Датчик деформації для визначення подовження зразка при розтягуванні

Реферат: Датчик деформації для визначення подовження зразка при розтягуванні включає верхню і нижню опори, пристрої притиску опор до зразка, вимірювальний перетворювач переміщення. Верхня і нижня опори контактують з випробуваним зразком та закріплені на взаємно рухомих телескопічно сполучених вузлах, Перетворювач переміщення розміщений паралельно з випробовуваним зразком і закріплений одним кінцем на верхній опорі, а другим на нижній опорі. Як опори використані затискачі, які в свою чергу нерухомо розміщені на кінцях двох напрямних, що переміщаються телескопічно усередині трубки. Для фіксації подовження зразка встановлений вимірник з електронним табло індикації значень переміщення базових точок зразка. UA 101045 U (54) ДАТЧИК ДЕФОРМАЦІЇ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ ПОДОВЖЕННЯ ЗРАЗКА ПРИ РОЗТЯГУВАННІ UA 101045 U UA 101045 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до випробувальної техніки, а саме до пристроїв вимірювання подовження зразка, що випробовується. Переважна галузь застосування - механічні випробування довгомірних зразків холоднодеформованого арматурного прокату і дроту на розтягування. Нормативні документи на прокат і дріт періодичного профілю для армування залізобетонних конструкцій, поряд з властивостями міцності, регламентують ряд показників пластичних характеристик, до яких належать відносне рівномірне подовження (δp) і відносне подовження на базі п'яти (δ5) або десяти (δ10) діаметрів зразка, а також повне відносне подовження при максимальному навантаженні (δmах). Методика визначення цих пластичних характеристик визначена стандартом ГОСТ 12004-81 "Сталь арматурна. Методи випробування на розтягування". При цьому, якщо на практиці визначення перших трьох характеристик (δ р, δ5, δ10) не викликає труднощів, так як вони визначаються на зразку після його розриву, то визначення повного відносного подовження при максимальному навантаженні (δmax), яке визначається на зразку в момент його максимального навантаження, є складним завданням. Для спрощення визначення характеристики δmах розроблено декілька типів датчиків деформації, які постійно удосконалюються. Відомим аналогом є вимірювальний пристрій [патент на корисну модель РФ № 58690, МПК G01B5/30 "Датчик деформації для визначення відносного подовження зразка", опублікований в 2006 p.], що містить вимірювальний перетворювач переміщення, рухливий і нерухомий вузли якого кріпляться на випробувальному зразку, на відстані, рівній величині вимірювальної бази датчика деформації. При цьому вимірювальна головка растрового перетворювача переміщення закріплена на нерухомому вузлі датчика деформації так, що підпружинений шток растрового перетворювача переміщення спирається на торець стрижня, іншим кінцем з'єднаний з рухливим вузлом датчика деформації і переміщується при деформації зразка всередині порожнистого циліндра, жорстко з'єднаного з нерухомим вузлом датчика деформації, а фіксація розміру вимірювальної бази датчика деформації проводиться штифтом, що проходить через отвори у порожнистому циліндрі і стрижні. Аналог забезпечує підвищення точності вимірювання деформації зразка з арматурної сталі, але його розташування окремо від випробувального зразка, так само, як і його громіздкі розміри ускладнюють застосування при проведенні випробувань дрібного сортаменту арматури (діаметром 3,0…12,0 мм) на випробувальних машинах малих розмірів. Відомим аналогом є пристрій [патент на корисну модель РФ № 106742, МПК G01B5/30 "Датчик деформації", опублікований в 2011 p.], що містить верхню і нижню опори, втулку, яка визначає розмір вимірювальної бази, і перетворювач переміщення, в якому верхня опора і втулка, що визначає розмір вимірювальної бази, нижня опора і пружина послідовно і співвісно розташовані на спрямовуючому штоку, а перетворювач переміщення розміщений паралельно вимірювальній базі між верхньою і нижньою опорами. Позитивною відмінністю даного датчика є розширення діапазону вимірювання подовження зразка аж до його розриву. Недолік аналога проявляється в наявності додаткових елементів таких, як направляючий шток, пружина і підпружинений вимірювальний щуп. Вони кріпляться в стороні від випробувального зразка, що ускладнює проведення випробувань, а наявність консольних елементів робить конструкцію громіздкою. Найближчим аналогом до корисної моделі є пристрій [патент РФ № 2280851, МПК G01N3/08 "Датчик деформації", опублікований в 2006 p.], що включає опори (ножі), які контактують з випробувальним зразком, що закріплені на взаємно рухомих телескопічних сполучених корпусах, тензочутливу пружну балочку з наклеєними тензорезисторами, пристрої пружного притиску ножів до зразка, при цьому пружна балочка одним кінцем закріплена на одному з корпусів паралельно з випробувальним зразком, а другий кінець пружною балочки спирається на похилу поверхню закріпленого на другому корпусі клина. Пристрій притиску опор до зразка виконано у вигляді втулок, закріплених за допомогою кронштейнів на кожному з корпусів, осі яких (втулок) перпендикулярні до осі зразка, що випробовується. Завдяки своїм конструктивним особливостям датчик дозволяє підвищити точність вимірювання деформації за рахунок усунення поперечних зусиль і тертя в сполученні корпусів, які робили вплив на тензометричну балочку. Недоліком найближчого аналога є те, що його застосування скрутне при випробуванні зразків періодичного профілю, а наявність тензочутливої пружної балочки з наклеєними тензорезисторами вимагають використання складного електронного обладнання та залучення фахових спеціалістів. 1 UA 101045 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 В основу корисної моделі поставлена задача створення недорогого і простого у користуванні датчика деформації для визначення подовження зразка при розтягуванні, що забезпечує необхідну точність результатів вимірювань. Поставлена задача вирішується тим, що датчик деформації для визначення подовження зразка при розтягуванні, містить верхню і нижню опори, які контактують з випробуваним зразком та закріплені на взаємно рухомих телескопічно сполучених вузлах, пристрої притиску опор до зразка, вимірювальний перетворювач переміщення, який розміщений паралельно з випробовуваним зразком і закріплений одним кінцем на верхній опорі, а другим на нижній опорі, згідно з корисною моделлю, як опори використані затискачі, які в свою чергу нерухомо розміщені на кінцях двох напрямних, які переміщуються телескопічно усередині трубки, а для фіксації подовження зразка встановлений вимірник з електронним табло індикації значень переміщення базових точок зразка. Сама трубка має еліптичний переріз і являє собою шаблон для забезпечення сталості вимірювальної бази. Як вимірювач переміщення базових точок зразка використаний перетворювач переміщень від електронного штангенциркуля. Таке компонування датчика дозволяє вирішити поставлену задачу, а саме - створення недорогого і простого у використанні датчика деформації для визначення подовження зразка при розтягуванні, що забезпечує необхідну точність результатів вимірювань. Використання як вимірювача переміщення базових точок зразка перетворювача переміщення від електронного штангенциркуля робить пристрій недорогим і простим у використанні, з одночасним забезпеченням необхідної точності результатів вимірювань. При цьому відпадає необхідність у використанні різних електричних приладів та схем, а також кваліфікованого персоналу. Між сукупністю суттєвих ознак об'єкта, що заявляється, і технічному результату, що досягається, існує причинно-наслідковий зв'язок, що полягає в тому, що опори у вигляді притискачів легко кріпляться та знімаються на випробуваному зразку, а їх телескопічне переміщення всередині трубки в момент розтягування зразка дозволяє фіксувати його подовження вимірювачем з електронним табло індикації значень переміщення базових точок зразка (точка під притискачем), закріпленому безпосередньо одним кінцем на нижній опорній втулці, а іншим на верхній втулці. Таке компонування датчика, де відсутні різного роду електричні вимірювальні прилади, а є прості деталі (притискачі і трубка з пластмаси), характеризує його низьку вартість і простоту у використанні. Трубка, яка одночасно служить шаблоном для забезпечення сталості вимірювальної бази, разом з перетворювачем переміщення від електронного штангенциркуля забезпечує необхідну точність вимірювань. Використання трубки з еліптичним перетином унеможливлює прокручування притискачів відносно осі трубки, та теж підвищує точність вимірювань. Корисна модель дозволяє створити недорогий і простий датчик деформації для визначення подовження зразка при розтягуванні, в якому відсутні підпружинені деталі, які ускладнюють конструкцію і різні електронні прилади у вигляді перетворювача переміщення з потенціометричним, індуктивним, трансформаторним та іншим принципом дії. Корисна модель пояснюється кресленнями, де: Фіг. 1 - фото датчика в загальному вигляді та зразка для випробування. Фіг. 2 - фото датчика у вигляді окремих деталей. Фіг. 3 - фото датчика в момент, коли навантаження при розтягуванні зразка досягло максимального значення. Запропонований датчик деформації для визначення подовження випробувального зразка 1 при розтягуванні складається з верхньої опори 2 і нижньої опори 3 у вигляді затискачів, і вимірювача переміщення від електронного штангенциркуля 4. Опори кріпляться на випробувальному зразку 1 за допомогою притискних скоб 5 і 6, і в свою чергу нерухомо розміщені на кінцях напрямних 7 і 8, що переміщуються усередині трубки 9. Для фіксації подовження випробувального зразка перетворювач переміщень від електронного штангенциркуля 4 має табло 10 індикації значень переміщення. Вимірювач переміщень від електронного штангенциркуля 4 кріпиться одним кінцем на верхній опорі 2 гвинтом 11, а іншим на нижній опорі 3 гвинтом 12. Датчик деформації для визначення подовження зразка при розтягуванні застосовується наступним чином. При випробуванні зразка арматурного прокату на розтягування відповідно до ГОСТ 12004 проводиться ряд підготовчих операцій - правка, розмітка, визначення площі поперечного перерізу. Далі зразок піддається випробуванню, після чого на підставі показання випробувальної машини обчислюються показники міцності, на підставі замірів подовження по мітках на зразку при допомозі штангенциркуля обчислюються показники пластичних властивостей. 2 UA 101045 U 5 10 15 20 25 30 35 Застосування описаного вище датчика деформації для визначення подовження зразка при розтягуванні дозволяє спростити проведення випробувань, а саме - виключити розмітку зразка та наступні виміри деформації по мітках на зразку. Крім того, датчик, дає можливість визначати безпосередньо в процесі випробування нормовані по ДСТУ EN 10080 і інших стандартах характеристики пластичності для холоднодеформованого прокату класу В500С, такі як повне відносне подовження при максимальному навантаженні (δmах) і відносне рівномірне подовження (δр). У процесі випробування датчика здійснювали розтягування зразка холоднодеформованого арматурного прокату класу В500С діаметром 8,0 мм. Після виправляння, випробувальний зразок 1 розміщували в захоплювачах випробувальної машини FP 1/100 та за допомогою притискачів 5 і 6 на нього нерухомо закріплювали датчик. Відстань між притискачами становила 200 мм, що відповідає вимозі ГОСТ 12004. Трубка 9 датчика є шаблоном і має довжину, що забезпечує сталість даної відстані при випробуванні всіх наступних зразків. Цим досягається точність і достовірність отриманих результатів. Навантажування зразка здійснюється до досягнення максимального значення, яке контролюється по стрілці силовимірювача випробувальної машини. У початковий момент зниження навантаження (відхилення стрілки в бік зменшення) фіксують "подовження 1" показання на електронному табло 10 індикації значень переміщення, наприклад, рівне 8,56 мм (фіг. 3). Далі випробування зупиняють і проводять розвантаження випробувальної машини, після чого фіксують залишкову деформацію зразка - 7,90 мм ("подовження 2"). З наведеного випливає, що використання датчика деформації дозволяє з мінімальними витратами на підготовку (не вдаючись до нанесення розмітки) і проведення випробування (немає необхідності в записі діаграми розтягування і вимірюванні деформацій по мітках на зразку) визначати характеристики пластичних властивостей холоднодеформованого арматурного прокату: - повне відносне подовження при максимальному навантаженні шляхом поділу, зафіксованого по датчику "подовження 1" на початкову базу: 8,56 мм max   100 %  4,28 %; 200 мм - відносне рівномірне подовження шляхом поділу, зафіксованого по датчику "подовження 2" на початкову базу: 7,90 мм p   100 %  3,95 %; 200 мм Датчик може бути рекомендований для вхідного контролю механічних властивостей холоднодеформованого арматурного прокату класу В500С по ДСТУ EN 10080, що дозволить гарантовано ідентифікувати його на відповідність вимогам стандарту до продукції даного класу міцності. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 1. Датчик деформації для визначення подовження зразка при розтягуванні, що включає верхню і нижню опори, які контактують з випробуваним зразком та закріплені на взаємно рухомих телескопічно сполучених вузлах, пристрої притиску опор до зразка, вимірювальний перетворювач переміщення, який розміщений паралельно з випробовуваним зразком і закріплений одним кінцем на верхній опорі, а другим на нижній опорі, який відрізняється тим, що як опори використані затискачі, які в свою чергу нерухомо розміщені на кінцях двох напрямних, що переміщаються телескопічно усередині трубки, а для фіксації подовження зразка встановлений вимірник з електронним табло індикації значень переміщення базових точок зразка. 2. Датчик за п. 1, який відрізняється тим, що трубка має еліптичний переріз і являє собою шаблон для забезпечення сталості вимірювальної бази. 3. Датчик за п. 1, який відрізняється тим, що як вимірювача переміщення базових точок зразка використаний перетворювач переміщень від електронного штангенциркуля. 3 UA 101045 U 4 UA 101045 U 5 UA 101045 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6