Тензорезистор

 

Изобретение относится к измерению и контролю механических величин, в частности к контролю напряженного состояния в бетонных конструкциях тензорезисторами. Цель изобретения - повышение долговечности и стабильности измерения деформации в бетоне в экстремальных климатических условиях . Тензорезистор. содержащий подложку из силикатного стекла и размещенный на ней чувствительный элемент из моносульфида самария, дает возможность измерять объемные напряжения в бетоне при его заливке и отвердевании при отрицательных и быстроменяющихся температурах в обьектах, содержащих связанную воду. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 В 7/16, 7/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ДВтоРСК0МУ CBMPETEJ1bCTBY (21) 4717046/28 (22) 1 1.07.89 (46) 07.03.92, Бюл. I4 9 (71) Физико-технический институт . им. А.Ф.Иоффе (72) В.В,Каминский, H.M.Володин, Ю,М.Со- сов и В.A.Èaàíîâ (53) 531.782,2 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

ЬВ 1311357, кл. 6 01 В 7/16, 1985.

Авторское свйдетельство СССР . М 1175244. кл. 6 01 В 7/16, 1984;

Изобретение. относится к измерению и контролю механических величин,.в частности к контролю. напряженного состояйия и усилий в.бетонных и:железобетонных конструкциях, и может быть использовано в промышленном и гражданском строительстве при проектировании. изделий и сооружений, их стендовых в натурных испытаниях; а также в процесае их изготвлеиия и эксплуатации, что особенно важно для районов

Вечной мФрзлот .

Известны различные датчики напряженного сесюж4ия в бетоне на основе металлических теизореэисторов.

Однако Tàêèå тензорезисторы на долговечны в бетоне и потому не позволяют стабильно Fl роиз водить изме ре ния в бетоне при их применении без специальных устройств, защищакицих тензореэисторы от непосредственного соприкосновения

„„5U, 1717946 Al (54)ТЕНЗОРЕЗИСТОР (57) Изобретение относится к измерению и контролю механических величин, в частности к контролю напряженного состояния в бетонных конструкциях тенэорезисторами. Цель изобретения — повышение долговечности и стабильности измерения деформации в бетоне в экстремальных климатических условиях, Тензорезистор. содержащий подложку из силикатного стекла и размещенный на ней чувствительный элемент из моносульфида самария, дает воэможность измерять объемные напряжения в бетоне при его заливке и отвердевании при отрицательных и быстроменяющихся температурах в объектах, содержащих связанную воду. 3 ил. с бетоном, Из-эа наличия таких устройств ф нельзя непосредственно измерять объемные деформации в бетоне в малых областях — порядка 1 ммз.

Известен тензорезистор с чувствительным.элементом из моносульфида самария (SmS), напыленным на металлическую подложку с диэлектрической пленкой. Выход- 0 ной сигнал датчиков с такими тензо- ф резисторами на 1 — 2 порядка выше, чем с g металлическими.

Однако вследствие агрессивности среды в незатвердевшем бетоне, а.также реэ- 4 ких перепадов температур в экстремальных климатических условиях такие тензорезисторы разрушаются в процессе затвердевания бетона. Кроме того, подложка оказывает армирующее воздействие на систему бетон — датчик и искажает поле измеряемых напряжений. Все это снижает стабильность. измерения, 1717946

30

50

Целью изобретения является повышение долговечности и стабильности измерения деформации в бетоне в экстремальных климатических условиях..

Указанная цель достигается тем, что в тензорезисторе на основе SmS подложка выполнена из силикатного стекла, что имеет принципиальное значение. Малая жесткость датчиков вследствие небольшого модуля упругости стекла и согласованный с бетоном коэффициент линейного расширения позволяют не вносить искажений в поле напряжений бетонных конструкций.

Кроме того. привлекает доступность и дешевизна выпускаемых промышленностью тонких покровных стекол. Главным же является обнаруженная авторами живучесть моносульфида самария на стекле в бетоне (фиг.,1). Именно в контакте с силикатным стеклом, с одной стороны, и с.бетоном, с другой, этот полупроводниковый материал проявил наибольшую стабильность электрического сопротивления, что позволило избежать защитных покрытий.

На фиг. 1 представлена зависимость электросопротивления предлагаемого тензорезистора, помещенного в бетоне, от времени; на фиг. 2 — датчик локальных объемных напряжений в бетоне в условиях быстроменяющихся температур, выполненный на основе предлагаемого тензорезистора; на фиг. 3 — график зависимости объемного напряжения от температуры в бетоне.

Тензореэистор содержит тензочувствительный слой 1, контактные площадки 2, термопару.3. токовводы 4, подложку 5.. На фиг, 3 приведены снятые.с помощью датчика зависимости (кривые! и Щ величины объемного напряжения от температуры в бетонном тесте (цемент, песок, вода в весовом отношении 1: 1,09.: 0,35, соответственно) и в грунте 2 (песок, вода, в соотношении 2,09: 0,35) при понижении температуры.

Пример, Была изготовлена партия датчиков 12 шт, для измерения величины локального объемного напряжения в бетоне (фиг; 2). На подложку из силикатного стекла методом испарения в вакууме был нанесен тенэочувствительный слой из. Sm8 допированного гадолинием и контактные площад! ки из константана. Сопротивления резибто":. ров 200 5 Ом. Размеры подложки

1,5х1х0,15 мм. На одну из контактных площадок была напаяна термопара медь— константан. Барорезистор датчика калибровался с помощью задатчика давления MR600 в интервале давлений от атмосферного до 600 атмосфер при температурах+20 С и

0 С и газовой камеры до давлений 150 атмосфер при температуре -50 С. При всех температурах чувствительность датчика к давлению была 1,0 10 МПа . Тарирование датчиков по температурному коэффициенту сопротивления и эксперименты по определению объемных напряжений проводились при естественно низких температурах в климатической камере фирмы

"Фойтрон" ГДР типа 3101-01 в диапазоне температур +20 — -50ОС. Температурный коэффициент сопротивления барорезисторов равнялся i,i 1OЗ град . Следует Отметить, что температурные и барические зависимости логарифма сопротивления резисторов линейны в рассматриваемом интервале температур и давлений, так что чувствительности по давленИю и температуре сохраняют свою величину во всем рабочем диапазоне. Датчик подключался в компьютерно-измерительной системе "Аксамит". Датчики показали свою работоспособность во влажных дисперсных средах (бетон, грунт) в указанном диапазоне температур (фиг. 3). Количественные величины и ход кривых соответствует расчетам. Других датчиков; позволяющих проводить аналогичные измерения (измерение объемных напряжений в области порядка 1 мм ) в настоящее время не существует. 8 процессе испытаний удалось впервые снять кривые температурных зависимостей локальных объемных.напряжений в бетонном тесте, бетоне и грунте при естественно низких температурах (до -50 С).

Формула изобретения

Тензорезистор. содержащий подложку и размещенный на ней чувствительный элемент из моносульфида самария, о т л и ч аю шийся тем. что, с целью повышения долговечности и стабильности измерения деформаций в бетоне в экстремальных климатических условиях, подложка выполнена из силикатного стекла.

1717946

R,å

Составитель В. Каминский

Редактор Н. Лазоренко Техред М;Моргентал Корректор Н. Ревская

Заказ 869 .. Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35; Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101