Устройство для измерения деформаций бетона с компенсацией температурных погрешностей

Устройство для измерения деформаций бетона с компенсацией температурных погрешностей может найти применение при динамических испытаниях строительных конструкций с их предварительным статическим обжатием или растяжением, а также при статических испытаниях этих конструкций. Устройство содержит нагружающее устройство и систему измерения и программного обеспечения. Непосредственно на испытываемой конструкции расположены рабочие тензорезисторы. Рабочие тензорезисторы подключены к системе измерения и программного обеспечения по четвертьмостовой схеме. Для компенсации погрешностей измерений, вызванных температурными колебаниями, в состав устройства входит бесконтактный датчик температуры. Для указанной цели возможно применение одновременно бесконтактного датчика температуры и блока компенсационных тензорезисторов. Блок компенсационных тензорезисторов в этом случае располагают рядом с испытываемой бетонной конструкцией. Датчик температуры и блок компенсационных тензорезисторов соединены с системой измерения и программного обеспечения. Нагружающим устройством может быть силовая установка или одновременно копровая и силовая установки. Технический результат заключается в повышении точности измерений, полученной за счет слежения за температурными колебаниями и корректировки полученных результатов измерений. 1 н.з и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения с одновременной корректировкой получаемых значений деформаций материалов при динамических испытаниях строительных конструкций с предварительным статическим обжатием или растяжением, а также при статических испытаниях строительных конструкций.

Известно тензометрическое устройство для измерения деформаций бетона железобетонных конструкций, патент РФ на полезную модель 76118. Устройство состоит из рабочего и компенсационного тензорезисторов, расположенных на поверхности железобетонной конструкции вблизи друг от друга и подключенных к измерительному комплексу. Такое устройство позволяет с высокой точностью проводить измерения при медленном и быстром нарастании деформаций бетона - при статических испытаниях и динамических испытаниях предварительно напряженных строительных конструкций, когда внешние температурные факторы могут существенно влиять на появление ошибки измерений деформаций бетона железобетонной конструкции. Однако наличие компенсационного тензорезистора, расположенного на железобетонной конструкции в непосредственной близости с рабочим тензорезистором требует применения полумостовой схемы измерения с обязательным формированием термоизолированных локальных нагретых зон практически для каждого рабочего измерительного полумоста, что повышает затраты на проведение испытания и существенно увеличивает трудоемкость работ при многоканальном испытании.

Использование широко применяемой на практике четвертьмостовой схемы с общим компенсационным тензорезистором, расположенным на конструкции в одной точке, не позволяет с необходимой точностью произвести термокомпенсацию при многоканальном испытании крупногабаритных строительных конструкций.

Днем при проведении летних полевых испытаний температура на солнце и в тени может отличаться на 10-15° (http://www.chelpogoda.ru/pages/420.php). Учитывая, что разница температуры активного (который по условиям испытаний может быть расположен на солнце) и компенсационного (расположенного как, правило, рядом с измерительной системой в тени) тензорезисторов в 1 градус С - приводит к погрешности 510*10^-5 относительных единиц деформации (Асписов С.К., Понамарева С.Н. О погрешностях тензометрических измерений при статических испытаниях строительных металлических конструкций. Сб. «Проектирование металлических конструкций» вып 6, М. 1975, стр.31-36). Поэтому температурная погрешность вызванная удаленностью одного компенсационного тензорезистора от рабочих в случае применения четвертьмостовой схемы при многоканальном подключении аппаратуры может достигать значений 50150*10-5 относительных единиц деформации. Подобная ситуация наблюдается при испытаниях мостов, где погрешность вносит кроме того и ветер. Температурную погрешность испытаний нельзя не учитывать и необходимо компенсировать.

Наиболее близким устройством, принятым за прототип является установка для экспериментальных исследований строительных конструкций, по патенту РФ на полезную модель 66534, МПК G01N 3/00, опубл. 10.09.2007. Данная установка включает в себя нагружающее устройство в виде копровой установки, с закрепленным на ней грузосбрасывателем и испытательным грузом. К блоку измерения и программного обеспечения подключены первичные преобразователи измерительной информации (датчики, тензорезисторы), которые установлены непосредственно на исследуемом образце.

Данная установка применима только для динамических испытаний. В процессе проведения однократного кратковременного динамического нагружения интервал времени проведения эксперимента составляет десятые доли секунды и термокомпенсация показаний применяемых тензорезисторов не существенна, так как температурные поля распространяются сравнительно медленно.

Однако при динамических испытаниях с предварительным статическим нагруженном (растяжением или сжатием) строительных конструкций требуется вначале статическое нагружение с последующей выдержкой конструкции (интервал времени проведения этой части эксперимента может составить десятки минут), по завершении которого и проводится однократное кратковременное динамическое нагружение. В этом случае при определении деформаций бетона необходимо учитывать зависимость показаний тензорезисторов от температуры окружающей среды для компенсации неизбежных температурных погрешностей.

Технический результат позволяющий решить эту задачу заключается в повышении точности получаемых данных за счет слежения за температурными колебаниями и корректировки получаемых значений деформаций бетона строительных конструкций.

Технический результат достигается следующим образом.

Общим с прототипом является то, что устройство для измерения деформаций бетона с компенсацией температурных погрешностей, включает нагружающее устройство, первичные преобразователи измерительной информации - рабочие тензорезисторы, расположенные непосредственно на испытываемой конструкции, систему измерения и программного обеспечения, к которой подключены рабочие тензорезисторы.

В отличие от прототипа устройство дополнительно содержит бесконтактный датчик температуры, при этом система измерения и программного обеспечения снабжена блоком для ввода измеренных указанным датчиком значений температуры, а рабочие тензорезисторы подключены к системе измерения и программного обеспечения по четвертьмостовой схеме. Бесконтактный датчик температуры может быть выполнен в виде пирометра. С помощью измерительной системы, в которую включен дополнительный блок для измерения температуры, возможно слежение за температурными колебаниями и дальнейшая корректировка измеренных значений деформаций.

В простейшем случае может быть применен один датчик температуры с последовательным измерением температуры в местах расположения тензорезисторов или в одной точке на поверхности бетона испытываемой конструкции. Возможно использование дополнительно к датчику температуры блока компенсационных тензорезисторов, расположенного рядом с испытываемой бетонной конструкцией и соединенного с системой измерения и программного обеспечения.

Такое устройство помогает увеличить точность измерений за счет компенсации погрешностей, возникающих в результате изменения температуры окружающей среды. При этом бесконтактный датчик позволяет за короткий период времени определить температурную погрешность и учесть ее в полученных показаниях деформаций бетона. При использовании компенсационных тензорезисторов точность измерения становится еще выше. В качестве нагружающего устройства может быть использована копровая и силовая установки или силовая установка.

Полезная модель пояснена чертежами, на фигуре 1 приведена блок-схема устройства для измерения деформаций бетона с компенсацией температурных погрешностей с блоком компенсационных тензорезисторов, на фигуре 2 - то же, без блока компенсационных тензорезисторов.

Устройство содержит систему измерения и программного обеспечения 1. Она состоит из измерительной системы MIC-400 (Универсальный мобильный многоканальный измерительный комплекс для регистрации и анализа измерительных данных). Измерительная система с помощью дополнительного модуля связана с блоком компенсационных тензорезисторов (БКТ) 2, к которому также непосредственно подключены рабочие тензорезисторы 3 (фиг.1). Рабочие тензорезисторы соединены с системой измерения и программного обеспечения по четвертьмостовой схеме. Устройство содержит также нагружающее устройство 4, которое оказывает воздействие на испытываемую конструкцию (ИК) 5, на которой размещены рабочие тензорезисторы 3 и бесконтактный датчик температуры 6, связанный с системой измерения и программного обеспечения 1. Блок компенсационных тензорезисторов 2 повышает точность измерений. Однако его наличие не обязательно (фиг.2). Введение в устройство бесконтактного датчика температуры 6, уже позволяет скомпенсировать погрешности в измерении деформации, вызванные температурными колебаниями, тем самым повысить точность измерения. При статических испытаниях в качестве нагружающего устройства может быть использована силовая установка (система гидравлических домкратов и распределительных траверс). При проведении динамических испытаний с предварительным статическим нагруженном дополнительно в состав нагружающего устройства входит копровая установка.

Работает устройство следующим образом: на каждом этапе статического загружения производится запись данных с первичных преобразователей измерительной информации - рабочих тензорезисторов 3 с учетом показаний компенсационных тензорезисторов 2, при их наличии, и с бесконтактного датчика температуры 6 в память измерительной системы 1. В процессе испытания можно выявить влияние температуры на показания тензорезисторов и произвести корректировку данных с учетом величины и знака разницы температуры на испытываемой конструкции 5 и в блоке компенсационных тензорезисторов 2.

1. Устройство для измерения деформаций бетона с компенсацией температурных погрешностей, включающее нагружающее устройство, рабочие тензорезисторы, расположенные непосредственно на испытываемой конструкции, систему измерения и программного обеспечения, к которой подключены рабочие тензорезисторы, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит бесконтактный датчик температуры, при этом система измерения и программного обеспечения снабжена блоком для ввода измеренных указанным датчиком значений температуры, а рабочие тензорезисторы подключены к системе измерения и программного обеспечения по четвертьмостовой схеме.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит блок компенсационных тензорезисторов, расположенный рядом с испытываемой бетонной конструкцией и соединенный с системой измерения и программного обеспечения.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве бесконтактного датчика температуры использован пирометр.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нагружающее устройство состоит из копровой установки и силовой установки, обеспечивающей предварительное статическое сжатие или растяжение испытываемой конструкции.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве измерительной системы использован универсальный мобильный многоканальный измерительный комплекс для регистрации и анализа измерительных данных MIC-400.