LT6804B - Universal pressure, compressive force and stress sensor - Google Patents
Universal pressure, compressive force and stress sensor Download PDFInfo
- Publication number
- LT6804B LT6804B LT2019047A LT2019047A LT6804B LT 6804 B LT6804 B LT 6804B LT 2019047 A LT2019047 A LT 2019047A LT 2019047 A LT2019047 A LT 2019047A LT 6804 B LT6804 B LT 6804B
- Authority
- LT
- Lithuania
- Prior art keywords
- sensor
- housing
- pressure
- electrodes
- force
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 15
- 230000035882 stress Effects 0.000 claims description 14
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 9
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 4
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 claims description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 2
- 239000004567 concrete Substances 0.000 abstract description 22
- 230000003068 static effect Effects 0.000 abstract description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 abstract description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 6
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000000109 continuous material Substances 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- -1 flakes Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 239000011256 inorganic filler Substances 0.000 description 1
- 229910003475 inorganic filler Inorganic materials 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Description
Technikos sritis, kuriai skiriamas išradimasTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
Išradimas skirtas nustatyti veikiančią gniuždymo jėgą, slėgį ar apkrauto konstrukcinio elemento įtempius įvairiuose konstrukciniuose elementuose jį tvirtinant, įmontuojant ar įliejant. Jutiklio matuojamasis parametras yra netiesiškai proporcingas varžai ir ji gali būti matuojama įvairiais metodais. Šis jutiklis tinkamas struktūros gniuždymo įtempiams matuoti, pavyzdžiui pastato betoninių ir gelžbetoninių konstrukcijų, krosnių, betoninių kelių džiūvimo procesui kontroliuoti, įvertinti konstrukcijos viduje veikiančius įtempius, matuoti apkrovos dydį ir faktą konstrukcijos išorėje viduje įmontuotu jutikliu. Jo pritaikymo sritis apima ir bendruosius technikos įrenginius, kuriuose jutiklis gali būti įjungiamas į mechatroninių sistemų struktūrą.The invention is intended to determine the acting compressive force, pressure or stresses of a loaded structural element in various structural elements when fixing, installing or casting it. The measured parameter of the sensor is nonlinearly proportional to the resistance and can be measured by various methods. This sensor is suitable for measuring the compressive stresses of the structure, for example, to control the drying process of building concrete and reinforced concrete structures, furnaces, concrete roads, to assess stresses inside the structure, to measure the magnitude and fact of the load on the outside. Its field of application also includes general technical devices in which the sensor can be incorporated into the structure of mechatronic systems.
Išradimo tikslas - sukurti naujos konstrukcijos fiziškai ir aplinkos poveikiui atsparų jėgos, slėgio ar įtampių jutiklį, tinkamą naudoti mašinose ir konstrukcijose su įtempiais, artimais medžiagos stiprumo ribai, tinkamą neardomosios kontrolės, monitoringo ir išorinių poveikių konstrukcijai stebėti.The object of the invention is to provide a physically and environmentally resistant force, pressure or stress sensor of a new design, suitable for use in machines and structures with stresses close to the strength limit of the material, suitable for non-destructive control, monitoring and monitoring of external influences.
Technikos lygisState of the art
Šiuo metu yra žinoma pakankamai daug jėgos ir slėgio jutikliu. Jie sukurti naudojant skirtingus fizinius fenomenus ir juo galima skirstyti į tiesioginius ir netiesioginius. Tarp tiesioginių jutikliu paplitę jėgai/slėgiui jautrios varžos (force sensitive resistors - FSR), pavyzdžiui EP 1739401. Force sensor, pjezoelektriniai jutikliai, pavyzdžiui US 4546658 A „Piezoelectric force/pressure sensor”. Netiesiogiai jėga matuojama naudojant jėgos ląsteles - struktūrinį elementą su žinoma deformacijos - jėgos charakteristika. Tokiai grupei priklauso tenzometriniai jutikliai ir jų analogijos, pavyzdžiui WO 2016149819 A1 „Temperature invariant force and torque sensor assemblies“, kuris labai išradingai panaudoja tokią sistemą. Šiuo metu plinta ir biologiniai jutikliai, pavyzdžiui, „Micro-cavity-based force sensor“ US 2017322193 (A1), kurie skirti mažoms jėgoms ir slėgiams matuoti.Sufficient force and pressure sensor is currently known. They are created using different physical phenomena and can be divided into direct and indirect. Force sensitive resistors (FSR) are common among direct sensors, such as EP 1739401. Force sensor, piezoelectric sensors, such as US 4546658 A Piezoelectric force / pressure sensor. Indirectly, force is measured using force cells, a structural element with a known deformation-force characteristic. Such a group includes strain gauge sensors and their analogies, such as WO 2016149819 A1 "Temperature invariant force and torque sensor assemblies", which uses such a system very ingeniously. Biological sensors such as the Micro-cavity-based force sensor US 2017322193 (A1) for measuring low forces and pressures are also currently being developed.
Žinomi ir plačiai aprašyti betoninių konstrukcijų kokybės kontrolės metodai, pagrįsti betono deformacijos matavimais, pvz. patentas CN 202928556 U, ar patentas CN 202870024 U. Šie metodai teoriškai apibendrinti ir plačiai aprašyti, pvz. Dong, B., Liu, Y., Qin, L, Wang, Y., Fang, Y., Xing, F., & Chen, X. (2015), „In situ stress monitoring of the concrete beam under static loading with cement-based piezoelectric sensors”, Nondestructive Testing and Evaluation, 30(4), 312-326.Known and widely described methods of quality control of concrete structures based on concrete deformation measurements, e.g. patent CN 202928556 U, or patent CN 202870024 U. These methods are theoretically generalized and extensively described, e.g. Dong, B., Liu, Y., Qin, L, Wang, Y., Fang, Y., Xing, F., & Chen, X. (2015), “In situ stress monitoring of the concrete beam under static loading with cement-based piezoelectric sensors ”, Nondestructive Testing and Evaluation, 30 (4), 312-326.
Minėtas metodas yra taikomas stebėti betono struktūrą, taikant dinamines ir statines jėgas. Šiam metodui realizuoti naudojami jutikliai, kurie yra mažų sąnaudų, didelio tikslumo ir ilgaamžiški, tačiau pagrindinis trūkumas - šių jutiklių negalima naudoti aukštesnėse kaip 400 °C temperatūrose. Pavyzdžiui, norint pagreitinti iš betono išlietos krosnies džiūvimą, ją reikia kaitinti iki 600 °C ir išlaikyti tam tikrą laiką.The above method is applied to monitor the concrete structure by applying dynamic and static forces. This method uses sensors that are low-cost, high-precision, and durable, but the main drawback is that these sensors cannot be used at temperatures above 400 ° C. For example, to speed up the drying of a concrete casting furnace, it must be heated to 600 ° C and maintained for some time.
Egzistuoja jutikliai, skirti įtempimams medžiagoje matuoti, tokioje kaip betonas, pavyzdžiui, US 5817944 A „Composite material strain/stress sensor“, kuriame elektrinis signalas formuojamas pagal įtrūkiu atsiradimą kompozitinėje medžiagoje. Gniuždymo jėgai matuoti dažniausiai naudojamos apkrovos ląstelės, tinkančios ir tempimo jėgoms matuoti. Įvairiuose jutikliuose ir įrenginiuose, paremtuose elektrinės varžos pokyčiu, naudojami įvairių medžiagų milteliai, dribsniai ar granulės. Pavyzdžiui, US 4205206 A „Carbon granule microphone with molded resin-conductive carbon electrode“, naudojamos anglies granulės tarp esančių elektrodų. Kontaktiniame jėgos jutiklyje, „Contact sensor“, US 6724195 B2, naudojami grafito milteliai sumaišyti su aukso ar sidabro milteliais, kurie pagerina elektrinį laidumą. Jėgos jutikliuose, „Force sensor“, US 5305644, naudojamos elektrai laidžios medžiagos susidedančios iš anglies miltelių, grafito miltelių, sidabro miltelių, sidabro dribsnių, tauriųjų metalų miltelių, tauriųjų metalų dribsnių, sidabru padengtų vario miltelių, sidabru dengto nikelio. Artimiausias mūsų siūlomam jutikliui yra pateikiami JAV patentuose pėdos slėgio matuoklis US 5408873 A „Foot force sensor“, kuris matuoja jėgą pagal kieto kūno ir skysčio sąveikos sukeliamo medžiagos varžos pokytį nuo jį veikiančio slėgio ir slėgio jutiklis US 20110198712 A1 „Pressure Sensor“, skirtas matuoti slėgio pasiskirstymą komponente vertikale kryptimi, kai paviršius veikiamas išorine jėga. Pastarajame slėgio jutiklyje yra naudojami elektrai laidūs kelių dešimtųjų mikrometrų skersmens sferiniai aliuminio oksido milteliai. Mūsų siūlomas jutiklis remiasi elektrinės varžos kitimo nuo slėgio efektu sudėtingos struktūros terpėje.There are sensors for measuring stresses in a material, such as concrete, such as US 5817944 A "Composite material strain / stress sensor", in which an electrical signal is formed according to the occurrence of a crack in the composite material. Load cells, which are also suitable for measuring tensile forces, are commonly used to measure compressive strength. Powder, flakes, or granules of various materials are used in various sensors and devices based on the change in electrical resistance. For example, US 4205206 A "Carbon granule microphone with molded resin-conductive carbon electrode" uses carbon granules between the electrodes present. The contact force sensor, Contact sensor, US 6724195 B2, uses graphite powder mixed with gold or silver powder to improve electrical conductivity. Force sensors, US 5305644, use electrically conductive materials consisting of carbon powder, graphite powder, silver powder, silver flakes, precious metal powder, precious metal flakes, silver plated copper powder, silver plated nickel. The closest to the sensor we offer are the U.S. Patent No. 5408873 A Foot Force Sensor, which measures force based on the change in material resistance caused by a solid-liquid interaction from the pressure acting on it, and a Pressure Sensor US 20110198712 A1 Pressure Sensor for Measuring the pressure distribution of the component in the vertical direction when the surface is subjected to an external force. The latter pressure sensor uses electrically conductive spherical alumina powder with a diameter of several tenths of a micrometer. The sensor we offer is based on the effect of changes in electrical resistance from pressure in a complex structure.
Išradimo esmė ir naujumasThe essence and novelty of the invention
Pateikiamas slėgio, jėgos ir įtempimų matavimo jutiklis remiasi nevienalytės medžiagos kontaktinio paviršiaus ploto pokyčiu spaudžiant j tarp dviejų elektrai laidžių plokščių ir tuo pačiu kintant elektrinei varžai tarp šių plokščių. Šis efektas pasireiškia naudojant aktyviąją medžiagą - neorganinės medžiagos miltelius. Elektrinės varžos priklausomybė nuo slėgimo jėgos jutiklyje yra netiesinė ir artima antro laipsnio kreivei. Kadangi naudojama labai didelio stiprumo bei standumo medžiaga, jutiklio poslinkis yra labai mažas, todėl jį galima naudoti jtempiams matuoti ištisinėje medžiagoje, nes bendrasis jutiklio standumas artimas plieno standumui. Toks jutiklis reikalingas daugelyje techninių įrenginių, dėl savo paties ir signalo registravimo įrenginio pigumo jis gali būti naudojamas kaip vienkartinis įliejamas jutiklis betone, gniuždymo jėgos matavimui automobilio pakaboje, slėgio registravimui hidraulinėje sistemoje ir daugelyje kitų taikymo sričių. Jutiklis, pritaikius kai kuriuos konstrukcinius pokyčius - privirinus prie korpuso elektrodus yra tinkamas dirbti aukštoje aplinkos temperatūroje, kuri gali siekti nuo 450 °C iki 850 °C. Jautrioji medžiaga tokią temperatūrą atlaiko.The pressure, force and stress measurement sensor provided is based on the change in the contact surface area of a heterogeneous material by pressing j between two electrically conductive plates and at the same time changing the electrical resistance between these plates. This effect is manifested by the use of the active substance - inorganic powder. The dependence of the electrical resistance on the pressure force in the sensor is nonlinear and close to the second order curve. Because a material of very high strength and stiffness is used, the displacement of the sensor is very small, so it can be used to measure stresses in a continuous material, as the overall stiffness of the sensor is close to that of steel. Such a sensor is required in many technical devices, due to its own and the cheapness of the signal recording device it can be used as a disposable sensor in concrete, for measuring the compressive force in the car suspension, for recording the pressure in the hydraulic system and in many other applications. The sensor is suitable for operation at high ambient temperatures, which can range from 450 ° C to 850 ° C, after some design changes - welding of the electrodes to the housing. The sensitive material withstands this temperature.
Statinė tokio jutiklio charakteristika, gauta išmatavus keletą jų ir apdorojus rezultatus pateikiame paveiksle Fig.1.The static characteristic of such a sensor, obtained by measuring several of them and processing the results, is shown in Figure 1.
Siūlomasis įrenginys skiriasi nuo iki šiol naudojamų įrenginių konstrukcija. Jutiklio jautriosios medžiagos pagrindas - separuotas geležies oksidas su neorganinio užpildo priedais, tokiais kaip grafitas ir silicio dioksidas. Priklausomai nuo darbo temperatūros ir apkrovos dinamiškumo, komponentų proporcijos gali kisti. Jutiklio korpusas pagamintas iš plieno (nerūdijančio plieno), todėl galvaninė sąveika tarp užpildo ir korpuso kontakto nevyksta. Korpuso dalys tarpusavyje elektriškai izoliuotos karščiui atspariu silikonu. Elektrodai yra paties korpuso vidinės dalys, prie kurių elektrodai prilituojami arba privirinami.The proposed device differs from the design of the devices used so far. The basis of the sensor's sensitive material is separated iron oxide with inorganic filler additives such as graphite and silica. Depending on the operating temperature and the dynamics of the load, the proportions of the components may vary. The sensor housing is made of steel (stainless steel), so there is no galvanic interaction between the filler and the housing contact. The housing parts are electrically insulated with heat-resistant silicone. The electrodes are the internal parts of the housing itself to which the electrodes are soldered or welded.
Jutiklio konstrukcija, kai deformuojamos plonasienės jutiklio šoninės sienelės, gali užtikrinti tokią deformacijos priklausomybę nuo slėgio arba gniuždymo jėgos, kad varža taps beveik tiesiškai proporcinga jėgai. Tokia jutiklio charakteristika vadinama kvazitiesine.The design of the sensor, when the sidewalls of the thin-walled sensor are deformed, can ensure such a deformation dependence of the pressure or compressive force that the resistance becomes almost linearly proportional to the force. This sensor characteristic is called quasi-linear.
Matuojama jutiklio elektrinė varža yra dešimčių - šimtų kiloomų eilės, todėl jutiklio jungiamieji laidai nykstamai mažu dydžiu įtakoja elektrinės varžos dydį. Dinaminės tokio jutiklio charakteristikos, kurios leidžia jį naudoti sistemose, kurių virpesių dažnis siektų keletą kilohercų, smūgio laisvu kroviniu atveju, pateikiamos paveiksle Fig. 2.The measured electrical resistance of the sensor is in the order of tens to hundreds of kilobytes, therefore the connecting wires of the sensor affect the size of the electrical resistance with an vanishingly small amount. The dynamic characteristics of such a sensor, which allow it to be used in systems with an oscillation frequency of several kilohertz, in the case of impact with a free load, are shown in FIG. 2.
Elektrinis signalas - išmatuotas įtampos kritimas ant jutiklio jautriosios medžiagos varžos matuojamas ir analoginiu-skaitmeniniu keitikliu paverčiamas skaitmeniniu bei perduodamas į vartotojo sąsają arba tolimesniam duomenų kaupimui.Electrical signal - the measured voltage drop across the sensor's sensitive material is measured and converted to digital by an analog-to-digital converter and transmitted to the user interface or for further data acquisition.
Brėžinių aprašymasDescription of drawings
Betoninių konstrukcijų, krosnių, betoninių kelių džiūvimo statinės ir dinaminės charakteristikos iliustruojamos 1 ir 2 figūromis, o procesą kontroliuoti naudojama įranga iliustruojama 3, 4, 5 ir 6 figūromis.The static and dynamic characteristics of drying of concrete structures, kilns, concrete roads are illustrated in Figures 1 and 2, and the equipment used to control the process is illustrated in Figures 3, 4, 5 and 6.
Fig. 1 parodyta siūlomo naujo jutiklio statinė charakteristika gauta išmatavus vienuolikos sukurtų naujų jutiklių varžas juos veikiant įvairioms apkrovoms.FIG. Figure 1 shows the static characteristics of the proposed new sensor obtained by measuring the resistances of eleven newly developed sensors under various loads.
Fig. 2 parodyta siūlomo naujo jutiklio dinaminė charakteristika gauta išmatavus vienuolikos sukurtų naujų jutiklių pagreičius juos veikiant įvairiems virpėjimo dažniams.FIG. Figure 2 shows the dynamic characteristics of the proposed new sensor obtained by measuring the accelerations of eleven newly developed sensors at different vibration frequencies.
Fig. 3 parodytas siūlomas naujas jutiklis, kuris turi du vienas kito atžvilgiu judamus vertikalia kryptimi elektrai laidžius elementus, kurie yra geometriškai sujungti vienas su kitu ir veikiant jėgai leidžia judėti tik ašine kryptimi - artėti elektrodams vienas prie kito; elektrodų lygiagretumas užtikrinamas geometrine jungtimi.FIG. Fig. 3 shows a proposed new sensor which has two electrically conductive elements which move vertically relative to one another, which are geometrically connected to each other and which, acting under force, allow movement only in the axial direction - the electrodes approach each other; the parallelism of the electrodes is ensured by a geometric connection.
Fig. 4 parodytas siūlomas naujas jutiklis, kuris skiriasi nuo Fig. 3 tuo, kad į cilindrinį nejudamą elektrai nelaidų korpusą yra sumontuojamas vertikalia kryptimi judamas cilindrinis elektrai nelaidus elementas, kuris leidžia veikti esant didesnei jutiklio eigai. Korpuso dugne ir ant judamo elemento galo yra sumontuoti elektrai laidūs elementai.FIG. 4 shows a proposed new sensor which differs from FIG. 3 in that a vertically movable cylindrical electrically non-conductive element is mounted in the cylindrical fixed electrically non-conductive housing, which allows operation at higher sensor strokes. Electrically conductive elements are mounted on the bottom of the housing and on the end of the movable element.
Fig. 5 parodytas siūlomas naujas jutiklis, kuris skiriasi nuo Fig. 3 ir 4 tuo, kad dvi elektrai laidžios sferinio paviršiaus formos plokštelės periferijoje tarpusavyje sujungtos nejudamai, tačiau plokštelės gali judėti vertikalia kryptimi centrine dalimi.FIG. 5 shows a proposed new sensor which differs from FIG. 3 and 4 in that the two electrically conductive spherical surface-shaped plates are fixedly connected to each other at the periphery, but the plates can move in a vertical direction by a central part.
Fig. 6 parodytas jutiklio elektrinio signalo surinkimo ir apdorojimo įrenginys, kuris skirtas jutiklio signalui apdoroti ir toliau naudoti, saugoti arba perduoti.FIG. 6 shows an apparatus for collecting and processing an electrical signal of a sensor for processing and further using, storing or transmitting a sensor signal.
Figūrose 3 ir 5 parodytos dalys: 1 - betonas (jtempius matuojant įlietame būvyje), 2 - pirmas judantis plieninis elementas, 3 - antras judantis plieninis elementas, 4 - slėgiui jautrūs milteliai, 5 - elektrai nelaidus žiedas, 6 ir 7 - elektrodai.Figures 3 and 5 show the parts: 1 - concrete (when measuring stresses in the poured state), 2 - the first moving steel element, 3 - the second moving steel element, 4 - the pressure sensitive powder, 5 - the electrically impermeable ring, 6 and 7 - the electrodes.
Figūroje 4 parodytos dalys skiriasi nuo Fig. 5 parodytų dalių: 5 ir 8 - plieninės plokštelės.The parts shown in Fig. 4 differ from Figs. 5 parts shown: 5 and 8 - steel plates.
Figūroje 6 parodytos dalys: 9 - judančiosios korpuso dalys, kurias veikia slėgis ar suspaudimo jėga, 10 -jutiklio aktyvioji medžiaga, 11 -jutiklio korpusas, įlietas į ištisinę terpę arba įtaisytas korpuse, 12 - elektrodai su jungimo prievadais (naudojamos įvairaus ilgio jungtys), 13 - stiprintuvas ir signalo ribotuvas, 14 analoginio-skaitmeninio signalo keitiklis, 15 - registruojantis kompiuteris, 16 kontroleris.The parts shown in Figure 6 are: 9 - moving parts of the housing under pressure or compressive force, 10 - sensor active material, 11 - sensor housing embedded in a continuous medium or mounted in the housing, 12 - electrodes with connection ports (connections of different lengths are used), 13 - amplifier and signal limiter, 14 analog-to-digital signal converter, 15 - recording computer, 16 controller.
Išradimo realizavimo aprašymasDescription of the implementation of the invention
Bendroji dalisGeneral part
Siūlomas gniuždymo jėgos, slėgio arba įtempiu jutiklis, kuris yra tinkamas struktūriniams pastato betoninių ir gelžbetoninių konstrukcijų įtempiame ir terminiams krosnių, betoninių kelių džiūvimo sukeltiems įtempiame matuoti. Dėl eavo fizinėe prigimties keičiantis varžą nuo jį veikiančios gniuždymo jėgos, elektrodais perduodamas jutiklio signalas gali būti matuojamas įvairiais prietaisais - multimetru, varžos matuokliu ar per duomenų surinkimo sistemą į kompiuterį skaitmeniniu signalu tolimesniam duomenų apdorojimui, vertinimui ir saugojimui. Kompiuteryje iš jutiklių gauti duomenys yra apdorojami ir gaunamos tiriamos struktūrinės betoninės konstrukcijos charakteristikos arba sistemą veikiančios jėgos.A compressive force, pressure or stress sensor is offered, which is suitable for measuring the structural stresses in the concrete and reinforced concrete structures of a building and the thermal stresses caused by the drying of kilns and concrete roads. Due to the physical nature of eavo, changing the resistance from the compressive force acting on it, the sensor signal transmitted by the electrodes can be measured by various devices - multimeter, resistance meter or digital signal via a data acquisition system to a computer for further data processing, evaluation and storage. The data obtained from the sensors in the computer are processed and the investigated structural characteristics of the concrete structure or the forces acting on the system are obtained.
Būdo ir jam realizuoti skirtos įrangos veikimo aprašymasDescription of the operation of the method and the equipment intended for its implementation
Galimo siūlomos diagnostikos realizacijos būdo schemos parodytos Fig. 3, 4, 5 ir 6.Schemes of a possible proposed embodiment of the diagnostics are shown in FIG. 3, 4, 5 and 6.
Pagal Fig. 3 ir 5 sukurtas jutiklis yra sumontuojamas į skystą betoną arba įrengiamas konstrukcijoje taip, kad neliktų tarpų tarp korpuso ir matuojamo paviršiaus. Jutiklis sudarytas iš pirmojo ir antrojo elektrai laidžių judamų elementų 2 ir 3. Tarp dviejų judamų elementų 2 ir 3 yra įdėti supresuoti slėgiui jautrūs milteliai 4. Prie judamų elementų 2 ir 3 yra prijungti 6 ir 7 elektrodai (išvadai), prie kurių galų jungiamas multimetras (jis nepažymėtas figūroje). Betonui 1 greitai džiūvant, jis pakankamai greitai traukiasi ir spaudžia judamų elementų 2 ir 3 išorinius paviršius. Judėdami elementai 2 ir 3 vienas link kito vertikalia kryptimi, vidiniais judamų elementų paviršiais spaudžia slėgiui jautrius miltelius 4. Spaudžiant slėgiui jautrius miltelius 4, jų sluoksnio elektrinė varža sumažėja. Elektrinės varžos sumažėjimas stebimas matavimo prietaisu - multimetru ar kompiuteriu (šie elementai nepažymėti figūrose). Kad nebūtų trumpojo jungimo jutiklyje tarp dviejų judamų elektrai laidžių elementų 2 ir 3 yra montuojamas elektrai nelaidus žiedas 5. Tokiu būdu stebėdami spaudžiamo slėgiui jautrių miltelių 4 varžos kitimą, galima stebėti betono džiūvimo greitį ar konstrukciją veikiančias jėgas.According to FIG. The sensor developed in 3 and 5 is mounted in liquid concrete or installed in the structure in such a way that there are no gaps between the housing and the surface to be measured. The sensor consists of first and second electrically conductive moving elements 2 and 3. Compressed pressure-sensitive powder 4 is placed between the two moving elements 2 and 3. Electrodes 6 and 7 (terminals) are connected to the moving elements 2 and 3, to which a multimeter is connected. (it is not marked in the figure). As the concrete 1 dries quickly, it shrinks sufficiently quickly and presses the outer surfaces of the moving elements 2 and 3. As the elements 2 and 3 move towards each other in the vertical direction, the inner surfaces of the moving elements press the pressure-sensitive powder 4. By pressing the pressure-sensitive powder 4, the electrical resistance of their layer decreases. The decrease in electrical resistance is monitored by a measuring device - a multimeter or a computer (these elements are not marked in the figures). In order to prevent a short circuit in the sensor, an electrically non-conductive ring 5 is mounted between the two movable electrically conductive elements 2 and 3. In this way, the drying speed or the forces acting on the concrete can be monitored by monitoring the resistance of the pressure-sensitive powder 4.
Pagal Fig. 4 parodytą diagnostikos schemą naujai sukurtas jutiklis taip pat yra sumontuojamas į skystą betoną 1. Jutiklis sudarytas iš elektrai nelaidaus judamo korpuso 2 ir antrojo elektrai nelaidžių judamo elemento 3, kurie yra sudėti vienas į kitą ir gali judėti vienas kito atžvilgiu. Prie judamo korpuso 2 vidinės plokštumos ir judamo elektrai nelaidaus elemento 3 vidinės plokštumos yra priklijuotos elektrai laidžios plieninės plokštelės 5 ir 8, o prie jų privirinti elektrodai (išvadai) 6 ir 7. Tarp judamo korpuso 2 ir judamo elemento 3 yra įdėti supresuoti slėgiui jautrūs milteliai 4. Betonui 1 greitai džiūvant, jis pakankamai greitai traukiasi ir spaudžia judamą korpusą 2 ir judamą elementą 3 išorinius paviršius. Jutiklio judamas korpusas 2 ir judamas elementas 3 slenka vienas kito atžvilgiu jutiklio išilgine kryptimi, o vidiniai judamo korpuso 2 ir judamo elemento 3 su priklijuotomis elektrai laidžiomis plieninėmis plokštelėmis 5 ir 8 spaudžia slėgiui jautrius miltelius 4. Spaudžiant juos, aktyviojo sluoksnio elektrinė varža sumažėja. Elektrinės varžos sumažėjimas stebimas matavimo prietaisu multimetru ar duomenų kaupimo įranga ir kompiuteriu (šie elementai nepažymėti figūrose), kurie yra prijungti prie elektrodų (išvadų) 6 ir 7. Tokiu būdu stebėdami spaudžiamo slėgiui jautrių miltelių 4 varžos kitimą, galima stebėti betono džiūvimo greitį.According to FIG. 4, the newly developed sensor is also mounted in liquid concrete 1. The sensor consists of an electrically non-conductive movable body 2 and a second electrically non-conductive movable element 3, which are stacked and can move relative to each other. Electrically conductive steel plates 5 and 8 are glued to the inner plane of the movable body 2 and the inner planes of the movable non-conductive element 3, and electrodes (terminals) 6 and 7 are welded thereto. Compressed pressure-sensitive powder is placed between the movable body 2 and the movable element 3. 4. As the concrete 1 dries quickly, it shrinks sufficiently quickly and presses the outer surfaces of the movable body 2 and the movable element 3. The movable housing 2 of the sensor and the movable element 3 slide relative to each other in the longitudinal direction of the sensor, and the inner pressures of the movable housing 2 and the movable element 3 with the electrically conductive steel plates 5 and 8 press the pressure-sensitive powder 4. The electrical resistance of the active layer decreases. The decrease in electrical resistance is monitored by a measuring device multimeter or data acquisition equipment and a computer (these elements are not marked in the figures) which are connected to electrodes (terminals) 6 and 7. Thus, the drying speed of concrete can be monitored by monitoring the resistance of pressure sensitive powder 4.
Pagal Fig. 6 parodytą schemą jutiklio korpuso judančiosios dalys 9 yra spaudžiamos slėgio ar gniuždymo jėgos, kurios keičia slėgiui jautrių miltelių sluoksnio 10 elektrinę varžą.According to FIG. 6, the moving parts 9 of the sensor housing are pressurized by compressive or compressive forces which change the electrical resistance of the pressure-sensitive powder layer 10.
Visas jutiklio korpusas 11 yra elektriškai izoliuotas nuo išorės aplinkos, elektrodai 12 su jungtimis prijungiami prie duomenų signalo stiprintuvo-ribotuvo 13, kuris signalo reikšmę paverčia tinkama perduoti į analoginio - skaitmeninio signalo keitiklį 14, po kurio skaitmeninis signalas perduodamas kompiuteriui 15 arba kontroleriui (PLC) 16 tolimesniam duomenų kaupimui, apdorojimui ar jų perdavimui.The entire sensor housing 11 is electrically isolated from the external environment, the electrodes 12 with connectors are connected to a data signal amplifier-limiter 13, which makes the signal value suitable for transmission to an analog-to-digital signal converter 14, after which the digital signal is transmitted to a computer 15 or controller (PLC). 16 for further collection, processing or transmission of data.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LT2019047A LT6804B (en) | 2019-07-17 | 2019-07-17 | Universal pressure, compressive force and stress sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LT2019047A LT6804B (en) | 2019-07-17 | 2019-07-17 | Universal pressure, compressive force and stress sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| LT2019047A LT2019047A (en) | 2021-01-25 |
| LT6804B true LT6804B (en) | 2021-03-10 |
Family
ID=74186335
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| LT2019047A LT6804B (en) | 2019-07-17 | 2019-07-17 | Universal pressure, compressive force and stress sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| LT (1) | LT6804B (en) |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4205206A (en) | 1975-10-31 | 1980-05-27 | Iwatsu Electric Co. Ltd. | Carbon granule microphone with molded resin-conductive carbon electrode |
| US4546658A (en) | 1984-02-24 | 1985-10-15 | General Electric Company | Piezoelectric force/pressure sensor |
| US5305644A (en) | 1989-03-14 | 1994-04-26 | Ercon, Inc. | Force sensor |
| US5408873A (en) | 1994-07-25 | 1995-04-25 | Cleveland Medical Devices, Inc. | Foot force sensor |
| US5817944A (en) | 1996-03-19 | 1998-10-06 | The Research Foundation Of State University Of New York | Composite material strain/stress sensor |
| US6724195B2 (en) | 2002-03-29 | 2004-04-20 | Jerome R. Lurtz | Contact sensor |
| EP1739401B1 (en) | 2005-06-28 | 2011-06-15 | Honda Motor Co., Ltd. | Force sensor |
| US20110198712A1 (en) | 2008-09-29 | 2011-08-18 | Nissha Printing Co., Ltd. | Pressure Sensor |
| CN202870024U (en) | 2012-10-19 | 2013-04-10 | 沈阳建筑大学 | Intelligent piezoelectric aggregate sensor for concrete structure |
| CN202928556U (en) | 2012-11-26 | 2013-05-08 | 安徽金培因科技有限公司 | Novel concrete strain gauge |
| WO2016149819A1 (en) | 2015-03-23 | 2016-09-29 | Janabi-Sharifi Farrokh | Temperature invariant force and torque sensor assemblies |
| US20170322193A1 (en) | 2014-11-28 | 2017-11-09 | University Court Of The University Of St Andrews | Micro-cavity-based force sensor |
-
2019
- 2019-07-17 LT LT2019047A patent/LT6804B/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4205206A (en) | 1975-10-31 | 1980-05-27 | Iwatsu Electric Co. Ltd. | Carbon granule microphone with molded resin-conductive carbon electrode |
| US4546658A (en) | 1984-02-24 | 1985-10-15 | General Electric Company | Piezoelectric force/pressure sensor |
| US5305644A (en) | 1989-03-14 | 1994-04-26 | Ercon, Inc. | Force sensor |
| US5408873A (en) | 1994-07-25 | 1995-04-25 | Cleveland Medical Devices, Inc. | Foot force sensor |
| US5817944A (en) | 1996-03-19 | 1998-10-06 | The Research Foundation Of State University Of New York | Composite material strain/stress sensor |
| US6724195B2 (en) | 2002-03-29 | 2004-04-20 | Jerome R. Lurtz | Contact sensor |
| EP1739401B1 (en) | 2005-06-28 | 2011-06-15 | Honda Motor Co., Ltd. | Force sensor |
| US20110198712A1 (en) | 2008-09-29 | 2011-08-18 | Nissha Printing Co., Ltd. | Pressure Sensor |
| CN202870024U (en) | 2012-10-19 | 2013-04-10 | 沈阳建筑大学 | Intelligent piezoelectric aggregate sensor for concrete structure |
| CN202928556U (en) | 2012-11-26 | 2013-05-08 | 安徽金培因科技有限公司 | Novel concrete strain gauge |
| US20170322193A1 (en) | 2014-11-28 | 2017-11-09 | University Court Of The University Of St Andrews | Micro-cavity-based force sensor |
| WO2016149819A1 (en) | 2015-03-23 | 2016-09-29 | Janabi-Sharifi Farrokh | Temperature invariant force and torque sensor assemblies |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| B. DONG AND OTHER: "In situ stress monitoring of the concrete beam under static loading with cement-based piezoelectric sensors", NONDESTRUCTIVE TESTING AND EVALUATION |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| LT2019047A (en) | 2021-01-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9417142B2 (en) | Axial force sensor | |
| KR20180050752A (en) | Pipe fittings including sensors | |
| US9939340B2 (en) | Pressure and temperature determining device and pressure and temperature sensor comprising such a device | |
| CN101140191A (en) | Load detection device | |
| WO2007146724A1 (en) | Method and apparatus for shear strain testing of strain sensors | |
| RU2472120C2 (en) | Method of measuring tube inner surface temperature and device to this end | |
| CN104685314B (en) | Strain transmitter | |
| WO2009121331A2 (en) | Pressure-measuring glow plug | |
| US4312241A (en) | Load cell | |
| KR101179169B1 (en) | Temperature compensated load cell comprising strain gauges | |
| KR20170087909A (en) | Mechanical component having a force sensor | |
| LT6804B (en) | Universal pressure, compressive force and stress sensor | |
| US4916426A (en) | Pressure sensor | |
| Maskay et al. | High temperature static strain microwave acoustic sensor | |
| US3602041A (en) | Engine wear life measurement | |
| EP0814328A2 (en) | A device for measuring compressive forces | |
| US3313151A (en) | Load cell | |
| US4148219A (en) | Strain gage load cell | |
| CN104395717A (en) | Overvoltage arrester for high voltages | |
| JP5061387B2 (en) | Electrode probe and capacitance load cell using the same | |
| RU2527129C1 (en) | Meter of axial forces in tendons | |
| JP5164736B2 (en) | Load cell | |
| RU2149352C1 (en) | Device measuring deformation of structures from composite materials under elevated temperatures | |
| JPS6199802A (en) | Appearance strain measuring device based on temperature of high temperature strain gauge | |
| RU2110766C1 (en) | Meter measuring deformations at increased temperatures |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BB1A | Patent application published |
Effective date: 20210125 |
|
| MM9A | Lapsed patents |
Effective date: 20230717 |