Ємнісний тензодатчик

Реферат: UA 77692 U UA 77692 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Пристрій належить до тензометричних вимірювальних засобів контролю ваги, сили, тиску, розтягнень, напружень, деформацій та руйнування механічних об'єктів. Відомий тензодатчик [ГОСТ 30129-96. МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ. ДАТЧИКИ ВЕСОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫЕ. ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ. Дата введения 1998-07-01. 1996, 5 с. (с. 2, п.1)], що складається з планарного проволоченого електрода на клейовій основі, який закріплюють на діелектричному носії на поверхні тестованого об'єкта. Але вказаний пристрій не забезпечує достатньої точності та достовірності вимірювань деформацій об'єкта із-за нелінійної повзучості та гістерезисної й температурної залежності опору тензорезистора, а також із-за суттєвого впливу на вихідний сигнал датчика зміни геометричних розмірів контрольованого об'єкта в ортогональному, до контрольованого, напрямку. Тому, такий пристрій не може забезпечити пропорційність вимірюваної деформації зміні його опору. При цьому також під час серійного виготовлення питомий опір і опір кожного окремого тензорезистора помітно варіюються та зовсім не можуть бути передбачені і точно виготовлені. Отже, тензорезистори повинні бути відкалібровані та підстроєні перед вимірюваннями. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення планарного тензодатчика шляхом зміни конструкції, що забезпечує підвищення точності та достовірності вимірювань деформацій об'єкта на основі виключення впливу нелінійної повзучості та гістерезисної й температурної залежності опору тензодатчика, а також впливу зміни геометричних розмірів контрольованого об'єкта в ортогональному, до контрольованого, напрямку на результати вимірювання, виключення необхідності калібрування та підстроювання тензодатчиків перед вимірюваннями. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що ємнісний тензодатчик складається з електрода, закріпленого на діелектричному носії на поверхні тестованого об'єкта, згідно з корисною моделлю додатково містить другий електрод, причому обидва електроди виконано пласкими. Причинно-наслідковий зв'язок між ознаками, що пропонуються, і результатом, що очікується, наступний. Вимірювані зміни ємності між двома електродами тензодатчика внаслідок змін їх довжини при змінах вимірюваного лінійного розміру поверхні контрольованого об'єкта зовсім не залежать від опору електродів (і, відповідно, всіх його негативних впливів - нелінійної повзучості та гістерезисної й температурної залежності опору такого тензодатчика, впливу на опір провідного матеріалу електрода зміни геометричних розмірів контрольованого об'єкта в ортогональному, до контрольованого, напрямку); ємність тензодатчика не залежить від змін ширини електродів (а тільки від їх взаємного відношення, яке при цьому не змінюється), його не треба калібрувати та підстроювати перед вимірюваннями, так його ємність чітко розраховується лише за ε r і геометрією електродів - без врахування складу і стану провідного матеріалу провідників (вплив -9 змін тиску повітря на εr складає лише 5×10 на Паскаль, а для виключення впливу інших параметрів у більш агресивних умовах можна використати інший аналогічний перетворювач не в режимі датчика у суміжному плечі вимірювального мосту). Таким чином, сукупність запропонованих ознак дозволяє у повному обсязі забезпечити очікуваний технічний результат. На фіг. 1 показано запропонований плаский ємнісний тензодатчик. Він складається з двох гребінкоподібних вимірювальних електродів посеред провідної площини (заземленого електрода у триконтактній схемі вимірювання ємності конденсаторів), нанесених на ізоляційну поверхню контрольованого об'єкта. Пристрій працює наступним чином. При жорсткому з'єднані електродів з поверхнею контрольованого об'єкта зміна її розмірів викликає однозначну зміну розмірів електродів, а отже і ємності між ними. Ємність між двома пласкими смугоподібними електродами, оточеними третім заземленим електродом, за умови, що один із них набагато довший за інший (на практиці це означає довший за 5(s+b1+b2), фіг. 2), визначається довжиною l і складає (1): C AB  0 r l  s  b1s  b2  ln  .   ss  b1  b2   (1) 55 Можна показати, що для двох гребінкоподібних вимірювальних електродів, з кількістю N смугоподібних електродів ("зубців") в кожному, посеред провідної заземленої площини 1 UA 77692 U (третього електрода), у триконтактній схемі вимірювання ємності (фіг. 3), за умови практичного виконання вищезгаданої умови і коли прийняти r=b/s, 5 (2) де b - це рівні між собою b1, і b2, а також із врахуванням впливу на загальну ємність також і часткових ємностей між усіма парами смугоподібних електродів протилежної полярності обох електродів, загальна ємність конденсатора n   l  2i  12 r  12  . CТОТ   2N  2i  1 0 r ln     2i  1r  12  r 2  i 1   10 15 20 25 (3) Як видно з останнього виразу, такий тензодатчик вперше виявляється чутливим до вимірюваних мікрозмін розмірів l об'єкта тільки вздовж його смугоподібних елементів електродів і не залежить від змін розмірів об'єкта в ортогональній площині. Адже зміна ширини електродів при цьому, як видно із (3), не впливає на вихідну ємність датчика - вона залежить тільки від їх взаємного відношення r, яке при пропорційних змінах ширини електродів залишається незмінним. Слід також відзначити, що запропонований тензодатчик, на відміну від існуючих, зовсім не споживає енергії при вимірюваннях. Технічний результат полягає у забезпеченні підвищення точності та достовірності вимірювань деформацій об'єкта на основі виключення впливу нелінійної повзучості та гістерезисної й температурної залежності опору тензодатчика, а також впливу зміни геометричних розмірів контрольованого об'єкта в ортогональному, до контрольованого, напрямку на результати вимірювання, виключення необхідності калібрування та підстроювання тензодатчиків перед вимірюваннями. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Ємнісний тензодатчик складається з електрода, закріпленого на діелектричному носії на поверхні тестованого об'єкта, який відрізняється тим, що додатково містить другий електрод, причому обидва електроди виконані пласкими. 2 UA 77692 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3