Способ измерения механических напряжений
Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения механических напряжений в ферромагнитных материалах с малым гистерезисом. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет исключения влияния зазора и температуры на результат измерений. Коммутатор 5 по командам блока 13 управления подает на вход анализатор ра 6 спектра ЭДС измерительных обмоток преобразователей 3 и 4, а затем разность указанных ЭДС. Первая гармоника каждого из указанных сигналов поступает на входы вольтметра 7 и фазометра 8, на другой вход последнего поступает сигнал с выхода генератора 1. Сигналы, пройдя аналогоцифровой преобразователь 12, поступа;ют на вход вычислительного блока 14, туда лее поступает показание датчика W усиления в эталонном образце 10 после аналого-цифрового преобразования в блоке 12, Значение контролируемого механического напряжения рассчитывается вычислительным блоком 14 по приведенным формулам, 2 ил. 1чЭ со сд
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (51)4 G 01 L 1 12
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3864845/24-10 (22) 04, 03. 85 (46) 30. 11.86. Бюл. ¹ 44 (71) Куйбышевский ордена "Знак Поче" та" инженерно-строительный институт им. А.И. Микояна (72) В,А. Воробьев, С.В. Копейкин, А.П. Любарский, В.Г. Сенькевич и Л.З. Чернис (53) 531.781(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 462982, кл. G 01 ? 1/12, 1975.
Авторское свидетельство СССР № 205666, кл. G 01 L 1/12, 1977. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ
НАПРЯЖЕНИЙ (57) Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения механических напряжений в ферромагнитных материалах с малым гистерезисом. Цель изобретения — повышение точности измерения за счет исключения влияния зазора и температуры на результат измерений.
Коммутатор 5 по командам блока 13 управления подает на вход анализатора 6 спектра ЗДС измерительных обмо" ток преобразователей 3 и 4, а затем разность указанных ЭДС. Первая гармоника каждого из укаэанных сигналов поступает на входы вольтметра 7 и фаэометра 8, на другой вход последнего поступает сигнал с выхода генератора 1. Сигналы, пройдя аналогоцифровой преобразователь 12, поступа;ют на вход вычислительного блока 14, туда же поступает показание датчика усиления в эталонном образце 10 после аналого-цифрового преобразования в блоке 12. Значение контролируемого механического напряжения рассчитывается вычислительным блоком 14 по приведенным формулам. 2 ил.
1273754
Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения механических напряжений в феррдмагнитных материалах с малым гистерезисом накладными магнитоупругими преобразователями при плоском напряженном состоянии.
Цель изобретения - повышение точности измерений путем исключения влияния зазора и температуры на результат измерений.
На фиг. 1 изображена схема магии\ тоупругого преобразователя, на фиг. 2— структурная схема устройства, реализующего предложенный способ.
Для объяснения способа измерения механических напряжений запишем уравнение для магнитного сопротивления магнитной цепи магнитопровод — зазор — иэделие — зазор преобразователя (фиг, 1)
R =Ь+Ь, — +Ь вЂ”, 1 (1)
lu o /! Р 2 рм где R — активная составляющая пол" ного (комплексного) магнитного сопротивления цепи, рассматриваемого по первой гармонике магнитной индукции; р и p — эффективные значения относительной магнитной проницаемости соответственно рабочей области контролируемого изделия и магнитопровода, взятые по первой гармонике магнитной индукции;
b0,Ü„,Üä — коэффициенты, зависящие от гармонических параметров магнитопровода, Ь, кроме того, зависит от величины установочных зазоров h и
Ь между магнитопроводом и контролируемым изделием (фиг.1).
Поскольку рассматривается безгистереэисный случай, то величины р и Ш „действительные.
Напряжение 0, действующее в направлении нагружения, обуславливает напряжение
Ф 1 б,;=-К б (К =const О К « — )
i (э - 2 э действующее в поперечном направлении.
Магнитоупругий эффект проявляется в том, что значения p„,р параметра 1 в направлении нагружения и в пер-. пендикулярном направлении отличаются
Р от его значения р„ в ненагруженном состоянии: ð, =р„-p„-- к б, (2) 5 Pi =1i Рн= Кр ° где К вЂ” коэффициент магнитоупругой чувствительности.
Параметры 1ц„, К „р„зависят от величины намагничивающего поля, следовательно от амплитуды синусоидального тока, питающего возбуждающие обмотки преобразователей, т.е.
P„=P„(I К =К1(> мg„(I) °
Перепишем уравнение (5> в виде
1 1 (3) у =а+а.— — + а-- — —, о 1. () 2 р (т) где y=R /(2ЛИ И ) — нормированное
2О магнитное сопротивление магнитной цепи; а „=Ь / (27 0 И N ц ), m=0, 1, 2, 25
y=I (I/E)=(I/Å)Së.n(ð.
Под фазой(g понимается сдвиг фаз меж4О ду питающим током I и первой гармоникой Е ЗДС измерительной обмотки.
Измерения, производимые при намагничивании контролируемого изделия в двух взаимно перпендикулярных направлениях и при двух различных значениях
I, I амплитуды I питающего тока, описываются системой четырех уравнений: а аг
+ р„(т,) (4) а + он н (Х> ) +Kg(I> ) б
), = Уя а, P.(; >-К,(I )G, о
= y (IÝ) p„(I) ) 1=1,2. ап — нормированные коэффициенты
bm mj — частота питающего тока;
М N — количество витков возбуждаи ющей I и измерительной ХХ
30 обмоток преобразователя соответственно (рис. 1).
Можно показать, что параметр у связан с измеряемыми параметрами — амплитудой Е и фазой q первой гармони35 ки ЭДС измерительной обмотки преобразователя соотношением з 1273754 4
Коэффициент а зависит от зазоров
h и h между преобразователем и кони «< эт ., 9т тролируемым изделием, следовательно, I(Eg — E
ЕА параллельно и перпендикулярно направ- =дщ т р т ° лению нагружения ОК.
Будем считать выполненным следую- () Ij ЕЬ(Д ) щее условие малости магнитоупругого J E„(I>)E (I>) приращения: 10
i Sin fcp, <<; )+ cp,ip> p-д (<, )) (14;
tbPJ I 8.. (6)
С учетом условия (6) из системы (4) и (5) получаем
4 (Д, ) -by(Ig) (7)
У где ду(д )=у1, (д )-у1(I) ), j=1,2(8) ю
К«<(дл ),Ки(д< )
S=-а (1+K ),(-"-- —,— " — — — ). (9)
Pp„(I.Ã .Cp„(I )j
По результатам измерений, производимых при намагничивании эталонного образца, получаем соотношения, аналогичные (6) — (9): эт by (Iq) у (I< ) (10) ЗО
t эт эт (д) У„(д) У, (д),11,2, (11) 35 ((,<,(е )
S---а (1+И (— д— эт (I ))2, К 1,,(Д<), — --) (I, )) (12) 40
Поскольку эталонный образец выполнен,из материала контролируемого изделия и имеет температуру контролируемого изделия, то
8 = S 45 (13) Из уравнений (7) и (10) с учетом (13) получаем расчетное соотношение эт 11, (I ) -bX(I<) ° SO у (I )-by (I<) эт
При вычислении by bу по приведенным формулам появляется большая относительная погрешность вследствие вычитания близких чисел. Укаэанная погрешность не возникает, если применять формулы, выведенные из соотношений: эт д, Е> (д )
E" (I )-E-(Д ) и J
° sin(i<„)+ cp, (I> )- с<, " j = 1,2. Устройство для осуществления способа измерения механических напряжений (фиг.2) включает генератор 1 синусоидального тока, блок 2 преобразователей, содержащий два идентичных накладных трансформаторных магнитоупругих преобразователя 3 и 4 напряжений, ориентированных во взаимно перпендикулярных направлениях, коммутатор 5, анализатор 6 спектра, вольтметр 7 переменного напряжения, фаэометр 8, механизм 9 одноосного нагружения эталонного образца, датчик 10 усилия в эталонном образце, эталонный образец 11, аналого-цифровой преобразователь 12, блок 13 управления, вычислительный блок 14. Причем выходы блока 13 управления соединены с управляющими входами генератора, коммутатора и вольтметра, выход генератора соединен с возбуждающими обмотками магнитоупругих преобразователей и входом фазометра, измерительные выходы магнитоупругих преобразователей через коммутатор соединены с входом, анализатора спектра, выход которого соединен с входом вольтметра и с вторым входом фазометра, а выходы фазометра, вольтметра и датчика усилия в эталонном образце соединены через аналого-цифровой преобразователь с вычислительным блоком, выход которого соединен с устройством регистрации. Устройство работает следующим образом. 5 12737 Блок 2 магнитоупругих преобразователей устанавливают на поверхность, контролируемого изделия таким образом, чтобы один из преобразователей был сориентирован вдоль оси нагружения изделия. По управляющему сигналу блока 13 управления I BHepaTop 1 записывает возбуждающие обмотки преобразователей 3 и 4 синусоидальным током с ам- 1Î плитудой I Коммутатор 5 но командам блока 13 управления подает на вход анализатора 6 спектра ЭДС измерительных обмоток преобразователей 3 и 4, а затем раэ- 15 ность укаэанных ЭДС, получаемую путем последовательно-встречного включения измерительных обмоток. Первая гармоника каждого из трех указанных сигналов поступает с выхода анализа- 20 тора спектра 6 на входы вольтметра 7 и фазометра 8. Иа дру.".ой вход фазометра 8 поступает сигнал с выхода генератора 1. Вольтметр 7 работает в двух режимах измерения: в первом измеряется амплитуда первой гармоники ЭДС измерительных обмоток преобразователей 3 и 4 (высокий уровень напряжений), во втором — амплитуда первой гармони- 30 ки разности указанных ЭДС (ниэкий уровень). Для этого работа вольтмет, ра 7 синхронизируется блоком 13 управления с работой коммутатора 5. Сигналы с выхода вольтметра 7 и 35 фазометра 8 после аналого †цифрово преобразования в блоке 12 поступают на вход вычислительного блока 14.Это . следующие параметры: Е „ (I,), Е (I»), Е„,(1» ), ».рц (I,), Ц> (Х, ), qð p(I, ) . Затем по сигналу блока 13 управления амплитуда нитающего тока на выходе генератора 1 изменяется с I на I,è описанная измерительная процедура полностью повторяется. В реэуль- <5 тате на вход вычислительного блока 14 поступают следующие параметры: Е», (Тг), Е (1г), Е (1 ), »1 „(Х ), q (1ã) CPü,(Iã,) После этого блок 2 магнитоупругих преобразователей переставляют на поверхность эталонного образца 11 нагруженного,с помощью механизма 9 одноосного нагружения, так, что один иэ преобразователей 3, 4 сориентирован вдоль оси нагружения образца 11, и повторяют весь описанный комплекс измерений при двух значениях . и I » г амплитуды намагничнвающего тока. В результате на вход вычислительного блока 14 поступают следующие паСР„ (1,),qÐ",(I1),q (I;) (j = 1,2). Кроме того, в вычислительный блок 14 поступает показание датчика 10 усилия в эталонном образце после аналого-цифрового преобразования в блоке 12. Значение контролируемого механического напряжения рассчитывается вычислительным блоком 14 и выдается им к устройству регистрации, Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я Способ измерения механических напряжений накладными магнитоупругими преобразователями при плоском напряженном состоянии, заключающийся в том, что, однооснс нагруженное контролируемое изделие намагничивают с помощью двух накладных трансформаторных магнитоупругих преобразователей во взаимно перпендикулярных направлениях, одно из которых совпадает с направлением нагружения изделия, и измеряют параметры выходных сигналов преобразователей, о т л и ч аю шийся тем, что, с цепью повышения точности, в прсцессе измерения параметров выделяют первую гармони-ку ЭДС измерительных обмоток обоих преобразователей и первую гармонику разности, выделенных ЭДС, измеряит их амплитуды Е, „ Е, Е и фазы ц „, (,,ср соответственно, причем измерения проводят при двух эначе.п»ях амплитуды синусоидального тока 1» и I, питающего намагничивающие обмотки преобразователей, после чего аналогичные измерения проводят, намагничивая этими же преобразователями одноосно нагруженный эталонный Ьбраэец, изготовленный из материала контролируемого изделия и имеющий его температуру, после чего вычисляют механическое напряжение 0 иэ соотнопения эт Q (Ig ) -» у(I ) Q=Q Ф « ау" (I )-4у" (1,) 1.р Е 1„) гдейу(Х) ) — sir>((p„(T. + ц,п, )- ср, (х,>1; 1273754 у. Qj)Ед (Ij) Б„ — площадь поперечного сечения эталонного образца, Составитель В. Родин Техред В.Кадар Корректор С. Шекмар Редактор Л. Веселовская Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул. Проектная, 4 F — - заданная сила нагружения эталонного образца; ) — 1,2 — номер измерения; Заказ 6467/38 Тираж 778 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 — результаты измерений параметров выходных сигналов, производимых при нама-:.пичивании эталонного образца.
