Пристрій для визначення ступеня анізотропії матеріалу

Пристрій для визначення ступеня анізотропії матеріалу, що має корпус, три голки для встановлення на зразок, натисні пружини, гнучкі елементи з тензорезисторами, гайки для встановлення на зразок, який відрізняється тим, що пристрій обладнаний четвертою голкою, має чотири жорсткі ланки, чотири гнучкі ланки, дві пластини з антифрикційного матеріалу, причому корпус виконаний в вигляді закритого кожуха, що захищає тензорезистори від температурного впливу, голки розташовані симетрично в одній площині, діаметрально протилежні голки з'єднані з жорсткими ланками за допомогою гнучких ланок, а жорсткі ланки з'єднуються між собою за допомогою ще одної гнучкої ланки, до якої з обох сторін прикріплені тензорезистори, які з'єднані в мостову схему таким чином, що ті з них, які розташовані на внутрішніх поверхнях пружних елементів, підключені в сусідні ланки мосту, тензорезистори, що розташовані на одному гнучкому елементі, також з'єднані в сусідні ланки мосту, ПІДВІД живлення мостової схеми здійснюється до точок з'єднання ЗОВНІШНІХ та внутрішніх тензорезисторів, а вихідна напруга знімається з протилежної діагоналі мосту Винахід може бути віднесений до вимірювальної техніки, точніше до пристроїв, які дозволяють визначати ступінь анізотропії матеріалу в процесі його механічних випробувань при нормальній та підвищених температурах шляхом вимірювань поперечних деформацій в двох взаємно перпендикулярних напрямах переріза зразка, що співпадають з головними осями анізотропії Відомий пристрій [1] для вимірювання поперечних деформацій в процесі механічних випробувань зразків матеріалів, що має в своєму складі в площині поперечного перерізу дві голки для встановлення на зразок, гнучкий елемент з тензорезисторами для вимірювання поперечних деформацій в одному напрямі і гайки для відведення голок від зразка Недоліком відомого пристрою є те, що для вимірювання ступіня анізотропії матеріалу необхідно встановлення ще одного пристрою для вимірювання поперечної деформації в напрямі, перпендикулярному першому напряму і те, що необхідно додатково обчислювати різницю поперечних деформацій в двох перпендикулярних напрямах Крім того, в відомому пристрої відсутні корпус, що екранує тензорезистори від теплового впливу, який впливає на точність вимірювань, та спеціальні натисні пружини, що гарантують надійне встановлення пристрою на зразок Найбільш близьким за технічною суттю до пристрою, що заявляється, є пристрій [2], вибраний в якості прототипа, для вимірювання поперечних деформацій в процесі механічних випробувань зразків матеріалів, що має в своєму складі в площині поперечного перерізу три голки для встановлення пристрою на зразок, гнучкі елементи з тензорезисторами для вимірювання радіальних переміщень голок в двох взаємно перпендикулярних напрямах, гайки для відведення голок від зразка, натисні пружини та корпус Недоліком прототипа є те, що голки в корпусі розташовані несиметрично та вимірюють радіальне зміщення голок пристрою, а не приріст діаметра зразка Несиметричне розташування голок пристрою в випадку появи поперечних деформацій зразка спричиняє зміщення центру пристрою і появу похибок вимірювань Крім того, корпус пристрою не екранує тензорезистори від теплового впливу, що спричиняє появу температурних похибок Недоліком відомого пристрою є і те, що в випадку його використання для визначення ступіня анізотропії матеріалу, необхідно додатково обчислювати різницю поперечних деформацій в двох перпендикулярних напрямах При розробці винаходу була поставлена задача створення пристрою, який дозволяє визна Зоя 00 со 43789 чити ступінь анізотропії матеріалу безпосередньо без додаткових обчислень, та дає можливість підвищити точність вимірювань за рахунок безпосереднього вимірювання діаметру зразка і екранування тензорезисторів від теплового впливу Вказана задача розв'язується завдяки тому, що пристрій має чотири симетрично розташовані голки, чотири жорсткі ланки, чотири гнучкі ланки і дві пластини з антифрикційного матеріалу, корпус пристрою виконаний в вигляді закритого кожуха, що екранує пружні елементи з тензорезисторами від теплового впливу, тензорезистори з'єднані в мостову схему таким чином, що ті з них, які розташовані на внутрішніх поверхнях пружних елементів, підключені в сусідні ланки мосту, тензорезистори, що розташовані на одному гнучкому елементі, також з'єднані в сусідні ланки мосту, ПІДВІД живлення мостовой схеми здійснюється до точок з'єднання ЗОВНІШНІХ та внутрішніх тензорезисторів, а вихідна напруга знімається з протилежної діагоналі мосту Присутність чотирьох симетрично розташованих голок, що встановлені в корпусі з можливістю радіального зміщення, дозволяє уникнути систематичних похибок вимірювань, пов'язаних з переміщенням центру пристрою під час деформації та підвищити завдяки цьому точність вимірювань Прикріплення до голок жорстких ланок за допомогою гнучких ланок та розташування між жорсткими ланками гнучкого елемента з тензорезисторами дозволяє вимірювати взаємне зміщення голок і, таким чином, вимірювати діаметр зразка в двох взаємно перпендикулярних напрямах Деформування зразка спричиняє до переміщення голок пристрою з закріпленими до нього жорсткими лапками, які ковзають по частинам пристрою Наявність пластин, що виготовлені з антифрикційних матеріалів, дозволяє зменшити тертя жорстких ланок по частинах пристрою та підвищити завдяки цьому чутливість вимірювань Виконання корпуса пристрою в вигляді кожуха дозволяє екранувати гнучкі елементи з тензорезисторами від теплового впливу та підвищити точність вимірювань анізотропії матеріалу З'єднання тензорезисторів в мостову схему виконується так, що ті з тензорезисторів, які розташовані на внутрішніх поверхнях гнучких елементів, підключені в сусідні ланки мосту, тензорезистори, що розташовані на одному пружному елементі, також з'єднані в сусідні ланки мосту, ПІДВІД живлення мостової схеми здійснюється до точок з'єднання ЗОВНІШНІХ та внутрішніх тензорезисторів, а вихідна напруга знімається з протилежної діагоналі мосту, дозволяє автоматично обчислювати різницю поперечних деформацій в двох взаємно перпендикулярних напрямах одного поперечного перерізу зразка та ви мірювати таким чином анізотропію властивостей матеріалу в цьому поперечному перерізі На фіг 1 і 2 представлений загальний вигляд запропованого пристрою, а на фіг 3 - його електрична схема Пристрій складається з чотирьох голок 1, що встановлені в корпусі 2 з можливістю переміщення в радіальному напрямі Притискання голок до зразка 3 відбувається за допомогою натисних пружин 4, а відведення голок від зразка - за допомогою гаєк 5 Жорсткі ланки 6 закріплюються до голок за допомогою гнучких ланок 7 Жорсткі ланки з'єднані між собою за допомогою гнучких елементів 8, до яких прикріплені тензорезистори 9, 10, 11, 12 Тензорезистори 9 и 11 розміщені на внутрішніх сторонах, а тензорезистори 10 та 12 - на ЗОВНІШНІХ сторонах гнучких елементів 8 Жорсткі ланки спираються на пластини 13, що виконані з антифрикційних матеріалів, наприклад, з фторопласта Тензорезистори 9, 10, 11, 12 з'єднані в мостову схему таким чином, що тензорезистори 9, 11, що закріплені на внутрішніх поверхнях, і тензорезистори 10,12, що закріплені на ЗОВНІШНІХ поверхнях пружних пластин, підключені в сусідні ланки мостової схеми Опір 14 балансує мостову схему, живлення здійснюється від джерела 15, а вимірювання вихідної напруги проводиться за допомогою потенціометра 16 Пристрій працює наступним чином Пристрій заводять на зразок 3 так, щоб голки 1 були орієнтовані в напрямі головних осей анізотропії матеріалу та відпускають гайки 5 При цьому голки 1 притискаються до поверхні зразка пружинами 4 і пристрій закріплюється на зразку Вмикається джерело струму 15 і потенціометр 16, відбувається балансування мостової схеми за допомогою опору 14 В результаті навантаження зразка в ньому з'являються поперечні деформації, які спричиняють до взаємного зміщення голок 1, згину гнучких ланок 7, повороту зв'язаних з ними жорстких ланок 6 та згину гнучких елементів 8 Згин гнучких елементів 8 супроводжується зміною опору тензорезисторів 9, 10, 11, 12 Оскільки матеріал зразка в площині поперечного перерізу є анізотропним, то його деформації в напрямах головних осей анізотропії будуть різними і поперечний переріз зразка з круглого стане еліптичним, а на виході мостової схеми з'явиться сигнал, який буде зареєстрований потенціометром 16 Величина вихідного сигналу буде свідчити про величину анізотропії матеріалу в поперечному перерізі зразка Література 1 Авторське свідоцтво СРСР № 956969, кл G01 В 7/18, 1982 2 Авторське свідоцтво СРСР № 1647236, кл G01 В 7/18, 1982 43789 Фіг. 2 Фіг. З Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 - 7 2 - 8 9 (03122) 2 - 5 7 - 0 3 43789