RU2110766C1 - Устройство для измерения деформаций при повышенных температурах - Google Patents
Устройство для измерения деформаций при повышенных температурах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2110766C1 RU2110766C1 RU96115089A RU96115089A RU2110766C1 RU 2110766 C1 RU2110766 C1 RU 2110766C1 RU 96115089 A RU96115089 A RU 96115089A RU 96115089 A RU96115089 A RU 96115089A RU 2110766 C1 RU2110766 C1 RU 2110766C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- elastic substrate
- bridge
- resistant
- measuring
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 27
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 22
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 238000011022 operating instruction Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
Устройство предназначено для измерения деформаций конструкций летательных аппаратов при испытаниях на прочность в условиях повышенных температур. Устройство состоит из упругой подложки, выполненной из пластины термостойкого неметаллического материала, выгнутой в виде двухопорной арки. На внешней и внутренней поверхностях подложки наклеены два или четыре термостойких тензорезистора, соединенных по схеме измерительного полумоста или моста. Концы упругой подложки шарнирно оперты на узлы крепления, установленные в съемной монтажной рамке, выполненной из материала упругой подложки. Упругая подложка может быть выполнена из кварцевого стекла или термостойкой керамики. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам измерения деформаций конструкций при испытаниях на прочность в условиях повышенных температур.
Область применения - авиастроение, машиностроние, судостроение, атомная энергия и др.
При испытаниях на прочность материалов и конструкций необходимо производить измерения деформаций при высоких температурах до 500 - 1000oC в широком диапазоне диаграммы "σ-ε" . При этом важным требованием к измерительным устройствам является обеспечение высокой точности измерения и достоверности получаемой информации. Высокая точность измерения деформаций конструкций в значительной мере зависит от разброса номинальных сопротивлений тензорезисторов в партии, стабильности измерительных характеристик во времени, обеспечения компенсации температурных приращений тензорезисторов, помехоустойчивости от воздействия электромагнитных помех, защищенности от воздействия агрессивных сред, обеспечения технологичности монтажа на поверхности конструкции, габаритных размеров и др.
Анализ технических характеристик показал, что известные измерительные устройства ряду указанных требований полностью не отвечают, поэтому создание и внедрение в практику экспериментальных исследований предлагаемого устройства является актуальной технической и экономической задачей.
Известны наклеиваемые термостойкие тензорезисторы (Баранов А.Н., Белозеров Л. Г. , Ильин Ю.С., Кутьинов В.Ф. Статические испытания на прочность сверхзвуковых самолетов. М.: Машиностроение, 1974, с. 273 - 303 и Клокова Н. П. Тензорезисторы. М.:Машиностроение, 1990, с. 194 - 208), содержащие диэлектрическую подложку, чувствительную решетку и выводные проводники.
Недостатками известных термостойких тензорезисторов являются ограниченный диапазон измерения деформаций (±200•10-5 отн.ед), отсутствие схемой компенсации температурного приращения сопротивления, наличие значительных погрешностей измерения при электромагнитных помехах, применение косвенного метода градуирования для определения чувствительности и др.
Известен высокотемпературный тензоретистор типа НМТ-450, принятый за прототип, предназначенный для измерения деформаций в диапазоне температур 20 - 450oC ("Тензорезистор высокотемпературный типа НМТ-450", техническое описание и паспорт, Краснодарский завод тензометрических приборов; [1, 2]), содержащий плоскую металлическую подложку и наклеенный на ее внешней поверхности термостойкий тензорезистор. Металлическая подложка после тепловой обработки совместно с тензорезистором приваривается точечной сваркой на поверхности исследуемой конструкции.
Недостатками устройства являются ограниченный диапазон измерения деформаций (до ±200•10-5 отн.ед.), большое значение температурного приращения сопротивления (величина температурной характеристики при 450oC достигается 1400•10-5 отн. ед. ),большая собственная жесткость устройства на растяжение (сжатие), большое значение погрешности измерения при воздействии электромагнитных помех и др.
Задача изобретения состоит в расширении функциональных возможностей устройства, которое достигается путем увеличения диапазона измеряемых деформаций, повышения точности измерения, уменьшение погрешностей измерения от воздействия электромагнитных помех, сокращения эксплуатационных расходов на подготовку и проведение измерений, что является техническим результатом.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения деформаций при повышенных температурах, содержащем, плоскую металлическую подложку с наклеенным на внешней поверхности термостойким тензорезистором и измерительную аппаратуру, упругая подложка выполнена выпуклой в виде арки из пластины термостойкого неметаллического материала толщиной 0,1 - 0,2 мм с наклеенными на ее внешней и внутренней поверхностях двумя или четырьмя термостойкими тензорезисторами, соединенными по схеме измерительного полумоста или моста, и термодатчиком, концы упругой подложки шарнирно оперты на узлы крепления, установленные в съемной монтажной рамке из материала, аналогичного материалу упругой подложки с отверстиями для штока градуировочного приспособления.
На фиг. 1 представлена конструкция измерительного устройства; на фиг. 2 - электрическая схема устройства и подключения его к измерительной аппаратуре; на фиг. 3 - градуировочная характеристика макета устройства при номинальной температуре при работе с измерительной системой СИИТ-3.
Предлагаемое устройство (фиг. 1) состоит из упругой подложки 1, термостойких тензорезисторов 2, узел крепления 3, легкосъемной монтажной рамки - корпуса 4, соединительных проводов 5, клеммных колодочек 6 и термодатчика 7.
Упругая подложка 1 выполнена из тонкой пластины толщиной 0,1 - 0,2 мм из термостойкого неметаллического материал, например кварцевого стекла, керамики или ситалла, выгнутой в виде арки, опертой шарнирно по концам в узлах крепления 3.
В средней части пластины на внешней и внутренней поверхностях наклеены по одному или по два термостойких тензорезисторов 2, соединенных проводами 5 по схеме измерительного полумоста или моста и приваренных электродуговой сваркой к клеммным колодочкам 6.
Для удобства наклейки тензорезисторов на упругой подложке, хранения устройства и его монтажа на поверхности исследуемой конструкции 10 с заданной базой измерения "Б" в устройстве предусмотрена легкосъемная базовая монтажная рамка 4 из того же материала, что и упругая подложка, в которую устанавливаются узлы крепления 3 с упругой подложкой 1 и тензорезисторами 2. Рамка состоит из двух половин, соединяемых при помощи болтов 8. В опорных стенках рамки предусмотрены отверстия 9 для штока градуировочного приспособления.
Для определения температуры упругой подложки и тензодатчиков в процессе тепловой обработки и проведения измерений в устройстве наклеен малоинерционный термодатчик 7.
Установка устройства на поверхности исследуемой конструкции осуществляется путем точечной электроразрядной сварки или приклейки термостойким цементом (клеем) узлов крепления 3.
С целью расширения температурного диапазона измерения, обеспечения стабильных измерительных характеристик, повышения точности измерения при высоких температурах в устройстве упругий элемент изготавливается из неметаллических материалов, например боросиликатных, алюмосиликатных или кварцевых стекол (tmaxc до 1000oC), ситалловые материалы (tmaxc до 700 - 750oC), керамические материалы (tmaxc до 1200 - 1600oC). Указанные материалы обладают сравнительно высокой прочностью на изгиб, высоким модулем упругости, высокой стойкостью к окислению и воздействию термоударов (см. Материалы в приборостроении и автоматике, 2-е издание. Под ред. Ю.М. Пятина.М.: Машиностроение, 1982, с. 419).
Применение шарнирного опирания концов упругого элемента обеспечивает деформирование его по радиусу дуги, уменьшает уровень местных концентраций напряжений в зоне опирания, упрощает технологию изготовления устройства, снижает погрешности измерения.
В качестве первичных преобразований в устройстве применяются термостойкие тензорезисторы, от температурного диапазона которых в значительной мере зависит рабочий диапазон температур устройства.
Так, например, для устройства с рабочим диапазоном температур 0 - 600oC могут быть использованы тензорезисторы типа ВТ-ХЮ (см. Баранов А.Н., Белозеров Л.Г., Ильин Ю.С., Кутьинов В.Ф. Статические испытания на прочность сверхзвуковых самолетов. М.: Машиностроение, 1974, с. 280 - 284).
После наклейки и монтажа тензорезисторов ВТ-ХЮ на упругой подложке устройство вместе со съемной монтажной рамкой подвергается предварительной тепловой обработке по довольно сложной технологии с максимальной температурой 550oC. Эта операция позволяет избежать предварительного нагревания конструкции до начала испытаний и, соответственно, снизить эксплуатационные расходы на подготовку испытаний и избежать возможного снижения прочности конструкционного материала.
Измерительный полумост или мост устройства, состоящий из двух или четырех тензорезисторов 2, через измерительный коммутатор 11, (см. фиг. 2) подключается к измерительной системе 12. Для управления измерительной системой, сбора, обработки и представления информации о деформированном состоянии конструкции используется ЭВМ 13 (см. Система измерительная тензометрическая СИИТ-3. Руководство по эксплуатации, 4Т2.739.ООЧ РЭ, Краснодарский завод "Тензоприбор" и описание компьютера IBM PC/AT типа 286).
Решение поставленных задач достигается за счет
применения упругой подложки, выполненной из термостойкого неметаллического материала, например тонкой пластины из кварцевого стекла, керамики или ситалла в виде двухпроводной арки;
шарнирного стирания концов упругой подложки в узлах крепления;
наклейки на поверхности упругой подожки двух или четырех термостойких тензорезисторов, соединяемых по схеме измерительного полумоста или моста;
применения для изготовления, хранения и монтажа легкосъемной монтажной базовой рамки из материала, аналогичного материалу упругой подложки;
избежания предварительной тепловой обработки до высоких температур конструкции после монтажа на ней измерительного устройства;
обеспечения индивидуальной градуировки каждого устройства;
обеспечения многократного применения устройства при различных испытаниях и возможности проведения повторных градуировок.
применения упругой подложки, выполненной из термостойкого неметаллического материала, например тонкой пластины из кварцевого стекла, керамики или ситалла в виде двухпроводной арки;
шарнирного стирания концов упругой подложки в узлах крепления;
наклейки на поверхности упругой подожки двух или четырех термостойких тензорезисторов, соединяемых по схеме измерительного полумоста или моста;
применения для изготовления, хранения и монтажа легкосъемной монтажной базовой рамки из материала, аналогичного материалу упругой подложки;
избежания предварительной тепловой обработки до высоких температур конструкции после монтажа на ней измерительного устройства;
обеспечения индивидуальной градуировки каждого устройства;
обеспечения многократного применения устройства при различных испытаниях и возможности проведения повторных градуировок.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Устройство до монтажа на исследуемую конструкцию устанавливают в градуировочное приспособление и, задавая измерительным штоком микрометра через отверстие 9 (см. фиг. 1) в монтажной рамке 4 нормированные значения перемещений f одному из узлов крепления устройства, определяют зависимость выходного сигнала устройства A от величины перемещения A = φ(f) и, соответственно, коэффициент преобразования K. Аналогично может быть проградуировано устройство по величине задаваемой деформации на соответствующем градуировочном приспособлении, т.е. A = φ(ε) .
Затем предлагаемое устройство укрепляет на поверхности конструкции в исследуемой зоне 10 и подключает к измерительной аппаратуре 12 через коммутатор 11 (см. фиг. 2) например, к системе СИИТ-3.
При испытаниях конструкция нагружается и нагревается, что приводит к деформированию ее элементов и, соответственно, изменению начальной базы измерения Б (см. фиг. 1) устройства. При измерении базы измерения (изменение расстояния между узлами крепления 3) деформируется упругая подложка 1, что, в свою очередь, деформирует чувствительную решетку тензорезисторов 2, наклеенных на упругой подложке. При этом изменяется начальное сопротивление тензорезисторов R на величину ± ΔR . Например, при полумостовой схеме включения тензорезисторов и увеличении базы измерения сопротивление тензорезистора R1, наклеенного на выпуклой поверхности упругого элемента, уменьшается на величину ΔR1, а сопротивление тензорезистора R, наклеенного на вогнутой поверхности, увеличивается на ΔR2 , что приводит к возникновению в измерительной диагонали моста электрического сигнала, пропорционального величине деформации поверхности конструкции, который регистрируется аппаратурой 12 и обрабатывается ЭВМ 13 с учетом градуировочной характеристики A = φ(f) или A = φ(εср) .
Величина выходного сигнала измерительного моста при двух активных тензорезисторах равна
ΔU = U•S•εср,
где
U - напряжение питания моста;
S - коэффициент тензочувствительности тензорезисторов;
εср - средняя деформация упругого элемента.
ΔU = U•S•εср,
где
U - напряжение питания моста;
S - коэффициент тензочувствительности тензорезисторов;
εср - средняя деформация упругого элемента.
В качестве примера на фиг. 3 приведена зависимость для макетного образца устройства с базой измерения, равной 25 мм, при нормальной температуре для упругих элементов с двумя тензорезисторами, включенными по схеме измерительного моста, и подключенного к системе СИИТ-3.
Применение предложенных устройств обеспечит возможность измерения деформаций при испытаниях гиперзвуковых летательных аппаратов при нестационарных тепловых режимах в диапазоне температур до 500 - 1000oC, расширение диапазона измерения деформаций в 10 - 20 раз, увеличение точности измерения в 1,5 - 2 раза в условиях нестационарных тепловых процессов и сократит в 2-2,5 раза эксплуатационные расходы на подготовку и проведение испытаний.
Claims (3)
1. Устройство для измерения деформаций при повышенных температурах, содержащее плоскую упругую подложку с термостойким тензорезистором и измерительную аппаратуру, отличающееся тем, что в него введены узлы крепления упругой подложки, съемная монтажная рамка с отверстием для штока градуировочного приспособления и термодатчик, при этом упругая подложка выполнена выпуклой в виде арки из пластины термостойкого неметаллического материала толщиной 0,1 - 0,2 мм, на внешней и внутренней поверхностях упругой подложки наклеены два или четыре термостойких тензорезистора, соединенных по схеме измерительного полумоста или моста, концы упругой подложки шарнирно оперты на узлах крепления, которые установлены в съемной монтажной рамке, выполненной из материала упругой подложки.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упругая подложка выполнена из кварцевого стекла.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упругая подложка выполнена из термостойкой керамики.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96115089A RU2110766C1 (ru) | 1996-07-23 | 1996-07-23 | Устройство для измерения деформаций при повышенных температурах |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96115089A RU2110766C1 (ru) | 1996-07-23 | 1996-07-23 | Устройство для измерения деформаций при повышенных температурах |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2110766C1 true RU2110766C1 (ru) | 1998-05-10 |
| RU96115089A RU96115089A (ru) | 1998-09-10 |
Family
ID=20183788
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96115089A RU2110766C1 (ru) | 1996-07-23 | 1996-07-23 | Устройство для измерения деформаций при повышенных температурах |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2110766C1 (ru) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2149352C1 (ru) * | 1998-06-08 | 2000-05-20 | Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского | Устройство для измерения деформаций конструкций из композиционных материалов при повышенных температурах |
| RU2393425C1 (ru) * | 2009-05-06 | 2010-06-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Способ определения температуры и деформации детали |
| CN102323022A (zh) * | 2011-08-26 | 2012-01-18 | 重庆大唐科技股份有限公司 | 一种测量结构挠度的应变式传感器 |
| RU201365U1 (ru) * | 2019-09-30 | 2020-12-11 | Открытое акционерное общество "МИНСКИЙ НИИ РАДИОМАТЕРИАЛОВ" | Датчик деформации |
| RU2786759C1 (ru) * | 2022-03-22 | 2022-12-26 | Общество с ограниченной ответственностью "РД Групп" | Датчик деформации |
-
1996
- 1996-07-23 RU RU96115089A patent/RU2110766C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Серьезнов А.Н. Измерения при испытаниях конструкций на прочность. - М.: Машиностроение, 1976, с. 75 - 76. 2. Клокова Н.П. Тензорезисторы. - М.: Машиностроение, 1990, с. 152 - 153. * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2149352C1 (ru) * | 1998-06-08 | 2000-05-20 | Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского | Устройство для измерения деформаций конструкций из композиционных материалов при повышенных температурах |
| RU2393425C1 (ru) * | 2009-05-06 | 2010-06-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Способ определения температуры и деформации детали |
| CN102323022A (zh) * | 2011-08-26 | 2012-01-18 | 重庆大唐科技股份有限公司 | 一种测量结构挠度的应变式传感器 |
| RU201365U1 (ru) * | 2019-09-30 | 2020-12-11 | Открытое акционерное общество "МИНСКИЙ НИИ РАДИОМАТЕРИАЛОВ" | Датчик деформации |
| RU2798748C1 (ru) * | 2021-12-30 | 2023-06-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петрозаводский государственный университет" | Ёмкостный датчик деформации изгиба |
| RU2786759C1 (ru) * | 2022-03-22 | 2022-12-26 | Общество с ограниченной ответственностью "РД Групп" | Датчик деформации |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100414516B1 (ko) | 스트레인 게이지 스트립 및 그의 적용 장치 | |
| CN111735714B (zh) | 一种基于光纤的高温全应力-应变曲线测试方法及装置 | |
| RU2369845C2 (ru) | Датчик веса | |
| CN117889898B (zh) | 一种用于应变与温度双参量测量的光纤光栅传感器 | |
| RU2110766C1 (ru) | Устройство для измерения деформаций при повышенных температурах | |
| KR19980068244A (ko) | 병렬형 6축 힘-모멘트 측정장치 | |
| CN110530548A (zh) | 一种测量压力和温度双参数的光纤光栅检测方法与装置 | |
| SU1615578A1 (ru) | Датчик давлени | |
| Noltingk et al. | High-stability capacitance strain gauge for use at extreme temperatures | |
| CA1178083A (en) | Measuring device using a strain gauge | |
| RU2149352C1 (ru) | Устройство для измерения деформаций конструкций из композиционных материалов при повышенных температурах | |
| Kumar et al. | Design and development of precision force transducers | |
| CN216115850U (zh) | 结构微裂缝动态位移的高精度测量装置 | |
| CN117889784A (zh) | 一种光纤光栅倾角传感器及其制备方法 | |
| CN113899303A (zh) | 结构微裂缝动态位移的高精度测量装置及方法 | |
| KR100363681B1 (ko) | 스트레인 게이지 부착구 | |
| Holcomb et al. | A displacement gage for the rock-mechanics laboratory | |
| Abu-Mahfouz | Strain Gauge | |
| RU2082082C1 (ru) | Устройство для измерения деформаций гибких оболочек летательных аппаратов | |
| Jones et al. | The creep of aluminium during neutron irradiation | |
| US4002061A (en) | Capacitance transducer for the measurement of bending strains at elevated temperatures | |
| CN223412853U (zh) | 一种温度自补偿光纤光栅测力传感器 | |
| RU2024829C1 (ru) | Датчик давления | |
| RU2175117C1 (ru) | Датчик для измерения продольных усилий | |
| RU2222788C2 (ru) | Датчик для измерения виброперемещений |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090724 |