Экспериментальная настройка измерительных модулей датчиков контроля осевых усилий с учётом фактических диапазонов измерений

28 ноября 2025

Цель работы — экспериментальная настройка измерительных модулей датчиков контроля осевых усилий с учетом их фактических диапазонов измерений. В Новосибирском государственном техническом университете разработаны датчики контроля усилий с упругими элементами двух геометрий: типа «Шляпа» и типа «Тор». Упругий элемент типа «Шляпа» изготовлен из стали 50ХФА, а упругий элемент типа «Тор» — из сплава 36НХТЮ. Проведены расчетные исследования напряженно-деформированного состояния упругих элементов в программном комплексе ANSYS WorkBench. На основе данных расчетов выбраны места наклейки тензорезисторов на упругие элементы. На базе зала статических испытаний НИИ материалов и конструкций НГТУ проведены испытания на сжатие упругих элементов. Для испытания изготовлена оснастка из стали марки 30 ХГСА. Данную оснастку размещали между захватами испытательной машины Instron, что позволило равномерно распределить прикладываемую сжимающую одноосную нагрузку на упругий элемент. На первом этапе проводили испытания по нагружению упругих элементов с измерительным модулем (для контроля усилия) до 110 и 150 % от верхних пределов диапазонов измерения рассматриваемых датчиков геометрий типа «Тор» и типа «Шляпа» соответственно. На втором этапе упругие элементы нагружали ступенчато в пределах диапазона измерений. Полученные данные представлены в виде графиков, иллюстрирующих улучшение показаний измерительного модуля после его тренировки. Результаты могут быть использованы в дальнейших исследованиях упругих элементов типовой геометрии датчиков контроля осевых усилий иных интервалов нагружения.

1. Костиков К., Йозеф Ч. Тензометрические датчики силы / Компоненты и технологии. 2010. № 102. С. 16 – 18.

2. Абанин В. А., Абанина Е. А., Привалов Г. А. Совершенствование методов и средств измерения силовых параметров в испытательной технике / Датчики и системы. 2010. № 11. С. 11 – 16.

3. Hoffmann K. et al. An introduction to measurements using strain gages. — Darmstadt: Hottinger Baldwin Messtechnik, 1989. P. 231 – 234.

4. Гаврюшин С. С., Непочатов А. В., Годзиковский В. А. Расчет и оптимизация весоизмерительного датчика автомобильных весов / Известия Московского государственного технического университета МАМИ. 2014. Т. 1. № 4(22). С. 88 – 94.

5. Lake T., Hughes J., Togneri M. Strain gauge measurements on a full scale tidal turbine blade / Renewable Energy. 2021. Vol. 170. P. 985 – 996. DOI: 10.1016/j.renene.2021.01.137

6. Liu Y., Kessels F. J. H. G. Comparing drop impact test method using strain gauge measurements / Microelectronics Reliability. 2009. Vol. 49. No. 9 – 11. P. 1299 – 1303. DOI: 10.1016/j.microrel.2009.07.008

7. Zhao W., Zhang C., Zhang J. Continuous measurement of tire deformation using long-gauge strain sensors / Mech. Syst. Signal Proc. 2020. Vol. 142. P. 106782. DOI: 10.1016/j.ymssp.2020.106782

8. Rosa J., Cagan J., Rosler J. Strain gauge measurement on small propeller using special in-house developed hardware / Mater. Today Proc. 2017. Vol. 4. No. 5. P. 5931 – 5934. DOI: 10.1016/j.matpr.2017.06.072

9. Anand L. D. V., Hepsiba D., Palaniappan S., Sumathy B., Vijayakumar P. Automatic strain sensing measurement on steel beam using strain gauge / Mater. Today Proc. 2021. Vol. 45. P. 2578 – 2580. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.11.274

10. Montero W. Uncertainties associated with strain-measuring systems using resistance strain gauges / J. Strain Anal. Eng. Design. 2011. Vol. 46. No. 1. P. 1 – 13. DOI: 10.1243/03093247jsa661

11. Калентьев Е. А. Разработка оборудования для тензометрического измерения деформации при анализе быстропротекающих динамических процессов / Химическая физика и мезоскопия. 2021. Т. 23. № 2. С. 223 – 230. DOI: 10.15350/17270529.2021.2.20

12. Мехеда В. А. Тензометрический метод измерения деформаций: учеб. пособие. — Самара: Издательство Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2011. — 56 с.

13. Овсянников А. А., Абанин В. А., Савин И. И. Методика проектирования датчика вектора силы для измерительных приборных комплексов автоматизации технологических процессов / Многоядерные процессоры, параллельное программирование, ПЛИС, системы обработки сигналов. 2017. Т. 1. № 7. С. 244 – 251.

14. Осадчий Е. П., Тихонов А. И., Карпов В. И. и др. Проектирование датчиков для измерения механических величин. — М: Машиностроение, 1979. — 479 с.

15. Шушкевич В. А. Основы электротензометрии. — Минск: Вышейшая школа, 1975. — 352 с.

16. Абанин В. А., Паршуков В. А., Леонов Г. В., Попов В. И. Тензодатчики силы и их применение в сило- и весоизмерительной технике: учебное пособие для студентов специальностей 190900 «Информационно-измерительная техника и технологии», 130400 «Ракетные двигатели». — Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2004. — 92 с.

17. Тупицин М. А., Тришкина И. А., Сторожева Е. И. К вопросу о причинах преждевременного разрушения пружин предохранительных клапанов на установках первичной переработки нефти / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2023. Т. 89. № 7. С. 51 – 60. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-7-51-60

18. Гаврюшин С. С., Годзиковский В. А., Гавриленков С. И. Система автоматизированного проектирования упругих элементов тензодатчиков / Инженерный журнал: наука и инновации 2017. № 1(61). С. 10. DOI: 10.18698/2308-6033-2017-1-1578

19. Гаврюшин С. С., Гавриленков С. И. Система многокритериального проектирования тензорезисторных датчиков силы / Подъемно-транспортное дело. 2018. № 3 – 4. С. 28 – 31.

20. Магин Д. Ю., Хлыбов А. А. Влияние структуры и свойств стали 30ХГСА на формообразование заготовок круглой формы методом пластического изгиба / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 1(I). С. 45 – 48. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-1-i-45-48