Устройство для определения энергии,рассеянной в материале за один цикл переменной нагрузки

 

Союз Сочетсник

Соцмвлистнческмк

Республик

963 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 04,01.78 (21) 2567938/25-28 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет

Государственный комите

СССР ио делам изобретений н открытий

Опубликовано 150780, Бюллетень ¹ 26

Дата опубликования описания 200780 (5З) Уд 531. 2: 539 3(088 8) (72) Авторы изобретения

Ю.Н. Плотников, И.В. Викторов, С.П. Лучинкин, С.Ю. Бадеев и В.Ю. Бирюков (71) Заявитель

Ростовский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ, РАССЕЯННОЙ В МАТЕРИАЛЕ ЗА ОДИН ЦИКЛ

ПЕРЕМЕННОЙ НАГРУЗКИ

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к исследованию прочностных свойств материалов путем приложения повторяющихся нагрузок и может использоваться для испытаний материалов на усталостную прочность.

Известно устройство для определения энергии, рассеяннои в материале при переменной нагрузке, содер:кащее датчик деформаций и датчик механических напряжений используемого материала, усилитель сигнала деформаций и усилитель сигнала напряжений, каждый из которых входом присоединен 15 к соответствующему датчику. К выходу усилителя сигнала деформаций присоединена фазосдвигающая цепочка. Измерительным прибором является микроваттметр, присоединенный одним вхо- 20 дом к выходу усилителя сигнала напряжений, а другим — к выходу фазосдвигающей цепочке (1) .

Однако известное устройство не обеспечивает достаточной точности, так как характеристика ваттметра имеет зону нечувствительности, форма характеристики нелинейна, а диапазон рабочих частот заметно ограничен. ЗО

Известно устройство для определения энергии, рассеянной в материале за один цикл пер менной нагрузки, содержащее датчик деформаций и датчик механических напряжений исследуемого материала, усилитель сигнала деформаций и усилитель сигнала напряжений, каждый из которых присоединен своим вхо .ом к соответствующему датчику, к выходу усилителя сигнала деформаций своим входом присоединен фазовращатель, сдвигающий сигнал на

90 . В устройстве имеются два множительных элемента, каждый из которых имеет два входа и один выход. Оба множительных элемента выполнены в виде четырехплечего резисторного моста, диагонали которого являются его входами. В два смежных плеча моста включено по одному термоэлектрическому преобразователю тока с квадратичной характеристикой, которые своими термоэлектрическими двумя выводами соединены последовательно и встречно. Два свободных термоэлектрических вывода образуют выход множительного элемента. Первый вход каждого множительного элемента соединен с выходом усилителя с.игнала напряжений. Второй вход «диого иэ

748177

1О

2О

s n сà — ь W/w (2 з

5Î

cg

65 к|ножн|тельных элементов соединен с выхацом усилителя сигнала деформаций. У, другого множительного элемента второй вход соединен с выходом фазовращателя, а его выход соединен со входам оконечного усилителя. B качестве измерительного прибора в устройстве использован электронный патенциометр. Измерительная цепь потенциометра соединена с выходом оконечного усилителя, а цепь измерительной схемы — со свободным выходом множительного элемента ? .

Однако это устройство также не обладает достаточн и точностью. Это объясняется тем, что коэффициенты термапреобразования термоэлектрических преобразователей неодинаково занисят ат температуры окружающей среды, характеристики преобразователей имеют неодинаковые отклонения от квадратичной зависимости. Указанные факторы принодят к погрешностям сигналан термоэлектрических преобразователей, что сильно сказь|нается, на точности результата умножения, поскольку выходной сигнал множительного элемента есть малая разность двух не малых сигналов термоэлектрических преобразователей, каждый из которых обладает некоторой погрешностью, Целью изобретения является повышение точности результатов измерений.

Указанная цель достигается тем, то устройства для определения энергии, рассеянной в материале за один цикл переменной нагрузки, снабжено допапнительным датчиком напряжений, каждый датчик напряжений выполнен н виде тензомоста, диаганаль питания основного датчика напряжений соединена с выходом фазонращателя, выход усилителя сигнала напряжений соединен c: змерительной цепью потенциометра, диагональ питания дополнительнага датчика напряжений соединена с ныхацом усилителя сигнала деформаций, à его измерительная диагональ соединена с цепью питания измерительной схемы патенциометра.

При таком выполнении устройства используется форма умножения сигналон деформаций на сигналы напряжений, осуществляемой непосредственно самимн датчиками, чем исключается необходимость в множительных элементах и исключаются погрешности, им присущие, На чертеже изображена блок-схема устройства для определения энергии, рассеянной в материале за один цикл переменной нагрузки.

Устройства содержит датчик 1 деформаций, который соединен со входам

2 усилителя сигнала деформаций. Выход 2 усилителя соединен с фазовращателем 3, осуществляющим сдвиг сигнала на 90". К выходу фазанращателя 3 подключен датчик 4 механических напряжений. Он выполнен в виде тензомаста и подключен к фазавращателю 3 диагональю питания, а его измерительная диагональ подключена ко входу 5 усилителя сигнала напряжений. Выход 5 усилителя соединен с измерительной цепью потенциометра б.

Дополнительный датчик 7 механических напряжений, также выполненный в ниде тенэомоста, своей диагональю питания соединен с выходом 2 усилителя сигнала деформаций. Измерительная диагональ 7 датчика соединена с цепью питания измерительной схемы потенциометра б. Потенциометр б ñîñтоит из измерительной схемы в виде моста, в который включен реохард 8.

Движок реохорда 8 соединен со входам усилителя 9 потенциометра. Нагрузкой усилителя 9 является электрический двигатель 10. Двигатель 10 жестко связан с движком реохорда 8 и показывающей стрелкой потенциометPc% .

Устройство работает следующим образом.

При переменных синусоидальных нагрузках на.испытуемый материал его деформации, и механические напряжения <У изменяются по следующим зависимостям

6 = о 5 I fl Nt 6 = бо 51п (иt4 -"))Ю где „ и („ — амплитуды деформаций и напряжений;

w — круговая частота; время; сà — сдвиг фазы напряжений, для которого справедливо соотношение где g w — энергия, рассеянная в материале, а

w — энергия, запасаемая н материале за один цикл переменной нагрузки.

Датчик 1 деформаций вырабатывает сигнал, пропорциональный деформациям в соответствии с зависимостью (1), После усиления в усилителе ". и прохождения фазонращателя 3 сиг;-:ал изменяется уже косинусаидальна

У = а Е„cos wt (3) где V - сигнал на выходе фазонращателя 3 ..

Сигнал Ч3 с выхода фазовращателя попадает на диагональ питания тензомоста датчика 4. Выходкой сигнал на измерительной диагонали тензамоста датчика 4 пропорционален механическим напряжениям (1) в испытуемом материале, умноженном на электрическое напряжение диагонали пит-ния. Поскольку эта диагональ питается напряжением Vy, пропорциональным деформациям, то выходное напряжение У4 датчика 4 оказывается пропорциональным произведению Ч3 на механическое напряжение (1). После усиления в усилителе

748177

5 на измерительную цепь потенциометра 6 будет приходить сигнал V5-, для которого можно написать а „0,со wt sin (wt d 3, (4)

Дополйительный датчик 7, также выполненный в виде тензоэлемента, пита- 5 ется непосредственно сигналом от усилителя 2 и не испытывает сдвига на 90 ". Поэтому выходной сигнал датчика 4 — V, поступающий на цепь питания измерительной схемы потенциомет-g ра 6, оказывается равным следующему выражению

Vg= Ъуg g„sin wt sin(wt 14 ) (5)

Таким образом, на измерительную цепь потенциометра 6 поступает сигнал )5 (4), а на цепь питания измерительной схемы — сигнал (5 ).

Положение показывающей стрелки потенциометра 6, жестко связанной с положением движка реохорда 8 его измерительной схемы, зависит от напряжения (4) и напряжения V на измерительной диагонали мостовой схемы потенциометра. Для напряжения V можно написать

V = g b F„6„sin wt ° sin(wt> Q> (6) где — смещение движка реохорда 8 от нулевого положения, выраженное в долях диапазона его напряжения.

Разность напряжений (4) и (6) пос- ЗО тупает на вход усилителя 9. Для этой разности получаем

yV = а, 6„cos wt sin(wt- Д -pbbs„

° sin wt sin (wt + К). (7)

Поскольку нуль-орган)потенциомет- 35 ра, включающий усилитель 9 и электрический двигатель 10, является инерцйонным звеном, то скорость его перемещения пропорциональна среднему значению сигнала (7) за период. 4Q

Выражая среднее значение сигнала

gV за период через интеграл, получаем для среднего значения ьЧ с) такое выражение

p Vc< — — a P„r>„f cv swt s i n (wt+6) к 4

2 г /ш

xd

Двигатель 10 перемещается до тех пор, пока не выполняться условия равновесия

50 д lср = 0 . (9)

Тогда из (8) простыми преобразователями можно получить следующий результат измерения (10) откуда из известных тригонометрических соотношений и выражения (2)получаем

При малых значениях q выражение (11) упрощается (12)

Использование предлагаемого устройства для исследования характеристик усталостной прочности материалов позволяет повысить качество результатов исследования за счет высокой точности устройства.

Формула изобретения

Устройство для определения энергии, рассеянной в материале за один цикл переменной нагрузки, содержащее датчик деформаций и датчик механических напряжений, усилитель сигнала деформаций и усилитель сигнала напряжения, каждый из которых входом соединен с соответствующим датчиком, фазовращатель, сдвигающий сигнал на

90, соединенный входом с выходом усилителя сигнала деформаций, а также электронный потенциометр, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, результатов измерений, оно снабжено дополнительным датчиком напряжении, каждый датчик напряжений выполнен в виде тензомоста, диагональ питания основного датчика напряжений соединена с выходом фазовращателя, выход усилителя сигнала напряжений соединен с измерительной цепью потенциометра, диагональ питания дополнительного датчика напряжений соединена с выходом усилителя сигнала деформаций, а его

-измерительная диагональ соединена с цепью питания измерительной схемы потенциометра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 282683; кл. G 01 0 7/00, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 419749, кл. С 01 L 5/10, 1971 (прототип).

7481 7

Составитель Ю. Востриков

Техред Я, Бирчак Корректор И. Муска

Редактор Ю. Петрушко

9 Тираж 1019 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4