Устройство для термомеханических исследований эффекта памяти формы и эффекта пластичности превращения термочувствительных элементов

 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной .техники, а . более конкретно к технике для теплофизических измерений, и может быть использовано при исследовании устройств и механизмов с термочувствительными элементами (ТЧЭ) из материала с памятью формы, для исследования самих ТЧЭ, например для определения их частотных характеристик. Целью изобретения является повышение точности измерения. Устройство содержит опору для закрепления конца исследуемого ТЧЭ, средство нагрев а и выходное звено ТЧЭ, которое соединено с нагрузкой и датчиком положения, которьш электрически связан с входом шпейфного осциллографа. При этом концы ТЧЭ токоизол1{рованы от опоры и выходного звена, а датчик положения дополнительно соединен с входами двух коьшараторов, вторые входы которых соединены пораздельно с задатчиками опорного напряжения. Выход первого компаратора через дифференцирующую цепочку соединен с одним входом RS- триггера, выход второго компаратора соединен через инвертор и дифференцирующую цепочку с вторым входом RS-триггера, выход RS-триггера соединен с управляквдей цепью коммутатора тока, коммутатор тока установлен в цепи между.концами ТЧЭ и источником электрической энергии. 2 ил. (Л 4 СО сл 42

4 А2

ССНОЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) .

{д) 4 G 01 N 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1350576 (21) 4216262/31-25 (22) 27.03.87 (46) 15. 11.88. Бюл. У 42 (71) Ленинградский кораблестроительный институт (72) А.В.Остапенко, А.IO.Ñàôðoíîâ, Е.П.Носов, С.А.Думин и Л.П.Фаткулина (53) 536.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1350576, кл. G 01 N 25/00, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДДЯ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИХ

ИССЛЕДОВАНИЙ ЭФФЕКТА ПАМЯТИ ФОРК! И

ЭФФЕКТА ПЛАСТИЧНОСТИ ПРЕВРАЩЕНИЯ

ТЕРМОЧУВСТВИТЕЛЬНКХ ЭЛЕМЕНТОВ (57) Изобретение относится к области контрольно-измерительной .техники, а более конкретно к технике для теплофизических измерений, и может быть использовано при исследовании устройств и механизмов с термочувствительными элементами (ТЧЭ) из материала с памятью формы, для исследования самих ТЧЭ, например для определения их частотных характеристик. Целью изобретения является повышение точности измерения. Устройство содержит опору для закрепления конца исследуемого ТЧЭ, средство нагрева и выходное звено ТЧЭ, которое соединено с нагрузкой и датчиком положения, который электрически связан с входом шпейфного осциллографа. При этом концы ТЧЭ токоизолированы от опоры и выходного звена, а датчик положения дополнительно соединен с входами двух компараторов, вторые входы которых соединены пораздельно с задатчиками опорного напряжения. Выход первого компаратора через дифференцирующую цепочку соединен с одним входом RSтриггера, выход второго компаратора соединен через инвертор и дифференцирующую цепочку с вторым входом

RS-триггера, выход RS-триггера соединен с управляющей цепью коммутатора тока, коммутатор тока установлен в цепи между концами ТЧЭ и источником электрической энергии. 2 ил.

1437754

Изобретение относится к контрольпо-измерительной технике, в частности к технике для теплофизических измерений, и может быть использовано

5 при и< следовании устройств и механиз— мов с термочувствительными элемента ми (ТЧЭ) из материала с памятью формы, для исследования самих ТЧЭ, например для определения их частотных f(j характеристик. !

Цель изобретения — повышение точности измерений.

На фиг.1 показана схема измеренил; на фиг.2 — результаты опытной провер- 15 ки предлагаемого способа.

Устройство содержит ТЧЭ 1, которьгй .одним концом жестко прикреплен к неподвижной опоре 2 токоизолированно от последней, а другим концом связан с. гибкой тягой 3, к которой подвешен груз 4. Тяга 3 закреплена на барабане

5 скобой б. На оси 7 барабана 5 установлен потенциометрический датчик 8, крайние точки которого соединены с источником электрической энергии, а подвижный контакт связан с входом операционного усилителя 9 контура измерения деформации. Выход усилителя

9 соединен с входом шлейфного осциллографа. ТЧЭ 1 токоизолирован также от тяги 3.

Кроме того, в устройство дополнительно введен контур управления нагревом, который содержит настроенные потенциометры 10 и 11, которые соединены с одними из входов компараторов

12 и 13 соответственно. Крайние точки потенциометров 10 и 11 соединены с. источником электрической энергии. По- 40 тенциометры 10 и 11 являются задатчиками опорного напряжения. Вместо них можно использовать любые другие уп-. равляемые источники питания.

Вторые входы компараторов 12 и 13 45 соединены между собой и с подвижным контактом датчика 8. Выход компаратора 12 через дифференцирующую КС-цепочку 14, которая, как известно, состоит из конденсатора и сопротивления, соединен с входом RS-триггера 15. Выход компаратора 13 соединен с входом инвертора f6, выход которого через дифференцирующую цепочку 17 соединен с входом RS-триггера 15. Участок между цепочкой 17 и входом RS-триггера

15 соединен через выключатель 18 с положительным полюсом источника электрической энергии. Выход RS-триггера 15 соединен с входом усилителя то котранзистора 19, на выходе которого установлено электромагнитное реле 20 с нормально разомкнутыми контактами

21. Вместо реле 20 может быть установлен другой коммутатор тока, например тиристор. При этом коммутатор тока устанавливают в цепи между источ- . ником 22 энергии и конусами ТЧЭ 1, а управляющую цепь коммутатора тока (обмотка реле, управляющий электрод тиристора и т.п.) соединяют с коллектором транзистора 19. Контакты 21 установлены последовательно в цепи источника 22 электрической энергии, который соединен с концами ТЧЭ 1. В цепь источника 22 последовательно включен выключатель 23. Параллельно контактам 21 реле 20 установлен выключатель 24. Остальные элементы схемы — резисторы, диоды — участия в формировании логики команд управления нагревом ТЧЭ 1 не принимают, а служат для обеспечения работоспособности схемы.

Настройку устройства производят при выключенных осциллографе и выключателе 18 — контур управления нагревом обесточен, контакты ? 1 реле 20 разомкнуты. В начальный момент разомкнуты выключатель 23 силовой цепи и выключатель настройки.

При нагружении ТЧЭ 1 грузом 4 датчик 8 занимает некоторое положение.

Измеряют напряжение U, между подвижным контактом датчика Я и землей

Устанавливают вольтметр между подвижным контактом потенциометра 11 и

"землей, измеряют напряжение U и, вращая ось потенциометра 11, достигают равенства напряжений U> - =П,. Отключают вольтметр.

Замыкают выключатели 23 и 24. Источник 22 соединяют с концами ТЧЭ 1, и происходит его нагрев. В процессе нагрева ТЧЭ восстанавливает форму.

При этом ось 7 датчика 8 занимает второе крайнее положение. Снова изме" ряют напряжение Г,, которое в силу поворота оси 7 изменяется по величине. Устанавливают вольтметр между подвижным контактом потенциометра 10 и землей и измеряют напряжение П. между ними. Вращением оси потенциометра 10 достигают равенства напряжений U = U . Отсоединяют вольтметр.

Размыкают выключатели 23 и 24.

Устройство готово к работе. Выключа3

14377 тель 24 используется только при настройке устройства (дублирует контакт

21 реле 20), а при его работе все время разомкнут.

Устройство работает следующим образом.

После нагружения ТЧЗ 1 грузом 4 и настройки прибора замыкают выключатель 23. Поскольку выключатель 24 настройки разомкнут, ток на ТЧЗ 1 не поступает. Включают запись на шлейф— ном осциллограАе и замыкают выключатель 18 "Пуск". Замыкание выключателя

18 вызывает установку в единичное 15 состояние RS-триггера 15, и на его выходе появляется сигнал, который открывает транзистор 19 и вызывает срабатывание реле 20. Контакты 21 реле

20 соединяют источник 22 с ТЧЭ 1. На- 20 чинается нагрев ТЧЗ 1, что вызывает егo e eMen1PHHe, H, cooTBPTcTBBHHQ изменение разности напряжений 11„ и 11 (за счет изменения по величине И< ).

В точке перемещения, соответствующей 25 максимальному восстановлению формы, в соответствии с предварительной настройкой напряжения Г и 1 -,ыравниваются по величине (П = Н. = О).

/

Комнаратор 12 срабатывает, ка выходе дб его появляется сигнал, который диААеренцирующей цепочкой 14 преобразуется в импульс установки в нулевое состояние RS — триггера 15, Контакты 21 реле 20 размыкаются, начинается Ааза охлаждения ТЧЭ 1.

Компаратор 13 в соответствии с настройкой все время фазы нагрева находится в единичном сос.тоянии, и на его выходе есть сигнал. Однако кивер- 4р тор 16 сигнала на выходе не имеет.

В процессе охлаждения ТЧЗ 1 за счет развития в нем процессов пластичности превращения он деАормируется грузом 4, что приводит к повороту 45 оси 7 датчика 8. В крайней точке в фазе охлаждения напряжения 11, с датчика 8 и U3 с потенциометра 11 выравниваются по величине. Компаратор 13 переключается, и на выходе его сигнал 80 пропадает. Соответственно на входе инвертора 16 появляется сигнал, который дифференцирующей цепочкой преобразуется в импульс, вызывающий срабатывание RS-триггера 15. На выходе

RS-триггера 15 появляется сигнал, открывается транзистор 19, срабатывает реле 20, а его контакты 21 соединяют концы ТЧЭ 1 с источником 22 энергии.

54

4 ! (икл может быть многократно повторен до размыкакия выключателя 18 или 23.

Результаты исследований ТЧЭ, выполненных предлагаемым способом, показаны на фиг,2. Иэотермы нагрева (сплошная линия) получали на разрывной машине "INSTRON" после нагрева

ТЧЗ от комнатной температуры до температуры испытаний. Изотермы охлаждения (щтриховая линия) получали после нагрева ТЧЭ до 250 С и последующего его охлаждения до температуры испытаний. Аналогичные испытания можно также провести например, на установке для испытаний материалов ка ползуH PT31HTeSIBHQ Y) HPOMHOCTh ЛИМА5-2.

При кагр ужении ТЧЭ нагрузкой, которая наводит в кем напряжения, соответствующие точкам Л, В, С, Е, при термоциклировании в диапазоне температур мартенситного превращения реализуется перемещение в диапазоне деформаций от точки А до точки В. Услоловко границы диапаэока перемещений обозначены как 0 и 1, и в этом диапазоне показаны кривые процесса: ОК< в координатных осях перемещение температура, ОК Р вЂ” в координаткых осях перемещение — время (осцилло грамма).

Как видно из Аиг.2, характер перемещения во времени по сравнению с известным способом несколько изменен и соответствует охлаждению точно от аустенитного состояния (точка К ) до мартенситного (точка P). Кроме того, точки С и F< c:ooòâåòoòâ âò одной а, и той же температуре 35 С. Определит.-, это можно только с учетом различного положения изотерм нагрева и охлаждения .

Кривая процесса в координатах перемещение — температура (линия ОК, ) вообще не может быть построена при использовании известного способа (беэ учета различного положения изотерм нагрева и охлаждения флагообразная петля ОК< О вырождается в одну линию), На этой кривой, характеризующей процесс, линия ТО соответствует нагружению ТЧЭ перед испытанием, а флагообразная линия ОК,Π— изменению положения выходного звена при термоциклировании. При этом видно, что в зависимости от знака процесса (реализуется эффект памяти формы — на 5 14377 грев, или эффект пластичности превращения — охлаждение) одной и той же температуре соответствуют различные положения выходного звена. Например, 5 точки С при нагреве и Е, при охлажА о, денни соответствуют 35 С, при этом деформации ТЧЭ в этих точках раз: личны, Использование изобретения по срав- )p нению с известным техническим решением позволяет повысить точность измерений за счет определения температуры ТЧЭ при нагреве и охлаждении по изотермическим диаграммам нагружепия, 1g полученным при нагреве и охлаждении соответственно, а также за счет того, что нагрев и охлаждение ТЧЭ начинаются от строго определенной температуры и исключается "разброс" ТЧЭ в фазе нагрева и в ф,азе охлаждения. Кроr ме того, повышается научная ценность результатов, поскольку учитывается гестерезисный характер превращения.

Можно получить кривую процесса в ко- 26 ординатах перемещение (деформация) температура. Изобретение обеспечивает также повышение автоматизированности процессов измерения, т.е. после настройки устройства, в ходе экспери54 б мента, оператор не участвует в операциях нагрева охлаждения ТЧЭ. Эту функцию выполняет контур управления нагревом.

Формул а и з о б р е т е н и я !

Устройство для термомеханических исследований .эффекта памяти формь! и эффекта пластичности превращения термочувствительных элементов по авт,. св. Р 1350576, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, датчик положения дополнительно соединен с входами двух компараторов, вторые входы которых пораздельно соединены с задатчиками опорного напряжения, выход первого компаратора через дифференцирующую цепочку соединен с одним входом RS-триггера, выход второго компаратора через инвертор и дифференцирующую цепочку соединен с вторым входом RS-триггера, выход RS-триггера соединен с управляющей цепью коммутатора тока, а коммутатор тока установлен в цепи между концами термочувствительного элемента и источником электрической энергии.

1437754

Составитель В.Филатова

Техред А.Кравчук Корректор Л.Пилипенко

Редактор А.Orap

Заказ 5886/43 Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4