Устройство для ультразвукового контроля усилия затяжки резьбовых соединений

О П И С А Н И Е1954820ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскизСоциалистичесиикРеспублик(23) Приоритет С 01 Э 17/04; С 01 Й 29/00 ЭвударатеалацЯ кемитет СССР ле делам лзабретенкЯ н юткрьпкЯДата опубликования описания 30,08,82(7 СТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОСИЛИЯ ЗАТЯЖКИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ 4 ретения - повышение точносусилия затяжки резьбовыхтем образования в контроте непрерывной циркуляции тразвука,Бель изоб ти измерений соединкний пу лируемом бол импульсов ульпикнутьа колею знаИзобретение относится к средствам измерения физических параметров теп, в частности к ультразвуковому контролю ве личины напряжения в резьбовых соединениях.Известно устройство для ультразвукового контроля усилия затяжки резьбовых соединений, содержащее соединенные последовательно преобразователь, усилитель, демодулятор и блок автоматической регу-о лировки усиления, выход которого соединен со вторым входом усилителя 13,Недостатком известного устройства является низкая точность измерений, об условленная тем, что прн излучении про дольных колебаний в тонких и длинных болтах возникают несколько типов колебаний с близкими по величине скоростями распространения и с амплитудой одного порядка. Это приводит к тому,.что при 20 определенных условиях может воэрезонанс то одного, то другого тип баний, что приводит к воэникновеии чительной погрешности. Поставпенная цепь достигается тем, что устройство для ультразвукового контроля усиляя затяжки реэьбовых соединений, содержашее соединенные последовательно преобраэоватепь, усилитель, демодулятор и блок автоматической регу- лировки усиления, выход которого соединен с вторым входом усилителя, снабже. но подключенными к выходу усилителя и соединенными последовательно первым формироватецем, пинией задержки, вторым формирователем, частотомером, вычислительным блоком и индикатором, а также генератором,.первый вход которого связан с выходом второго формирователя, выход - с преобраэоватепем и бпоком управления, четыре выходакоторого связаны соответственно с вторыми входамн гене954820 4импульсов, период которой определяется временем прохождения акустического импульса в контролируемом изделии 13 и временем задержки в схеме устройства и выражается формулой ратора, вычислительного блока, частотомера и первого формирователя.На чертеже представлена блок-схемапредлагаемого устройства.Устройство содержит соединенныепоследовательно преобразователь 1, усилитель 2, демодулятор 3 и блок 4 автоматической регулировки усиления, выходкоторого соединен с вторым входом усилителя 2, к выходу которого подключены Осоединенные последовательно первый формирователь 5, пиния 6 задержки, второйформирователь 7, частотомер 8 вычислительный блок 9 и индикатор 10, генератор 11, первый вход,которого связанс выходом второго формирователя 7, выход - с преобразователем 1, и блок 12управления, четыре выхода которого связаны соответственно с вторыми входамигенератора 11, вычислительного блока 9, 20частотомера 8 и первого формирователя 5.Преобразователь 1 акустически связанс контролируемым изделием 13 напримерболтом,Устройство работает следующим образом,Блок 12 управления запускает генератор 11, который вырабатывает электрический зондирующий импульс. Зтот импульсподается на преобразоватепь. 1, где он ЭОпреобразуется в акустический и посыпается в контролируемое изделие 13. Отражаясь от противоположного торца коитролируемого изделия 13, акустический импульс поступает вновь на преобразователь з1, где преобразуется в электрический иподается на усилитель 2. Последний охвачен цепью обратной связи, состоящей издемодулятора 3 и устройства 4 автоматической регулировки усиления, служащегодця поддержания определенного уровняусиленного отраженного импульса и исключения тем самым дополнительных погрешностей измерения, Первый формирователь5 срабатывает при поступлении на него 4переднего фронта усиленного отраженногоимпульса и посыпает сформированный импульс на пинию 6 задержки. Через времяТ, задержки импульс с выхода пинии 6задержки через второй формирователь 7подается на генератор 11, который зондирующим электрическим импульсом возбуждает преобразователь 1Балее процесс повторяется аналогично описанному выше.ЯПри этом в системе устройство- контролируемое иэделие" создается непрерывная циркуляция последовательности где 7 - период непрерывной циркуляцииимпульсов, с;Б - время прохождения акустическим импульсом контролируемого болта, с;, - время задержки измерительнымканалом устройства с.Период непрерывной циркуляции импульсов по команде с блока 12 управленияизмеряется частотомером 8 с высокойточностью по периоду, в частности, импульсов, запускающих генератор 11. Значение измеренного периода заносится ввычислительный блок 9, Поспе окончанияизмерения периода блок 12 управденияперестраивает первый формирователь 5на срабатывание от переднего фронта зондирующего импульса. В этом случае вустройстве возникает периодическая последовательность импульсов с периодом,равным задержке (осуществляемой всхеме устройства, поскольку из времениР исключается время ,По команде блока 12 управления замеряется время задержки и его значениетакже заносится в вычислительный блок9 где оно вычитается из значения периода, а разность запоминается, Из формулы (1 ) следует, что указанная разностьравна 1,,Бапее блок 12 управления вновь перестраивает первый формирователь 5 насрабатывание от переднего фронта отраженного импульса, После занесения значения измеренного периода в вычислительный блок 9 блок 12 управления перестраивает первый формирователь 5 на срабатывание от переднего фронта зондирующего импульса и частотомером Й измеряется задержка. Значение задержки заносится в вычислительный блок 9, где оно вычитается из значения измеренного передэтим периода. Затем вновь измеряетсязначение периода и снова цикл повторяется, При этом из полученной в каждомцикле разности периода непрерывной циркуляции импульсов и задержки ( ) вычитается значение ( эзанесенное в памятьвычислительного блока 9 в первом цикле,тем самым определяется Ь(изменениеИспользование устройства позволит с высокой точностью измерять усилие за 2 тяжки резьбовых соединений. 5 954 времени прохождения акустическим импульсом контролируемого изделия 13) определяется по формуле2 Ьу ) 5 где ), - длина болта, м;Ч - скорость распространения продольных ультразвуковых колебаний, м/с.Если контролируемое изделие 13 не О затягивается, то его длина и скорость распространения ультразвуковых колебаний неизменны и во всех циклах значение СБ неизменно. В этом случаед вычислении Вдет равно нушо. 1 ВЕсли же контролируемое иэделие 13 будет затягиваться . то под действием возникающих в нем механических напряжений изменяется его длина и скорость Ч. Эти изменения могут быть определены по формуламдь 1ЬЕ) где Ь - удлинение болта, м;Е - модуль Юнга, Па;6 - напряжение в контролируемомиэделии 13, Па;М - скорость распространения ультразвуковых колебаний в нагруженном контролируемом изделии13 м/с;Р - акустоупругий коэффициент 1 Па;Поэтому в вычислительном блоке 9 результат вычисления будет отличаться от нуля и выразится зависимостью2 Ь ьй Ь.ь),),;,-1 щ - - -(6)Б Б 6 БО Ч(, Ч40 где д 1 - изменение времени прохождения акустическим импульсомконтролируемого иэделия 13, с;СБ - Время прохождения акустическим импульсом затянутого конт4ропируемого изделия, 13, с;- время прохождения акустичесЬОким импульсом ненагруженногоконтролируемого изделия 13(6) 820еОпределить напряжение 6 в затягиваемом контролируемом изделии 13 по найденному значению Ь). можно двуМя пуБтями.В первом случае значение ЬС с вычислительного блока 9 подается на индикатор 10 и значение.определяют по градуировочным кривым.Во втором случае выражение (6) можно представить в форме уравнения второй степени относительно 6:- йО Вычислительный блок 9, решая в каждом цикле уравнения (7), выдает на индикатор 10 вычисленное значение напряжения в затягиваемом контролируемом изделии 13 в зависимости от Ь Формула и э о б р е т е н и я Устройство для ультразвукового контроля усилия затяжки резьбовых соедине.ний, содержащее соединенные последовательно преобразователь, усилитель, демодулятор и блок автоматической регулировки усиления, выход которого соединен свторым входом усилитепя, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено подключенными к выходу усилителя и соединеннымипоследовательно первым формирователем,линией задержки, вторым формирователем,частотомером, вычислительным блоком ииндикатором, а также генератором, первый вход которого связан с выходом второго формирователя, выход - с преобразователем, и блоком управления, четыревыхода которого связаны соответственнос вторыми входами генератора, вычислительного блока, частотомера и первогоформирователя,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США М 4062227,кл, С 01 М 29/00, 1977 (прототип).