Устройство для измерения защемленности стержня в конструкции

 

Изобретение относится к области методов экспериментального исследования механических параметров стержневых конструкций в строительстве, машиностроении , энергетике, позволяет повысить точность измерения эащемленности стержней, включает датчики 5, 6 и 7 амплитуды колебаний, установленные на концах стержней и в центре , постоянный резистор 10, регулировочный резистор 11, нуль-индикатор 13 потенциала с обратной связью 14. Подвижный контакт регулировочного резистора 11 соединен обратной сбязью с нуль-индикатором 13 потенциала, подключенным к общей точке соединения выводов постоянного 10 и регулировочного 11 резисторов. 3 ил. о «. (Л фиг. 2

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СоаЕЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И QTHPblTHA (21) 3748155/29-33 (22) 01.06.84 (46) 07.06.86 ° Бюл. N 21 (7t) Ростовский ордена Трудового

Красного Знамени государственный университет им.М.А.Суслова (72) Б.А.Пушкин (53) 691:620.1(088.8) (56) Справочник проектировщика счетно-теоретический, М.: Госстройиэдат, 1964, с.944.

Лурье Ф.N. и др. Применение вибрационного метода при обследовании металлических конструкций. Л., 1976, с.18. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЗАЩЕМЛЕННОСТИ СТЕРЖНЯ В КОНСТРУКЦИИ (51) 4 G 01 N 29/00 C 9 (57) Изобретение относится к области методов экспериментального исследования механических параметров стержневых конструкций в строительстве, машиностроении, энергетике, позволяет повысить точность измерения эащемленности стержней, включает датчики

5, 6 и 7 амплитуды колебаний, установленные на концах стержней и в центре, постоянный резистор 10, регулировочный резистор 11, нуль-индикатор

13 потенциала с обратной связью 14.

Подвижный контакт регулировочного резистора 11 соединен обратной связью с нуль-индикатором 13 потенциала, подключенным к общей точке соедине- у

О ния выводов постоянного 10 и регулировочного 11 резисторов. 3 ил.

1236362

Изобретение относится к обпасти методов экспериментального исследования механических параметров стержневых конструкций и может быть:использовано при обследовании стержневых конструкций в строительстве, машиностроении, энергетике, а также для нераэрушающего производственного контроля таких конструкций.

Стержень в известной конструкции назанисимо от используемой расчетной схемы (ферма, рама) имеет по концам закрепления, препятствующие повороту его торцовых сечений. Величина жесткости этих закреплений зависит от качества изготовления и сборки конструкций, а затем от ее состояния в эксплуатационнных условиях, а также ею определяется степень защемленности стержня в конструкции, влияющая на поведение стержня под нагрузкой и

era несущую способность при продольном B поперечном изгибе. Таким образом, зная 4актическую эащемленность стержней, выраженную какой-либо количественной характеристикой, можно ,судить и о качестве изготовления конструкции и о ее фактической несущей способности.

Цель изобретения — повышение точности измерения защемленности.

На фиг. 1 изображена схема, иллюстрирующая принцип определения защемленности; на фиг.2 — схема устройства; на фиг,З вЂ” эквивалентная электрическая схема устройства, поясняющая его работу, Еа фиг, 1 изображена кривая i собственных поперечных колебаний основного тона стержня, имеющего по концам упругоповоротные защемлення. Она подобна кривой потери устойчивости такого стержня при осевом нагруженни.

Здесь же для сравнения приведена кривая 2 поперечных колебаний стержня шарнирно опертого по концам, т.е. при нулевом уровне эащемленности.

Амплитуда колебаний стержня Y отсчитывается от его недеформированной оси Х с началом отсчета О в середине вибронролета стержня f. Положение концов 3 вибропролета стержня .-> f/2 определяется условием Y, . Расстояние между точками 4 перегиба изогнутой оси стержня, где ее кривизна обращается в нуль, именуется свободной нли расчетной длиной стержня

Амплитуда колебаний в среднем сечении стержня -Y . В сечениях + а и

-а — амплитуды колебаний соответственно („, и, . Кривая 2 колебаний стержня при отсутствии защемлений по концам описывается уравнением

= Ч соз

О 7 о 3 а

10 При х =йа Y =7 cos

<а о

„e o о 1 +Y а а откуда А = -" — - — = 2 сов -"--. (1) о И о

С сечениями О + a — а связаны

> 1 датчики 5 — 7, преобразующие амплитуду колебаний в пропорциональный электрический сигнал ЭДС. Коэффициенты преобразования периферийных датчиков

k равны межцу собой, но могут отличаться от коэффициента преобразования среднего датчика k . При этом (2)

Первичные электрические сигналы датчиков Е, Е, Е а преобразуются преобразователем 8 в единый выходной сигнал d, линейно связанный с величиной А:

d аА +1э, где (Y, + Y )/Y, . (3)

Электрическая схема устройства

35 (фиг. 2) представляет собой измерительную цепь последовательно соединенных элементов, заземленную по

40 кон цам.

Цепь условно расчленяется на два участка Т и II, сопрягающихся в узле

9. Участок I содержит постоянный резистор 10, имеющий сопротивление R

4 и датчик 5 с внутренним сопротивлением г, вырабатывающий ЭДС F, Участок

II содержит датчики 6 и 7 с внутренним сопротивлением г,, гд, вырабатывающие ЭДС Е„, к Е соответствен"

5б а -а но, а гакже регулировочный резистор

11 с подвижным контактом (не показан) с текущим сопротивлением и . Величи2" на этого сопротивления отсчитывается по линейной шкале 12, причем выпол няется соотношение дК == К; К,= C(d — d ) =Зд1, (4) где 1 — цена деления, Ом, з 1236

R<, d - величины R и d, соответствующие нулевому уровню защемленности.

Узел 9 сопряжения участков I u II измерительной цепи снабжен нуль.-индикатором потенциала 13 и связан с подвижным контактом регулировочного резистора 11 обратной связью 14, который регулирует положение подвйкного контакта таким образом, чтобы нуль- 1р индикатор оставался в равновесии.

Введение обратной связи 14 эквивалентно условию U = 0 или введению перемычки 15, показанной пунктиром.

В эквивалентной схеме можно условно выделить при этом два контура с токами 3 о и 3 q, причем из условия фактической неразветвленности измерительной цепи 3

Исходя из закона (2) пропорционального преобразования амплитуд колебаний в ЭДС датчиков, параметр защемленности стержня А преобразуется в отношение ЭДС В следующим образом:

k где q = — +.

ЗО

Таким образом, реализуется первый этап — преобразование сигналов датчиков в единый выходной сигнал d, линейно связанный с параметром кривой колебаний А. Далее второй этап — осу45 ществление этого преобразования на .шарнирно закрепленном стержне с нулевой защемленностью. При этом d d о

У

А = А, что при подстановке в равенство (6) дает

Согласно уравнению (7), вычислено и подобрано сопротивление резистора

Ко= 32,5 кОм. Ему соответствует Ri =

= R — r = 32 кОм. В качестве постоянных сопротивлений в измерительной цек пи использованы известные резисторы.

R ц .в а .,А (7) E а k 4@+ -g

В = — = --а — — -- = qA (5)

Ео о Уо

Далее получают о

0Во о )

d — -Я вЂ” A+ d+ — - = A+Р

Ч .) / У (6) где а

qR„„o 14 ф Ю ° I m Д + — « °

У

362 4

Третий, заключительный этап — по-. лучение характеристики уровня защеми ленности стержня h = А — A

Устройство осуществляет искомую форму связи характеристики защемленности с выходным сигналом

1 о

h = 2 -- (d — d )-cos — — — . (9) R 7

В примере выполнения устройства характеристика защемленности измеряется с целью определения продольного усилия, действующего в стержне. В качестве датчиков применены электродинамические преобразователи, вырабатывающие ЭДС, пропорциональную амплитуде и частоте колебаний Е kfY, причем частота лежит в интервале 20—

55 Гц.

Поскольку все три контролируемые сечения стержня (О, +d -d) колеблются с одной частотой и синфазно, преобразование характеристики A в отношение ЭДС В сохраняет вид равенства (5). Внутреннее сопротивление всех датчиков r = 500 Ом, отношение коэффициентов преобразования q 1, причем условие k ä= k выполнено путем подбора датчиков с погрешностью не более 0,1%. Датчики располагаются в четвертях пролета стержня (а=

= 2/4), следовательно базовое значео ниеА= 2 cos = 1 414.

В качестве регулировочного резистора 11 использован прецизионный проволочный потенциометр, обладающий погрешностью линейного преобразования "сопротивление — угол" не более

0,3%. Он снабжен круговой отсчетной шкалой 12 с ценой деления = 55 см/

/дел. Полное сопротивление переменного резистора в базовом состоянии о о

R = --45 1 кОм. Соответственно R = R +

У

0 2

+ 2r = 46,1 кОм. о Я е х

К К

ЯА (8) и, соответственно, устанавливается зависимость

В качестве нуль-индикатора использован аналого-цифровой преобразователь с четырехразрядной индикацией уровня потенциала узла 9. Обратная связь осуществляется оператором, ко1236362 торый подбирает положение движка потенциометра из условия минимума показаний нуль=индикатора.

Механическая связь отсчетной шкалы с подвижным контактом потенциометра .выполнена регулируемой так, что в базовом состоянии может быть установ0 лен нулевой отсчет по шкале d = О.

Благодаря этому определение характеристики уровня защемленности стержня упрощается:

h = (2 соэ — -) 7а

R, 46100

1 414 — — — — d = 0,0169. (10)

Как видно из уравнений (9) и (10), коэффициент преобразования выходного сигнала d в искомую характеристику

h совершенно не зависит от коэффициентов преобразования датчиков k и их отношения q. Кроме того, отсутствуют погрешности, связанные с операциями усиления и регистрации сигнала, а также с расшифровкой осциллограмм.

В итоге погрешность измерения эащемленности уменьшается в десятки раз.

Формула изобретению

Устройство для измерения защемленности стержня в конструкции, включающее датчики амплитуды колебаний, установленные в центре и на концах стержня, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности изме" рения,, оно снабжено постоянным резис10 тором„ регулировочным резистором с устройством отсчета его сопротивления, нуль-индикатором потенциала с обратной связью, причем один вывод датчика, установленного в центре стержня, эаземлен, а другой вывод через последовательно соединенные между собой постоянный резистор, регулировочный резистор и один из датчиков, установленный на одном конце стержня, подключен к одному иэ выводов датчика, установленного на другом конце стержня, другой вывод которого заземлен, а подвижный контакт регулировочного резистора соединен обратной свя2S зью с нуль--индикатором потенциала, подключенным к общей точке соединения выводов постоянного и регулнровочного резистора.

1236362

Составитель,В. Алекперов

Редактор Н.Данкулич Техред В.Кадар Корректор И.Пожо

Заказ 3083/46 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4