму, удобную для потребителя.
Для повышения точности нужно сблизить жесткости закладного тензометра и замещенного им при установке бетонного цилиндра 8.
Согласование жесткости закладного тензометра, с одной стороны, и жесткости бетонного цилиндра 8, который он замещает в теле бетонной детали 11, с другой стороны, приводит к тому, что бетонная деталь 11 «не замечает» наличия закладного тензометра внутри себя, и поле напряжений и деформаций остается таким же, как если бы вместо закладного тензометра внутри бетонной детали 11 был бы бетонный цилиндр 8, т.е. бетонная деталь 11 осталась бы цельной. Это и обеспечивает повышение точности измерения напряжений и деформаций в бетоне.
Согласование жесткости закладного тензометра за счет изменения диаметра 12 «d1» и длины 13 «L1» дополнительного регулировочного цилиндрического регулировочного цилиндрического глухого отверстия 7, и жесткости бетонного цилиндра 8 обеспечивается заранее, до установки закладного тензометра. Эти жесткости могут быть определены расчетом, либо экспериментально. Общая жесткость закладного тензометра составляет 0,8-1,2 жесткости бетонного цилиндра 8, выполненного из контролируемого бетона.
Дополнительное цилиндрическое глухое отверстие 7 может быть закрыто от проникновения бетона внутрь глухого отверстия 7 пробкой 14. Это нужно в случае использования расширяющихся бетонов, которые в случае проникновения внутрь глухого отверстия 7 могут исказить результаты измерения.
1. Закладной тензометр с регулируемой жесткостью для контроля напряжений и деформаций в бетоне, содержащий цилиндрический стержень с жесткими фланцами на торцах, тензорезисторы, размещенные в герметической полости цилиндрического стержня, выполненной в виде цилиндрического глухого отверстия, закрытого герметическим кабельным уплотнением, соединительные провода от тензорезисторов объединены в кабель и выведены соосно полому цилиндрическому стержню с одного из его торцов через герметическое кабельное уплотнение, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения напряжений и деформаций в бетоне посредством обеспечения возможности регулировки жесткости закладного тензометра, в цилиндрическом стержне с жесткими фланцами с торца, противоположного герметическому кабельному уплотнению, выполнено дополнительное регулировочное цилиндрическое глухое отверстие, изолированное от герметической полости, тензорезисторы размещены на внутренней стенке герметической полости цилиндрического стержня, при этом общая жесткость закладного тензометра составляет 0,8-1,2 жесткости цилиндра из контролируемого бетона, диаметр цилиндра равен диаметру жестких фланцев, а длина цилиндра равна длине цилиндрического стержня.
2. Закладной тензометр для бетона с регулируемой жесткостью, отличающийся тем, что в него введена пробка, закрывающая дополнительное цилиндрическое глухое отверстие от проникновения бетона.
