Устройство для измерения защемленности стержня в конструкции

"ЖЛмОТ; АЪ ф вого нный нипроектировщика счет- М,: Госстройиэдат,именение вибраследовании меий. Л., 1976,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Ростовский ордена ТрудКрасного Знамени государствверситет им.М.А,Суслова(56) Справочникно-теоретический1964, с.944.Лурье Ф.М. и др. Прционного метода при обталлических конструкцс.18.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЗА 1 ЦЕМЛЕННОСТИ СТЕРЖНЯ В КОНСТРУКЦИИ(57) Изобретение относится к области методов экспериментального исследования механических параметров стержне" вых 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" уО ния выводов постоянного 10 и регулировочного 11 резисторов. 3 ил.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 натрузкой и его несущую способность при продольном и поперечном изгибе. Таким образом, зная Фактическую 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 - эквивалентная электрическая схема устройства, поясняющая его работу,На фиг. 1 изображена кривая 1 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 ) отсчитывается от его недеформированной оси М с началом отсчета О в середине вибронролета стержня с. Положение концов 3 вибропролета стержня .) /2 определяется условиемУ, . Расстояние между точками 4 перегиба изогнутой оси стержня, где ее кривизна обращается в нуль, именуется свободной нли расчетной длиной стержня Амплитуда колебаний в среднем се-чении стержня - ) . В сечениях + а и -а - амплитуды колебаний соответственно )аа и ), . Кривая 2 колебаний стержня при отсутствии защемлений по концам описывается уравнением(о 2о15С сечениями О + а - а связаны1 )датчики 5 - 7, преобразующие амплитуду колебаний в пропорциональный электрический сигнал ЭДС. Коэффициентыпреобразования периферийньпс датчиковравны между собой, но мОгут Отличаться От коэффициента преобразованиясреднего датчика 1,). При этом(2)Первичные электрические сигналы датчиков Е, Е , Е а преобразуются преобразователем 8 в единый выходной сигнал д, линейно связанный с величиной А:с 1 ссА + 3,гдеО, а( )/У,. (3)Электрическая схема устройства 35(фиг.2) представляет собой измерительную цепь последовательно соединенных элементов, заземленную по 40концам.Цепь условно расчленяется на дваучастка 1 и 11, сопрягающихся в узле9. Участок 1 содержит постоянный резистор 10, имеющий сопротивление Ки датчик 5 с внутренним сопротивлением г , врабатывающий ЭДС Е Участок11 содержит датчики 6 и 7 с внутренним сопротивлением гаа, г а 1 вырабатывающие ЭДС Еаа к Е соответствен" 50аа -ано, а гакже регулировочный резистор11 с подвижным контактом (не показан)с текущим сопротивлением й . Величиг"на этого сопротивления отсчитываетсяпо линейной шкале 12, причем выпол-вяется соотношениедК -= К - Е = 1(й - д ) =3 дс 1, (4)где 1 - цена деления, Ом,3 1236 Ко, д- величины К и Й, соответствующие нулевому уровню защемленности.Узел 9 сопряжения участков 1 и 11 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 индикатор оставался в равновесии,Введение обратной связи 14 эквивалентно условию О = О или введению перемычки 15, показанной пунктиром. В эквивалентной схеме можно условно выделить при этом два контура с токами Э о и 1 , причем из условияфакти" ческой неразветвленности измерительной цепи 3 З,.Исходя из закона (2) пропорционального преобразования амплитуд колебаний в ЭДС датчиков, параметр защемленности стержня А преобразуется в отношение ЭДС В следующим образом. к где и = - фЗО 35 40Таким образом, реализуется первый этап - преобразование сигналов датчиков в единый выходной сигнал Й, линейно связанный с параметром кривой колебаний А. Далее второй этап - осу 45 ществление этого преобразования на .шарнирно закрепленном стержне с нулевой защемленностью. При этом й ЙоУ А = А , что при подстановке в равенство (6) дает Согласно уравнению (7), вычисленои подобрано сопротивление резистора К = 32,5 кОм. Ему соответствует К = 50= К - г = 32 кОм. В качестве постоянных сопротивлений в измерительной цеФпи использованы известные резисторы. К362 4Третий, заключительный этап - получение характеристики уровня защемленности стержня Ь = А - АУстройство осуществляет искомую форму связи характеристики защемленности с выходным сигналом о Ь = 2 о И - й ).соз --- ,(9) К 7В 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 ЕМЧ, причем частота лежит в интервале 20 - 55 Гц. Поскольку все три контролируемые сечения стержня (О, +с 1, -й) колеблются с одной частотой и синфазно, преобразование характеристики А в отношение ЭДС В сохраняет вид равенства (5). Внутреннее сопротивление всех датчиков г = 500 Ом, отношение коэффициентов преобразования о - 1, причем условие 1,о,= К выполнено путем подбора датчиков с погрешностью не более 0,1%, Датчики располагаются в четвертях пролета стержня ( а= = 2/4), следовательно базовое значео Фние А = 2 соз -- = 1 414.4В 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 оо К = 45 1 кОм. Соответственно К = К + г о г + 2 г = 46,1 кОм.(8) и, соответственно, устанавливаетсязависимость В качестве нуль-индикатора использован аналого-цифровой преобразователь с четырехразрядной индикацией уровня потенциала узла 9. Обратная связь осуществляется оператором, ко1236362 Д 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 установО лен нулевой отсчет по шкале д = О. Благодаря этому определение характеристики уровня защемленности стержня упрощается: Ь = (2 соз в -) -"-, й7 аВо, 461001 414 ---- с 1 = 0,0169, (10)Как видно из уравнений (9) и (10), коэффициент преобразования выходного сигнала Й в искомую характеристику Ь совершенно не зависит от коэффициентов преобразования датчиков 1 и их отношения с 1. 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 изобретени. Устройство для измерения защемленности стержня в конструкции, включающее датчики амплитуды колебаний, установленные в центре и на концахстержня, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения точности изме"рения оно снабжено постоянным резистором регулировочным резистором сустройством отсчета его сопротивления, нуль-индикатором потенциала собратной связью, причем один выводдатчика, установленного в центре стержня, эаземлен, а другой вывод черезпоследовательно соединенные междусобой постоянный резистор, регулировочный резистор и один из датчиков,установленный на одном конце стержня,подключен к одному иэ выводов датчика, установленного на другом концестержня, другой вывод которого заземлен, а подвижный контакт регулировочного резистора соединен обратной связью с нульиндикатором потенциала,подключенным к общей точке соединениявыводов постоянного и регулнровочногорезистора./5 роизводственно-полиграфическое предприяти город, ул,Проектная,каз 3083 У 46 Тираж 778 ВНИИПИ Государствен по делам изобрет 113035, Москва, Ж