Патент на изобретение №2349874

(54) ДАТЧИК ДЕФОРМАЦИИ ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫЙ

(57) Реферат:

Датчик предназначен для измерения деформации (тензометрирования) конструкций, преимущественно на месте их эксплуатации. Датчик деформации тензорезисторный содержит один или несколько тензорезисторов, эластичное покрытие, защищающее тензорезисторы от внешнего воздействия, коммутационную плату. Все три компонента датчика соединены клеевым способом в единую трехслойную конструкцию. Обеспечивается тензометрирование конструкции в экстремальных условиях. 9 ил.

Датчик предназначен для измерения деформации (тензометрирования) конструкций преимущественно на месте их эксплуатации, в экстремальных условиях. К таким конструкциям относятся, к примеру, элементы железной дороги: рельсы, мосты, для которых время подготовки к тензометрированию ограничено режимом движения составов.

Известен (http:www.npfipo.ru, 2007) датчик деформации тензорезисторный, выполненный в виде навесной тензометрической скобы (тип DDT, в составе испытательной машины типа UP-0,), который содержит несколько тензорезисторов, эластичное покрытие, защищающее тензорезисторы от внешнего воздействия, и коммутационную плату, расположенную на некотором расстоянии от тензорезисторов. Датчик характеризуется простотой в обращении и минимальным временем подготовки к испытаниям. Недостатком его является низкая собственная частота (не более 100 Гц) и плохая механическая совместимость с исследуемой конструкцией.

В качестве прототипа принимается датчик деформации, изготовленный по технологии DMS-Applikation (проспект фирмы НВМ «Dehnungsmesstreifen und Zubehör», http:www.hbmwt.com, 2005 г.). Этот датчик содержит три упомянутых компонента: тензорезистор, защитное эластичное покрытие и коммутационную плату, расположенную на некотором расстоянии от тензорезистора. Фирма НВМ своей технологией DMS-Applikation декларирует намерение упростить технологию и сократить время подготовки к испытаниям в экстремальных условиях: «commen-beraten-applizieren-messen», т.е. «идите-советуйте-апплицируйте-измеряйте». В традиционную технологию наклейки тензорезисторов (по сути это технология аппликации) фирма ввела современные защитные покрытия, например прозрачный силиконовый каучук SG250, контактные клеи, например быстросхватывающийся однокомпонентный клей Z70, коммутационные платы серии LS, полимерные пленки с широкими диапазонами жесткости и адгезии к различным поверхностям. Датчик, изготовленный по технологии DMS-Applikation, действительно, существенно упрощает технологию и сокращает время подготовки к испытаниям, но характеризуется следующим недостатком. Эта пространственная разобщенность тензорезистора и коммутационной платы, что требует поочередной их установки и последующей коммутации способом пайки. Поставленная цель уменьшения времени подготовки к испытаниям достигается не полностью: часы сокращаются до 10 минут, но требуемые 10 секунд для этого датчика недостижимы.

Задачей изобретения является упрощение технологии и сокращение времени подготовки к испытаниям. Технический результат реализации изобретения сводится к обеспечению тензометрирования конструкции в экстремальных условиях, когда исключается пайка проводов и когда датчик с подсоединенным кабелем и элементами навесного монтажа необходимо приклеить к исследуемой поверхности в течение нескольких секунд, практически одним движением. Сущность изобретения состоит в том, что основные компоненты датчика: тензорезисторы, эластичное защитное покрытие и коммутационная плата соединены клеевым способом в единую трехслойную конструкцию.

Сущность изобретения поясняется чертежом и фотографиями 1, 2, 3. На чертеже показан заводской (лабораторный) процесс клеевого соединения основных компонентов датчика. На тензорезисторы 1 (вид А) наклеивается эластичное защитное покрытие 2 (вид В), на которое в свою очередь наклеивается коммутационная плата 3 (вид С). Результат сборки – единая трехслойная конструкция датчика (вид D, повернут на 90°). К внешним восьми точкам печатного монтажа коммутационной платы 3 подпаиваются выводы тензорезисторов 1, что соединяет их в схему полного моста, а к внутренним четырем точкам – соответствующие концы кабеля связи (на чертеже не показан). На фото 1 датчик показан со стороны печатной платы, к которой подпаян кабель связи и датчик температуры. На фото 2 датчик показан со стороны тензорезисторов, которые в транспортном положении закрыты защитной пленкой. На фото 3 – защитная пленка частично снята.

В аспекте метрологии датчик обеспечивает класс точности 0.2. При деформации 0.002 релаксация выходного сигнала за 2 часа не превышает 0.1%, а за 2400 часов (три месяца) – 0.3%. Нормальная работа тензорезистора, зажатого между исследуемой поверхностью и коммутационной платой (с промежуточным эластичным покрытием), обусловлена тем, что жесткость эластичного покрытия по крайней мере на три десятичных порядка меньше жесткости исследуемой поверхности конструкции.

В августе 2006 года 8 датчиков установлены на рабочих рельсах Южной сортировочной горки Батайского железнодорожного узла (Ростовская область). Датчики включены в систему измерения, содержащую два контроллера (на расстоянии 2.5 м от датчиков), два блока питания и персональный компьютер (на расстоянии 300 м от контроллеров). На фотографиях 4-7 показаны фрагменты монтажа датчиков и их капсулирование резиновыми пластинами. На фото 8 показана аппаратная стойка с контроллерами и блоками питания. Монтаж осуществлялся в десятиминутных перерывах между прохождениями составов. Чистое время монтажа не превысило двух часов.

На сегодняшний день система поставила в базу данных сведения о нескольких сотнях тысячах вагонов (колесные и осевые нагрузки, осевые скорости и массы вагонов). Измерение массы вагонов в движении соответствует классу точности 2 (ГОСТ 30414).

Формула изобретения

Датчик деформации тензорезисторный, содержащий один или несколько тензорезисторов, эластичное покрытие, защищающее тензорезисторы от внешнего воздействия, и коммутационную плату, отличающийся тем, что все три компонента датчика соединены клеевым способом в единую трехслойную конструкцию.

РИСУНКИ