RU2040777C1

RU2040777C1 - Gear for measurement of deformations

Info

Publication number: RU2040777C1
Authority: RU
Inventors: А.С. Варюхин; В.Н. Баканов; И.В. Сараев
Original assignee: Варюхин Александр Сергеевич; Сараев Игорь Васильевич
Priority date: 1991-11-06
Filing date: 1991-11-06
Publication date: 1995-07-25

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: gear for measurement of deformations includes supporting element intended for attachment to tested object and simultaneously realizing functions of electrodes of capacitive clearance gauge. Supporting element is produced in the form of pair of L-shaped conductive elements which protrusions are arranged in parallel to each other and have dielectric coat over mutually facing surfaces. EFFECT: enhanced precision of measurements. 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании систем измерения деформаций и перемещений образцов и конструкций с малой жесткостью, выполненных из нетокопроводящих материалов. The invention relates to measuring technique and can be used to create systems for measuring deformations and displacements of samples and structures with low rigidity, made of non-conductive materials.

Известно устройство для измерения деформаций, содержащее емкостной датчик зазора, имеющий неподвижный электрод, изолированный от основного электрода и размещенный в одной плоскости с ним [1]
Недостатком этого устройства является зависимость емкости измерительного конденсатора от усилия сжатия пакета пластин. Поскольку электроды емкостного датчика образуют конденсатор с переменной площадью, чувствительность его недостаточна для измерения деформаций контролируемого объекта.A device for measuring deformation containing a capacitive gap sensor having a fixed electrode isolated from the main electrode and placed in the same plane with it [1]
The disadvantage of this device is the dependence of the capacitance of the measuring capacitor on the compression force of the plate package. Since the electrodes of the capacitive sensor form a capacitor with a variable area, its sensitivity is insufficient to measure the deformations of the controlled object.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения деформаций, содержащее опорный элемент, предназначенный для крепления к контролируемому объекту, и закрепленные на нем электроды емкостного датчика зазора [2] Опорный элемент выполнен в виде U-образной ленты, на которой достаточно сложно крепить пластины электродов датчика. Closest to the proposed device is a strain gauge containing a support element designed to be attached to a controlled object and electrodes of a capacitive gap sensor mounted on it [2] The support element is made in the form of a U-shaped tape on which it is quite difficult to mount the plate of the sensor electrodes .

Кроме того, из-за U-образной формы ленты пластины электродов при растяжении объекта контроля не остаются параллельными одна другой, что служит причиной нелинейности характеристик датчика и снижает точность измерений. In addition, due to the U-shape of the tape, the plates of the electrodes do not remain parallel to each other when the test object is stretched, which causes the non-linearity of the sensor characteristics and reduces the measurement accuracy.

Из-за того что электроды датчика не изолированы, затруднено его изготовление с оптимальным зазором между электродами. Этот зазор обычно составляет 100-500 мкм. При таком зазоре возможно замыкание неизолированных пластин и отказ в работе устройства. Увеличение зазора между пластинами ведет к уменьшению начальной емкости датчика и в итоге снижает точность измерений. Due to the fact that the electrodes of the sensor are not insulated, it is difficult to manufacture it with an optimal gap between the electrodes. This gap is usually 100-500 microns. With this gap, it is possible to close uninsulated plates and cause the device to fail. An increase in the gap between the plates leads to a decrease in the initial capacitance of the sensor and ultimately reduces the accuracy of the measurements.

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение точности устройства. The aim of the invention is to simplify the design and improve the accuracy of the device.

Для этого в устройстве для измерения деформаций, содержащем опорный элемент, предназначенный для крепления к контролируемому объекту, и закрепленные на нем электроды емкостного датчика зазора, опорный элемент выполнен в виде пары Г-oбразных токопроводящих пластин, выступы которых расположены параллельно один другому, имеют диэлектрическое покрытие на обращенных одна к другой поверхностях и выполняют функции электродов емкостного датчика. To this end, in a device for measuring deformations containing a support element designed for attachment to a controlled object and electrodes of a capacitive gap sensor mounted on it, the support element is made in the form of a pair of L-shaped conductive plates, the protrusions of which are parallel to one another, have a dielectric coating on facing one another surfaces and perform the functions of electrodes of a capacitive sensor.

На фиг. 1 и 2 приведены примеры конкретного выполнения устройства для измерения деформаций. In FIG. 1 and 2 are examples of specific embodiments of a device for measuring strain.

Устройство содержит пару латунных пластин 1 Г-образной формы, внутренние поверхности которых покрыты диэлектриком 2 и которые выполняют одновременно функции электродов емкостного датчика зазора и функции опорного элемента этого датчика. The device contains a pair of brass plates 1 L-shaped, the inner surfaces of which are coated with a dielectric 2 and which simultaneously perform the functions of electrodes of a capacitive gap sensor and the support element of this sensor.

Пластины 1 приклеены к объекту 3 измерения. Образованный пластинами 1 конденсатор подключен к измерительной схеме с помощью проводников 4. The plates 1 are glued to the measurement object 3. The capacitor formed by the plates 1 is connected to the measuring circuit using conductors 4.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При деформации объекта 3 изменяется зазор δ между пластинами 1 на величину
Δa= a˙ε, где a начальная величина расстояния между местами крепления пластин (база измерений);
ε- относительная деформация растяжения.When the object 3 is deformed, the gap δ between the plates 1 changes by an amount
Δa = a˙ε, where a is the initial distance between the plate attachment points (measurement base);
ε is the relative tensile strain.

Пропорционально изменению зазора изменяется емкостное сопротивление конденсатора, что и регистрируется измерительной схемой. In proportion to the change in the gap, the capacitance of the capacitor changes, which is recorded by the measuring circuit.

В другом примере выполнения устройства для измерения деформаций Г-образные изолированные пластины выполнены таким образом, что база измерений может быть значительно увеличена. Это повышает чувствительность устройства. Для удобства монтажа пластины могут быть скреплены гибкой диэлектрической перемычкой 5. In another example embodiment of a device for measuring deformations, L-shaped insulated plates are made in such a way that the measurement base can be significantly increased. This increases the sensitivity of the device. For ease of installation, the plates can be fastened with a flexible dielectric jumper 5.

При изменении деформаций растяжения плоских образцов компенсация их изгиба может быть обеспечена путем использования двух одинаковых устройств, размещенных на противоположных сторонах образца. When the tensile strains of flat samples change, compensation of their bending can be ensured by using two identical devices placed on opposite sides of the sample.

Техническим преимуществом предлагаемого устройства является простота конструкции, так как отсутствуют элементы, передающие перемещение объекта к пластинам конденсатора, вследствие чего повышается надежность устройства в целом. The technical advantage of the proposed device is the simplicity of design, since there are no elements that transmit the movement of the object to the plates of the capacitor, thereby increasing the reliability of the device as a whole.

Кроме того, устройство свободно от гистерезиса, поскольку пластины емкостного датчика механически не связаны одна с другой и не передают нагрузок (кроме веса пластины) на измеряемый объект, т. е. не препятствуют деформациям объекта. Это существенно повышает точность измерений, особенно при исследовании объектов с малой жесткостью, например полимеров, при повышенных температурах. In addition, the device is free from hysteresis, since the plates of the capacitive sensor are not mechanically connected to each other and do not transfer loads (except the weight of the plate) to the measured object, i.e., they do not interfere with the deformation of the object. This significantly increases the accuracy of measurements, especially when examining objects with low stiffness, such as polymers, at elevated temperatures.

Поскольку пластины емкостного датчика предлагаемого устройства изолированы, начальный зазор между ними может быть минимальным, что увеличивает начальную электрическую емкость датчика. Наличие между пластинами твердого диэлектрика также увеличивает эту емкость. Поэтому при тех же, что и у прототипа, размерах пластин электрическая емкость данного устройства больше, его выходное сопротивление меньше, а точность измерения деформаций выше. Так как пластины измерительного конденсатора в предлагаемом устройстве перемещаются параллельно одна другой, удается получить линейную характеристику преобразования деформаций, что также повышает точность измерений. Since the plates of the capacitive sensor of the proposed device are insulated, the initial gap between them can be minimized, which increases the initial electric capacitance of the sensor. The presence of a solid dielectric between the plates also increases this capacity. Therefore, with the same as the prototype, the dimensions of the plates, the electrical capacitance of this device is greater, its output resistance is less, and the accuracy of strain measurements is higher. Since the plates of the measuring capacitor in the proposed device move parallel to each other, it is possible to obtain a linear characteristic of the transformation of deformations, which also increases the accuracy of the measurements.

Claims

DEVICE FOR MEASURING DEFORMATION, comprising a support element intended for attachment to a controlled object and electrodes of a capacitive gap sensor fixed to it, characterized in that the support element is made in the form of a pair of L-shaped conductive plates, the protrusions of which are parallel to one another, have a dielectric coating on facing one another surfaces and perform the functions of electrodes of a capacitive sensor.