Устройство для измерения механических напряжений

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ, содержащее две намагничивающие и две измерительные катушки, оси которых перпендикулярны контролируемой поверхности , источник переменного тока, соединенный с намагничивающими ка тушками , и индикатор, о т л и ч а -. ю щ е е с я тем, что, с целью повыг шения точности измерения путем исключения гистерезиса и магнитоупругото насыщения, оно снабжено двумя дополнительными измерительными, и одной возбуждающей катушками,источником постоянного напряжения, ключом, конденсатором и коммутатором, причем измерительные катушки расположены по углам прямоугольника и соединены через коммутатор с индикатором, намагничивающие катушки расположены на линии, перпендикулярной двум противоположным сторонам прямоугольника с возможностью перемещения, а возбуждающая катушка охватывает измерительные и намагничивающие катушки , соединена параллельно с конденсатором и через ключ и коммутатор сл с источником постоянного напряжения, при этом ее ось расположена в точке пересечения диа гоналей прямоугольника . со 4

(19} (11}

СО03 СОВЕТСКИХ CNWlg

РЕСПУБЛИК

3(1} С 01 L 1 12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (Р

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБ) ЕТЕНИй И Отн)ЫТИЙ (21) 3382 701/18-10 (22) 14.01.82 (46) 23,04.83. Бюл. }} 15 (72) Н.А.Матюкевич и В.A.Ðóäû (71) Институт прикладной физики

AH Белорусской CCP (53) 531.781 (088. 8 ), (56 } 1, Авторское свидетельство СССР

}} 618660, кл. G 01 L 3/12, 1976.

2. ЗЕЕЕ Trans Зпй апй Зеп. Арр 1с.

3, }} 4, с.310-314,1967 прототип (54) (57) УСТРОЙСТВО цЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ, содержащее две намагничивающие и две Измери" тельные катушки, оси которых перпендикулярны контролируемой поверхности, источник переменного тока, соединенный с намагничивающими катушками, и индикатор, о т л и ч а -, ю щ е е с я тем, что, с пелью повы-. щения точности измерения путем исключения гистереэиса и магнитоупругого насыщения, оно снабжено двумя дополнительнымй измерительнымк и одной возбуждающей катушками, источником постоянного напряжения, ключом, конденсатором и коммутатором, причем измерительные катушки расположены по углам прямоугольника и соединены через коммутатор с индикатором, намагничивающие катушки расположены на линии, перпендикулярной двум противоположным сторонам прямоугольника с воэможностью перемещения, а

- возбуждающая катушка охватывает измерительные и намагничивающие катушки, соединена параллельно с конден- @ сатором и через ключ и коммутатор с источником постоянного напряжения, при этом ее ось расположена в точice пересечения диагоналей прямоуголь- С„ ника.

Ф 4

1013774

Устройство относится к силоиамерительной технике и может быть использовано для измерения механичес ких напряжений в ферромагнитных материалах

Нэвестно устройство, содержащее намагничивающую систему, выполненную в виде ряда коаксиально расположенных намагничивающих катушек и четырех измерительных зондов, ориентированных перпендикулярно конт-10 ролируемой поверхности (1 ).

Недостатком этого устройства является сильное влияние возможного перекоса,его относительно контролируемой поверхности иэ-эа наличия зондов и сложность в его настройке и регулировке.

Наиболее близким по технической сущности. является устройство для определения механических напряжений, содержащее две намагничивающие и две измерительные катушки, ориентированные нормально к контролируемой ,поверхности, причем линии, соединяющие между собой намагничивающие и измерительные катушки, вэаимноперпендикулярны. Намагничивающие катушки соединены между собой .согласно и подключены к источнику переменного тока, а измерительные - встречно и соедйнены с индикатором, в качестве которого служит измерительный вольтметр (2 ), При приложении к контролируемому иэделию механических напряжений распределение силовых линий íà. его noЬ верхности изменяется, величина магнитного потока, проходящего через каждую измерительную катушку, окажется неодинаковым (в одной из них будет уменьшаться, а в другой - уве- 4Q личиваться ); Следовательно, в измерительных катушках появится сигнал пропорциональный, в некоторых пределах, величине механических напряжений. 45

Недостатками этого устройства яв ляются магнитоупругое насыщение, которое проявляется в том, что, на-: чиная с некоторого значения напряжения, выходной сигнал устройства больше не изменяется, несмотря на то, что прикладываеыяе механические: напряжения возрастают; магнитоупругий гистерезис, проявляющийся в не-. совпадении кривых выходной сигнал -: величина механических напряжений при, нагрузке и разгрузке контролируемого иэделия.

Кроме того,. выходной сигнал уст- ройства сильно зависит от перекоса его относительно контролируемого из- 60 делия. Все. это заметно снижают точность измерения механических напря- жений.

Целью изобретения является повы шение точности измерения эа счет исключения гистереэиса и магнитоуп» ругого насыщения.

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство для измерения механических найряжений, содержащее две намагничивающие и две измерительные катушки, оси которых перпендикулярны контролируемой поверхности, источник переменного тока, соединенный с намагничи вающими катушками, и индикатор, снабжено двумя дополнительными из-: мерительными и одной возбуждающей катушками, источником постоянного напряжения, ключом,.конденсатором и коммутатором, причем измерительные катушки расположены по углам прямоугольника и соединены через коммутатор с индикатором, намагничивающие катушки расположены на линии, перпендикулярной двум противоположным сторонам прямоугольника и возможностью перемещения, а возбуждающая катушка охватывает измерительные и намагничивающие катушки, соединена параллельно с конденсатором и .через ключ и коыкутатор с источником постоянного напряжения, при .этом ее ось расположена в точке пересечения диагоналей прямоугольника.

Благодаря снабжению устройства возбуждающей катушкой и расположению всех остальных катушек внутри последней, источнику постоянного напря» жения, конденсатору и коммутатОРУ, сводится к минимуму ошибка эа счет магнитоупругого гистерезиса, а выполнение намагничивающих катушек подвижными и наличие двух дополнительных измерительных катушек устраняет магнитоупругое насыщение и позволя-, ет выявить и устранять возможный перекос устройства относительно контролируемого изделия.

На чертеже представлена конструк« . ция устройства (проекция катушек на контролируемую. поверхность ) и блок-схема его включения.

Устройство содержит чегыре измерительные катушки 1 - 4, оси:которых перпендикулярны контролируемой поверхности. Все измерительные кауушки соединены через коммутатор 5, в качестве которого в простейшем случае может служить обыкновенный переключатель, с индикатором б, Намагничивающие катушКи 7 и 8 соединены между собой параллельно и согласно, подключены к источнику 9 переменного тока. Они расположены на ликии, соединяющей середины,цротивоположных сторон прямоугольника и выполнены с возможностью смещения вдоль нее. Возбуждающая катушка

10 ориентирована также как и все остальные катушки, нормально к контролируемой поверхности и охватывает

1013774

Составитель Н. Воэчук

Редактор Т, Киселева Техред О.Неце Корректор A. Повх

Заказ 3002/49 . Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 все последние. Она соединена через ключ 11, управляеьый коммутатор 5, с источником 12 постоянного напряжения. Параллельно возбуждающей ка-: тушке включен конденсатор 13.

Устройство работает следующим об разом.

Предварительно установив рабочий ток в намагничивающих катушках 7 и

8, располагают устройство на контро-. лируемой поверхности таким образом . ® чтобы линии, соединяющие, например, измерительные катушки 2 и 1 с намаг- ничивающей 7, были близки к направлению нормальных механических напряжений, действующих в иэделии. !5

Убеждаются в отсутствии перекоса устройства относительно иэделия. Для этого коммутатором 5 соединяют, например, измерительные катушки 1 и 3 навстречу друг к другу и выход их -р подключают к индикатору б . При наличии перекоса, принимают меры к его .устранению. В случае необходимости контроль перекоса осуществляют периодически. ?5 . В рабочем положении соединяют коммутатором 5 катушки 1 и 3, а так-. же 2 и 4 согласно между собой, а . м4,жду парами встречно и выход пар

Соединяют с индикатором. Так как приложение механических напряжений . 6 к ферромагнетику всегда приводит к появлению анизотропии магнитной про-. водимости на поверхности контролируемого иэделия во вэаимноперпендикулярном направленйи, то в катушках, например, 2 И 4 сигнал будет увели:чиваться, à s катушках 1 и 3 - уменьшаться или наоборот (в: эависныости от знака механических напряжений ).

Наибольшая чувствительность уст- 40 ройства к механическим напряжениям, как показывает эксперимент, наблюдается в том случае, когда угол, обра" зованный катушками 1, 7 и 2 и; со-..

: оФуетственно, 4, 8 и 3 будет равен

:, 90 . Однако, прй достаточно больших механических напряжениях часто наб.людается "магнитоупругое насыщение", когда величина выходного сигнала устройства, начиная с некоторого значения напряжений, больше не изменяется. Уменьшая или увеличивая отмеченный выше угол, т.е. смещая намагничквающие катушки от измерительных, можно устранить это насыщение и получить более высокую линейность, хотя при этом несколько уменьшается чувствительность устройства к механическим напряжениям.

Перед каждым измерением или пери-одически с помощью ключа 11 и коммутатора 5 заьыкают цепь источника 12 постоянного напряжения и в контуре, образованном конденсатором

13 и возбуждающей катушкой 10, образуются затухакщие колебания тока, а, следовательно, и магнитного поля создаваемого этой катушкой.

Амплитуду этого цоля; в силу кратковременности процесса затухания коле- баний, можно выбрать достаточно большой, чтобы заведомо достичь магнитного равновесия участка контролируемой поверхности. В силу встречного включения пар измерительных катушек, индикатор не будет регистрировать колебания тока в возбуждающей катушке.

Таким образом, усйройство позволяет существенно, повысить точность измерения механических напряжений, вследствие того, что устраняется магнитоупругое насыщение за счет выполнения намагничивающих катушек подвижными, сводится к минимуму

;ошибка эа счет магнитоупругого гистереэиса, благодаря снабжению устройства возбуждающей катушкой и размещение ее -таким образом, что она практически He мешает производить измерения в любой момент времени., Кроме того, устранена ошибка иэза возможного перекоса измерительного устройства относительно контролируемого изделия, благодаря снабжению устройства двумя дополнительными измерительными катушками.