Датчик напряжений

 

Изобретение относится к области исследования массива горных пород. Цель изобретения - обеспечение опред.еления велкчмкы и направления главных компонент тензора напряжения в ТОЧКЕ установки ц.. Для этого корпус 1 датчика вьнтолнен в зидё кру- j oBoro цилиндра из диэлектрического мате..г1а,. па боковой поверхности которог О разметен тензорезистивный злемяпт (ГЭ) трубчатой формы. Силоносприпимя10 дий элегент выполнен в виде гиб -сой электропроводящей трубки Опт) 4 г замкнутой оболочкой 5, ус тановленной на наружной поверхности ТЭ. Между ТЭ и поверхностью корпуса 1 размещены проводники (П) 2, электрически изолированные от корпуса 1 и ориентированные вдоль его образующей. Диаметрально противоположные П 2 электрически попарно соединены с возможностью поочередного подключения к измерительной системе. Для повышения чувствительности при неравнокомпонентном давлении ТЭ выполнен в виде нескольких слоев 3 электропроводящей бумаги . При этом на слоях 3 и на ЭПТ 4 выполнены продоль1 ые разрезы, расположенные на равных расстояниях от соседних проводников 2. Под действием сжатия к онтактное сопротивление слоев 3 уменьшается пропорционально действующему давлению. Изменяется сила тока между П 2 и ЭПТ 4 в зависимости от изменения давления на датчик. Используя симметричность ТЭ, измерение его радиальной компоненты можно вести путем одновременной фиксации силы тока в диаметрально противоположных П 2. 2 3.П. ф-лы, 3 ил. с (Л со to о О5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

Ф РЕ.- Г1УЕ,ЛИН

„„SU 1 320671

G 01 L 1/18//К 21 С 39/00

l г

1 сю

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и А ВТОРСНОМЪ СВйДЕТЕЛЬСТВУ ческ (72)

/ 53) (56) HHK Еост

Ь1

Ю

1,Ь 3

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОРИТЕT СССР

fl0 ДЕЛАеМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4023665/22-03 (22) 06„02.86 (46) 30.06.87. Бюл. Ф 24 (I 1 ) 1 Омм;. нарский го11но-мете1ллурги. и институт

Г. Г «Питвинский

620 173 )I (088 88)

Испытате;Еьна» техника: Справоч/ Под ред, В.В.Клюева. N. Машироение, 1 8 ;.í, 2, с. 354-357. (.5 .4 ),ЛАТВИЕ НАПРЯЖЕ11И111 (57) Изобретее1ие относится к области исследования массива горных пород.

11ель изобретения — обеспе .ение определения величины и направления главных компонент тензора напряжения в точке становки датчика, Для этот о корпус 1 датчика выполнен в виде круГово! о ци Еиндра из д1 .электрического ма.еериа11а, на боковой поверхности котора о 1ч1зме11еее1 тензорезистивный з.-eèë»ò (ГЭ) трубчатой формы. Силовоспринимакщий эдемеHI выг1олнен в виде гибкой злектропроводящей трубки (ЭПТ) 4 <-, замкнутой оболочкой 5, установленной на наружной поверхности

ТЭ. Между ТЭ и поверхностью корпуса 1 размещены проводники (П) 2, электрически изолированные от корпуса 1 и ориентированные вдоль его образующей.

Диаметрально противоположные П 2 электрически попарно соединены с возможностью поочередного подключения к измерительной системе. Для повышения чувствительности при неравнокомпонентном давлении ТЭ выполнен в виде нескольких слоев 3 электропроводяшей бумаги, При этом на слоях 3 и на ЭПТ 4 выполнены продольные разрезы, расположенные на равных р- соседних проводников 2. Под действием

С> сжатия контактное сопротивление слоев 3 уменьшается пропорционально действующему давлению. Изменяется сила тока между П 2 и ЭПТ 4 в зависимости от изменения давления на датчик. Используя симметричность ТЭ, измерение его радиальной компоненты можно вести путем одновременной фиксации силы тока в диаметрально противоположных

П 2. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Для определения всех компонент

45 тензора напряжений необходимо провести измерения трех радиальных компонент, например 5 ; 4 и 4 q под углаУ о ми соответственно О, 90 и 45 . Искомые значения главных напряжений б„

50 и ь (фиг.3), а также угол e(поворота главной площацки с напряжением rÄ oiносительно оси Х вычисляют по формуДатчик напряжений работает слецующим образом.

Предварительно оттарированный датчик напряжений помещают в заданную точку плоской модели 9 из эквивалентных материалов во время ее изготовления, При этом датчик строго ориентируют в пространстве так, чтобы ось корпуса 1 была горизонтальна, а проводники 2 по меткам на защитной оболочке 5 ориентируют вдоль осей коор1 132

Изобретение относится к датчикам механических напряжений, н частности к датчикам для измерения напряжений н моделях из эквивалентных материалов и может быть использовано при изучении закономерностей деформирования и разрушения массива горных пород .

Цель изобретения - обеспечение oiiределения величины и направления глав ных компонент тензора напряжений в точке установки датчика и повышение чувствительности при неравнокомпонеитном давлении путем уменьшения жесткости окружающих корпус слоев.

На фиг.1 показан датчик напряжений; на фиг,2 — то же, продольный разрез; на фиг.З вЂ” диаграмма напряжений О. Мора,поясняющая расчет главных компонент напряжений.

Датчик содержит корпус 1, выполненный в виде кругового цилиндра из диэлектрического материала, проводники 2, установленные вдоль образующей корпуса 1, тензорезистивный элемент, выполненный в виде нескольких слоев

3 электропроводящей бумаги, уложенной на корпусе 1 поверх проводников 2, силовоспринимающий элемент, выполненный в виде гибкой электропроводящей трубки 4 с защитной оболочкой 5, охватывающей слои 3 бумаги, и измерительную систему, включающую источник 6 питания, микроамперметр 7, коммутирующее устройство и микропроцессор (не показаны).

Проводники 2, расположенные на корпусе 1 диаметрально противоположно, электрически соединены друг с другом с возможностью поочередного (через коммутирующее устройство) подключения к измерительной системе.

На слоях 3 бумаги и гибкой электропроводящей трубке 4 выполнены продольные надрезы 8 вдоль образующей корпуса i, при этом надрезы 8 расположены на равных расстояниях от соседних проводников 2.

06?1 2 динат (например, по осям Х и Y в плоскости модели). Проводники 2 датчика подсоединены к коммутирующему устройству измерительной системы или при необходимости к интерфейсу микропроцессора, в управляющую программу которого введены операнцы их последовательного включения, а в память данные тарировок каждого из отделен1О ных надрезами 8 участков электропроводящей бумаги.

После нагружения модели 9 из эквивалентных материалов силовоспринимающий элемент датчика напряжений, включающий слои 3 бумаги, трубку 4 и оболочку 5, оказывается под действием компонент плоского тензора напряжений, возникшего в матери sre ггодели 9. При этом тензорезистивный

20 элемент н виде слоев 3 электропроводящей бумаги оказывается сжатым пропорционально нормальной радиальной компоненте тензора напряжений. Под действием этого сжатия контактное сопротивление слоев 3 бумаги уменьшается пропорционально действующему давлению. Это регистрируется измерительной системой по изменению силы тока между проводником 2 и гибкой

30 электропроводящей трубкой 4 в зависимости от изменения давления на датчик на участке данного проноцника 2, подключенного с помощью коммутирующего устройства. Используя симметричность тензора напряжений, измерение его радиальной компоненты можно проводить путем одновременной фиксации силы тока в диаметрально противоположных проводниках 2, что компенсиру40 ет случайные погрешности измерений на противоположных концах диаметра корпуса 1.

132067! л

Х".

Прп испопьзовани;r -в ;измерительной системе микропроцессора вычисления осуществляют в реальном режиме времени в процессе моделирования с одно10 временной распечаткой результатов измерений и их отображением на бумаге с помощью графопостроителей Если в датчике напряжений установлено ;ро

15 водниког. 2 больше минимально требуемого количества, их используют дпя контроля полч-tp èÿ с.атгческих параметров результатов измерений (дисперсия, коэффициент вариации, доверитель. ный интервал и,цр.), ) .Формула изобретения

1. Датчик напряжений, содержащий корпус, установленный на нем тензорезистивный элемент, силовоспринимающий элемент, соединенный с тензорезистивным элементом„ и измерительную систему, электрически связанную с тензорезистивным элементом, о т л и ч aIv щ и иi с я тем и ro . целью ооес печения опреде;тания величины и нап4 равления главных компонент тензора напряжений в точке установки датчика, корпус выполнен в виде кругового цилиндра,тензорезистивный элемент выполне н трубчатой формы и ра змеще н на ,боковой поверхности цилиндра, сила" во принимающий элемент выполнен в виде гибкой электропроводящей труб ки с защитной оболочкой, установленной на наружной поверхности тензорезистивного элемента, а датчик снабжен проводниками, установленными мЕжду тензорезистивным элементом и поверхностью корпуса, электрически изолированными от корпуса и ориентированными вдоль образующей цилиндра.

2. Датчик по п.1, о т л и ч а ющ н и с я тем, что диаметрально противоположные проводники электрически попарно соединены с возможностью поочередного подключения к измерительной системе.

3. Датчик по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения чувствительности при неравнокомпонентном давлении, тензорезистивный элемент выполнен в виде нескольких слоев электропроводящей бумаги, причем на слоях бумаги, а также на гибкой электропроводящей трубке выполнены продольные разрезы, расположенные на равных расстояниях от соседни> проводников.

1320671

Составитель В.Тальвойш

Техред М.Ходанич

Редактор A.Огар

Корректор Ц.Нилиneêêo

Заказ 2650/45 Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьггий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб ., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная., 4