PL233099B1 - Urządzenie do pomiaru przemieszczeń względnych z elementem sprężystym w postaci struny pomiarowej - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pomiaru przemieszczeń względnych zawierające element sprężysty w postaci struny pomiarowej. Element ten przetwarza wartość mierzonego przemieszczenia na wartość częstotliwości jego drgań poprzecznych.

Konstrukcja dotychczas znanych urządzeń do pomiarów przemieszczeń względnych zawierających jako wspomniany element sprężysty strunę pomiarową (o nazwach handlowych: tensometr strunowy, dylatometr strunowy) zakłada:

- bezpośrednie zamocowanie struny do zakotwień przyrządu usytuowanych po obu stronach szczeliny lub uszkodzenia (typowe rozwiązanie dla tensometru strunowego), albo

- zamocowanie struny za pośrednictwem dodatkowych elementów sprężystych lub przekładni mechanicznych (typowe rozwiązanie dla dylatometru strunowego).

W pierwszym przypadku uzyskuje się przyrząd o stosunkowo niewielkim zakresie pomiarowym wynikającym z właściwości sprężystych struny. Mianowicie naprężenie struny, a więc i jej odkształcenie musi być wyższe niż pewna minimalna wartość, aby uzyskać jej prawidłowe drgania. Z drugiej strony maksymalne naprężenia struny nie mogą przekraczać jej wytrzymałości na rozciąganie, w praktyce są jeszcze niższe ze względu na zjawisko nadmiernej relaksacji naprężonego materiału struny. Związek między częstotliwością drgań struny, a jej odkształceniem opisuje teoretyczny wzór:

(1) gdzie:

f - częstotliwość [Hz] l - długość czynna struny (poza jej zamocowaniami) [m]

E - moduł Younga [Pa] ε - odkształcenie [m/m] γ - gęstość materiału struny [kg/m³]

Zakładając, że zmiany długości struny są niewielkie w stosunku do jej długości (dwa rzędy wielkości i mniej) przemieszczenie D jednego końca struny względem drugiego opisuje zależność:

D = ε*1(2)

Zatem przez pomiar częstotliwości drgań struny możliwe jest wyznaczenie przemieszczenia D jednego końca struny względem drugiego:

D = _/(3)

Biorąc pod uwagę, że takie parametry struny jak jej długość, gęstość i moduł sprężystości są praktycznie stałe, wzór powyższy można zredukować do następującego:

D = k- f²(4) w którym stała k charakteryzuje konkretną strunę pomiarową.

Baza tensometru, a więc odległość między jego zakotwieniami nie jest zwykle równa długości czynnej struny, ze względu na jej zamocowania i inne szczegóły konstrukcyjne konkretnego tensometru strunowego. Stąd tensometr charakteryzuje się inną stałą k_r, która jest wyznaczana na podstawie jego wzorcowania.

D = k1· f² (5)

W drugim przypadku dla rozszerzenia zakresu pomiarowego strunowego urządzenia do pomiaru przemieszczeń względnych, struna rozciągana jest za pośrednictwem dodatkowego elementu sprężystego (np. sprężyny śrubowej) lub przekładni mechanicznej (np. dźwigniowej). Powoduje to zwiększenie złożoności przyrządu i niebezpieczeństwo pogorszenia jego właściwości metrologicznych.

Teoretyczny wzór (1), opisujący z bardzo dobrym przybliżeniem zachowanie strun pomiarowych, na podstawie przeprowadzonych eksperymentów okazał się - również z dobrym przybliżeniem - słusznym dla drutu uformowanego faliście.

Zgodnie z wynalazkiem urządzenie do pomiaru przemieszczeń względnych zawierające element sprężysty w postaci struny pomiarowej zamocowany końcami do zakotwień umieszczonych

PL 233 099 Β1 po obu stronach badanej szczeliny, charakteryzuje się tym, że jego pomiarowym elementem sprężystym jest drut ukształtowany faliście.

Faliste ukształtowanie sprężystego drutu zapewnia jego większą podatność na odkształcenia wzdłużne w porównaniu z taką samą podatnością prostej struny, przez co zakres pomiarowy przyrządu zbudowany w oparciu o element tego typu jest większy niż przyrządu zbudowanego w oparciu o strunę. Rozszerzenie zakresu pomiarowego za pomocą dodatkowych elementów jest więc w tym przypadku zbędne.

Przedmiot wynalazku zostanie bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym schematycznie urządzenie do pomiarów przemieszczeń względnych z elementem sprężystym w postaci drutu ukształtowanego faliście.

Urządzenie według wynalazku ma budowę typową dla wspomnianych tensometrów strunowych, w których struna pomiarowa zamocowana jest końcami 4 i 5 bezpośrednio do zakotwień 2 i 3 i umieszczona w obudowie 7. Drugie końce zakotwień usytuowane są w konstrukcji zawierającej szczelinę dylatacyjną 1 lub uszkodzenie w postaci pęknięcia, po obu stronach tego pęknięcia. Strunę pomiarową stanowi prosty drut 6 uformowany faliście. Z drutem tym współpracuje elektromagnes 8. Pomiar przemieszczenia względnego polega na wykonaniu sekwencji następujących działań:

Na końcówki elektromagnesu 8 umieszczonego w przybliżeniu w połowie długości drutu 6 podaje się elektryczny impuls, co powoduje wzbudzenie drgań poprzecznych, sinusoidalnych, ekspotencjalnie gasnących drutu w odpowiedzi na przetworzony przez elektromagnes impuls elektryczny na impuls mechaniczny, który oddziałuje na drut. W uzwojeniu elektromagnesu generuje się elektryczny sygnał przemienny o częstotliwości równej częstotliwości drgań mechanicznych drutu. Pomiar częstotliwości ww. sygnału dokonywany jest przez dołączony do wyjścia 9 przedmiotowego urządzenia specjalny elektroniczny miernik.

Na podstawie zmierzonej częstotliwości f i znanej charakterystyki określonej w procesie wzorcowania stałą k_A przedmiotowego urządzenia wyznacza się wartości mierzonego przemieszczenia.

D = fci f²

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Urządzenie do pomiaru przemieszczeń względnych z elementem sprężystym w postaci struny pomiarowej zamocowanym końcami do zakotwień umieszczonych po obu stronach badanej szczeliny, znamienne tym, że element sprężysty (6) stanowi drut ukształtowany faliście.