ЛЕКЦИЯ 5. Приборы для линейных измерений

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 15Следующая ⇒

Диапазон и требуемая точность измерений. При испытаниях деревянных конструкций, в особенности большепролетных, приходится измерять перемещения порядка нескольких сантиметров. Перемещения различных точек металлических конструкций колеблются в зависимости от размеров испытываемого объектов - от нескольких миллиметров до десятков миллиметров. Наиболее жесткими являются железобетонные конструкции, где перемещения относительно не большие.

Особенно повышенные требования предъявляются при наблюдении за характером затухания приращения перемещений во времени в ходе выдерживания нагрузки. В большинстве случаев при этом необходимы измерения с точностью: порядка миллиметра - для деревянных конструкций; десятых и сотых миллиметра - для металлических конструкций; а в отдельных случаях и даже тысячных миллиметра - для железобетонных несущих и ограждающих конструкций.

Для удовлетворения всех этих требований и достижения максимальной объективности и достоверности выполненных измерении на практике необходимы приборы с высокими метрологическими характеристиками.

Прогибомеры. Приборы для измерения перемещений называют прогибомерами. В зависимости от назначения прогибомеры могут иметь различную конструкцию. В одних случаях это могут быть простейшие устройства, позволяющие замерять перемещения загруженных строительных конструкций с точностью не выше 0, 1... 1 мм.

При больших перемещениях такая точность бывает достаточной. В других случаях, когда требуется высокая точность измерений, достигающая 0, 01мм и выше, используются более чувствительные приборы со сложными измерительными устройствами.

Рассмотрим элементарные прогибомеры.

К наиболее простым (элементарным) прогибомерам относится устройство, представляющее собой две планки, одна из которых закреплена на железобетонном основании, а другая - на конструкции. По взаимному смещению планок судят о деформации конструкции.

Точность измерений таким устройством. как правило, невысокая, но если металлические планки тщательно выполнены и сопряжены между собой, прочно закреплены и снабжены нониусным устройством, то точность измерений можно довести до 0, 1 мм (рис. 4а).

Для измерения деформаций и перемещений с точностью до 0, 1...0, 2 мм применяют рычажные прогибомеры. При этом перемещение одного плеча рычага равно перемещению конструкции, а перемещение другого плеча, фиксируемое на рабочей шкале, а К раз больше (рис. 4б, в). Недостаток таких элементарных приборов связан с тем, что они имеют небольшое увеличение (К 10...20) и одновременно в системе возможны различные люфты и неточности в соотношении плеч.

Рис. 4. Конструктивные схемы элементарных прогибомеров;

а - прогибомер прямого измерения.

б, в - прогибомеры с рычажными усилителями,

1- изогнутая ось загружаемой конструкции; 2 - рабочее плечо прогибомера. 3 - неподвижное плечо прогибомера; 4 - рычаг; 5 - неподвижные опоры

На практике при измерениях вертикальных перемещений строительных конструкций возможны варианты установочных схем, показанные на рис.8 и рис 9.

Для более точных измерений применяют прогибомеры, в которых используется редукторная кинематическая схема. В настоящее время в статических испытаниях широко используются три разновидности прогибомеров: прогибомер Максимова, прогибомер Емельянова и прогибомер Аистова, кинематические схемы которых представлены на рис. 5, 6, 7.

Рис.5. Кинематическая схема прогибомера Максимова:

1 - нерастяжимая нить;

2 - рабочий шкив;

3 - рабочий диск:

4 - регистрирующая стрелка

Рис.6. Кинематическая схема прогибомера Емельянова:

1 - нерастяжимая нить;

2 - рабочий шкив;

3 - рабочий диск;

4 - регистрирующая стрелка

Рнс.7. Кинематическая схема прогибомера Аистова:

1 - нерастяжимая нить, 2 - рабочий шкив; 3 - рабочий диск; 4 - регистрирующая стрелка

В прогибомере Максимова (рис.5) перемещение гибкой нерастяжимой нити 1. охватывающей шкив 2 и соответствующей такому же перемещению испытываемой конструкции, вызывает поворот диска 3 на угол и стрелки 3 на угол k (k - соотношение диаметров диска и фрикционного барабана). При этом точность отсчета по рабочей шкале достигает 0, 05 мм. Диапазон измерений - неограниченный. Одним из главных недостатков прибора является наличие в кинематической схеме прибора - нежесткого фрикционного соединения.

В прогибомере Емельянова (рис.6) передача вращения осуществляется с помощью шестерен. При этом шкив шестерен и стрелки находятся в параллельных плоскостях. По одной шкале отмечаются целые миллиметры, по другой - до 0, 01мм. При этом диапазон измерений в одном приборе также неограничен. Люфт зубчатого соединения устраняется с помощью пружины разворачивающей шестерни в противоположные стороны.

У прогибомера Аистова (рис.7) принципиальная кинематическая схема практически аналогична предыдущей схеме. Однако используемые в ней некоторые усовершенствования позволяют одновременно на трех рабочих шкалах оценивать перемещения испытываемой конструкции со следующей точностью: на первой до 1 см (полный поворот равен 10 см), на второй- до 1мм (полный поворот равен 10 мм). на третьей - до 0, 01 мм (полный поворот равен I мм).

1. При наличии доступной неподвижной точки - схема на рис.8а (прибор внизу) и схема на рис.8, б (прибор наверху). Для учета влияния осадок опор требуется установка дополнительных прогибомеров в опорных сечениях. При испытаниях строительных конструкций над водой, при отсутствии быстрого ее течения, на дно может быть опущен тяжелый якорь (рис.8в), к которому предварительно прикрепляется нижний конец соединительной нити (проволоки).

2. При недоступности или большом расстоянии до неподвижных точек, а также с целью исключения влияния осадок опор на практике достаточно часто применяют систему шпренгелей. В частности, на рис.9а показан подвешенный проволочный шпренгель, который оттягивается вниз вертикальной проволокой с пружиной, обеспечивающей практическое постоянство натяжения шпренгеля и тем самым требуемую неподвижность точки крепления рабочей проволоки 4 и прогибомера 3.

На рнс.9б показан шпренгель, оттягиваемый подвешенным грузом, а на рис.9, в видно, как постоянство натяжения шпренгеля обеспечивается пружиной, соединяющей его вершину с верхним поясом испытываемой балки.

Пример установки прогибомеров для измерения горизонтальных перемещений испытываемого объекта приведен на рис.10.

Одновременно следует отмстить, что на результаты измерений перемещений, с помощью рассмотренных прогибомеров значительное влияние оказывает изменение длины проволоки в зависимости от температуры воздуха и нагрева её лучами солнца. Так, стальная проволока длиной 1 метр при повышении температуры на 10°С удлиняется более чем на 1 мм, что должно тщательно учитываться при обработке результатов проведенных испытаний.

Индикаторы (мессуры). Для измерения небольших по абсолютной величине перемещений применяют индикаторы часового типа, которые устанавливаются на неподвижной опоре с упором подвижного измерительного стержня в испытываемую конструкцию или закрепляются на испытываемой конструкции с упором подвижного стержня в какую-либо неподвижную точку. Поэтому очень часто индикаторы называют контактными прогибомерами.

На практике применяют следующие индикаторы:

• с ценой деления 0.01мм и пределом измерения 0...50мм; 0...25мм;
0...10мм; 0...5мм; 0...2мм;

• с ценой деления 0, 001мм и пределом измерения 0...1мм.

а б в

Рис. 8. Установка прогибомеров с проволочкой связью:

а - установка прогибомеров внизу;

б - установка прогибомеров вверху;

в - установка прогибомера с якорем.

1 - балочная система;

2 - опоры;

3 - прогибомер;

4 - рабочая нить;

5 - вертикальные опоры;

6 - якорь.

а б в

Рис. 9. Установка прогибомеров с применением рабочей нити к шпренгелю с целью исключения влияния осадок опор:

а - шпренгель с пружиной;

б - шпренгель с грузом;

в - шпренгель с закреплением пружины на конструкцию

1- балочная система;

2- опоры;

3- прогибомер;

4- шпренгель;

5- пружина;

6 - рабочая нить(проволока);

7-груз.

Индикатор часового типа (рис.11) состоит из цилиндрического корпуса, внутри которого размешена вся кинематическая система прибора. На лицевой стороне прибора под стеклом располагается кольцевая шкала и большая стрелка для регистрации отчета с ценой деления либо 0.01мм, либо 0, 001мм. Для отсчета целых оборотов большой стрелки индикатора предусматривается вторая малая шкала со стрелкой.

Схемы установки индикаторов часового типа для испытаний строительных конструкций могут быть идентичны ранее описанным схемам установки обычных прогибомеров с проволочной связью.

При больших расстояниях между индикаторами и точками упора между ними помещают жесткие соединительные элементы, например легкие штанги (рис.12). Наличие подобного рода буферных элементов связано, однако, с возможностью возникновения дополнительных ошибок измерений в результате хотя и малых, но трудно устранимых дискретных смешений и обмятий в дополнительных соединенных, коробления деревянных реек, изменения длины связующих металлических элементов при переменной температуре и т.д.

Возможны колебания также буферных реек при порывах ветра, что делает более целесообразным применение проволочной связи с индикатором по схеме, представленной на рис.12.

Электромеханические измерители перемещений. В настоящее время существует большое количество электромеханических систем измерений, позволяющих преобразовать механические перемещения в электрические сигналы, усиливаемые и передаваемые на любые расстояния от места проведения статических испытаний строительных конструкций. Указанные системы сопрягаемы с любой вычислительной техникой, что позволяет обрабатывать полученные сигналы по запланированной программе и одновременно управлять проводимыми экспериментами.

В частности, к подобным измерителям перемещений относятся различные конструктивные решения, основанные на преобразовании механических перемещений в изменение их емкости, либо индуктивности или электрического сопротивления. Все вышеперечисленные системы преобразования относятся к пассивным.

Наряду с пассивными системами в технике статических испытаний существуют и активные системы преобразовании, основанные на генерировании непосредственно самим преобразователем электрических сигналов. Подобные системы используются в так называемых «следящих» системах, называемых сельсинами.

Сельсины - это генераторные электрические устройства для синхронной передачи углов поворота. При этом запись либо углов поворота, либо линейных перемещений на регистрирующем приборе можно проводить с заданным увеличением, в отличие от обычного классического механического прогибомера.

Рис. 10. Установка прогнбомеров для измерения горизонтальных перемещений стенки резервуара:

1 - стенка резервуара;

2 - временная опора:

3 - прогибомеры.

4 - рабочая нить;

5 - противовес;

6 - элемент крепления

Рис. 11. Кинематическая схема индикатора часового типа:

1 - рабочий шток с рейкой- кремальерой;

2 - возвратная пружина;

3 - зубчатые шестерни;

4 - система ликвидации люфта

Рис.12. Схема установки индикаторов при удаленных измерениях перемещений:

а- с использованием рейки-удлинителя:

б- с применением проволочной связи;

1- индикатор;

2- рейки-удлинители:

3- проволочная растяжка;

4- пружины;

5- опора;

6 - буферная неподвижная опора

На практике наиболее часто для дистанционного измерения перемещений используют электромеханические измерители перемещений на базе применения тензопреобразователей (рис.13а, б), которые позволяют измерять перемещения в диапазоне от 0 до 50 мм с тонкостью, превышающей 0.001мм.

Рис. 13. Электромеханический измеритель перемещений:

а - в диапазоне 0.. 1 мм с ценой деления = 0, 0001 мм;

б - в диапазоне 0... 10 мм с ценой деления = 0, 001 мм;

1 – корпус; 2 – рабочий шток; 3 – система преобразования перемещений; 4 – тензосопротивление; 5 – пружина

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒