Тензометричний пристрій професора грабара для виміру механічних деформацій

1. Тензометричний пристрій для виміру механічних деформацій, що складається з двох скріплених зв'язуючи х шарів електроізоляційної підкладки, між якими розміщений чутливий елемент, що за допомогою виводів підключається до з'єднувальних дротів вимірювальної схеми, який відрізня 39401 з достатньо складною технологією виготовлення ґраток - чутливого елементу прототипу, що призводить до значного зменшення собівартості вимірів. Еластична підкладка може бути виготовлена з гуми. При проведенні випробувань використовувалась суміш ТРГ-гума. Частка ТРГ складала 60%. Шар ТРГ розчинявся в рідині, що містила сиру гуму. наклеювався на гумову підкладку товщиною 1,5 мм та висушувався. Товщина робочого шару суміші складала 150 мкм. В суміш були введені мідні контакти для підключення до з'єднувальних дротів вимірювальної схеми. На суміш зверху знов наклеювали гумову підкладку. Пристрій вулканізували. Загальна товщина пристрою (чутливого елементу в гумовій оболонці) складала 3,15 мм. Суть винаходу пояснюється кресленням, де зображено схему запропонованого пристрою. Пристрій складається з двох шарів еластичної електроізоляційної підкладки 1. що скріплені зв'язуючим 2, між якими розміщений чутливий елемент 3, від якого відходять виводи 4 для підключення до з'єднувальних дротів вимірювальної схеми. Чутливий елемент 3 виготовлений з двокомпонентної перколяційно-фрактальної суміші квазіневзаємодіючих мікрочастинок типу "провідникдіелектрик" з концентрацією провідникової компоненти Р, що перевищує критичну величину Р*. Критична концентрація Р* - порогове значення концентрації провідникової компоненти, при якій з'являється перший з'єднуючий кластер перколяції. У даному випадку плоскої перколяції Р*=0,59[2]. Пристрій працює таким чином. Відомо [2], що для недеформованого стану підкладки є вірним рівняння: y Re é 1 - P ù = при e = 0 , R0 ê P - P * ú ë û ки. Підібравши в (3) відповідні параметри Р, Р*, m, g, а також діапазон деформацій e, можна сконструювати пристрій якої завгодно чутливості. При (РР*) ® 0 чутли вість можна зробити нескінченно великою. Па відміну від прототипу, для якого є вірним рівняння (1). у пристрої, що пропонується, відношення Re/R0 має гіперболічну залежність від різниці (P-Р*). Рівняння (3) має точку екстремуму. Очевидно, що ¶R e = 0, звідки: ¶e 1-m e* = . 2m (4) Умова існування з'єднуючого кластера при деформації підкладки: P ³ P*, (1 + e)(1 - me ) (5) що після підстановки (4) в (5) дає: Pmin (1 + m )2 ³ . P* 4m (6) Дане співвідношення дозволяє знайти мінімальну концентрацію електропровідної компоненти, при якій з'єднуючий кластер існує при будь-якій деформації підкладки. Для двовимірної моделі на гумовій підкладці (Р*=0,59; m=0,5) маємо: Pmin ³ 0,59 (1 + 0,5)2 = 0,664 4 × 0,5 Таким чином, при деформації підкладки тензометричного пристрою професора Грабара для виміру механічних деформацій зміна критичної концентрації провідникової компоненти у межах Р* Î[0,59...1] дає надчутливі властивості чутливому елементу-пристрою, виготовленому з перколяційно-фрактальної суміші, щодо зміни опору: R Î[¥...R 0]. Це відкриває великі перспективи для пристрою, що пропонується, з базою від 5 мм до 3м, відповідно з вимірами деформації від 1 мм до 2 м, з похибкою, не гірше 0,1%. Приклад. При деформації 10% і P=0,618, Р*=0,59, g=0,5, m=0,5 для тензометричного пристрою професора Грабара для виміру механічних деформацій маємо: (2) де: Re, R0 - електричний опір перетворювача відповідно у деформованому та недеформованому стані підкладки; g - критичний індекс перколяційної системи (для плоскої перколяції g » 0,5); e - де формація підкладки. Як буде вести себе перколяційно-фрактальна суміш, коли підкладку деформувати? Очевидно, при деформації змінюється площа підкладки, що призводить до зміни (переформування) ефективного значення концентрації провідникової компоненти (збільшення площі при деформації підкладки при Р = const призведе до зменшення провідникової та збільшення діелектричної концентрації та навпаки). Тоді при деформації підкладки в наближенні квазіневзаємодіючих мікрочастинок залежність опору від концентрації провідникової компоненти та величини деформації буде мати вигляд: Re = R0 1 - 0,59 = 17 ,2. 0,618 - 0,59 (1 + 0,1)(1 - 0,5 × 0, ) 1 При деформації 10% для фольгового тензодатчика опору маємо: Re / R 0 = 1 + 2 × 0,1 = 1,2 тобто при деформації всього на 10% у тензометричному пристрою професора Грабара для виміру механічних деформацій опір збільшиться майже в 17,2 рази, тоді як у прототипа - в 1,2 рази. Література: 1. Писаренко Г.С., Стрижало В.А. Экспериментальные методы в механике деформируемого твердого тела. - К.: На ук. думка. 1986. -264 с. 2. Гулд X., Тобочник Я. Компьютерное моделирование в физике. -М.: Мир. -1990. -Т.2. -400 с. g é ù ú Re ê 1-P * =ê ú , P R0 ê - P *ú ê (1 + e )(1 - me ) ú ë û де: m - коефіцієнт Пуассона матеріалу підклад (3) 2 39401 Фіг. __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3