Способ измерения механических напряжений

(54) СПОСОБ ИЗМЕНАПРЯЖЕНИЙ НИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ится к прибоь испольэова(57) Изобретени ростроению и мо но для иэмерени жений в феррома атно т бы меха еских напрянитных материал ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) Авторское свидетелР 462982, кл. С 01 1 1/Авторское свидетельсУ 205666, кл. С 01 Е 1/ с малым гистерезисом. Цель изобретения - повышение точности измеренияза счет исключения влияния зазораи температуры на результат измерений.Коммутатор 5 по командам блока 13управления подает на вход анализатора 6 спектра ЗДС измерительных обмо"ток преобразователей 3 и 4, а затемразность указанных ЭДС. Первая гармоника каждого из укаэанных сигналовпоступает на входы вольтметра 7 ифаэометра 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 датчикаусиления в эталонном образце 10 после аналого-цифрового преобразованияв блоке 12. Значение контролируемогомеханического напряжения рассчитывается вычислительным блоком 14 по приведенным формулам, 2 ил.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)(1)г р,щфсгде К - активная составляющая пол"ного (комплексного) магнитного сопротивления цепи, рассматриваемого попервой гармонике магнитнойиндукции;и 11 и - эффективные эначениЯ относительной магнитной проницаемости соответственнорабочей области контролируемого изделия и магнитопровода, взятые по первой гармонике магнитнойиндукции,Ь 0 ьЬ,Ьг - коэффициенты, зависящие отгармонических параметровмагнитопровода, Ь , крометого, зависит от величиныустановочных зазоров Ь иЬг между магнитопроводоми контролируемым изделиемот его значения 1 н в ненагруженномсостоянии: 5 Рг =Р Рн= К 1 н%где К - коэффициент магнитоупругойчувствительности,Параметры р , Крзависят отвеличины намагничивающего поля, следовательно от амплитуды синусоидапьного тока, питающего возбуждающиеобмотки преобразователей, т.е.н=н(1), К=К,(1), м =,фЫ 1).Перепишем уравнение (5) в виде1 1 (3)у =а+а. -- + ао ( 1) г р (1)фгде у=В /(2 И Ии) - нормированное 2 Омагнитное соап - нормированные коэффициентыЬ- частота питающего тока;М М - количество витков возбуждаиющей 1 и измерительной 11 30обмоток преобразователя соответственно (рис, 1).Можно показать, что параметр у связан с измеряемыми параметрами - амплитудой Е и фазой у первой гармониЗ 5 ки ЭДС измерительной обмотки преобразователя соотношением Под фазой (у понимается сдвиг фаз меж О ду питающим током 1 и первой гармоникой Е ЗДС измерительной обмотки,Измерения, производимые при намагничивании контролируемого изделия вдвух взаимно перпендикулярных направлениях и при двух различных значениях1, 1 амплитуды 1 питающего тока,описываются системой четырех уравнений:з 1273754 4Коэффициент а зависит от зазоровЬ, и Ь между преобразователем и конгп тролируемым изделием, следовательно, 1(Е- Е 1эт (1) его значения ао и а неодинаковы (и Ъ)1 .Е(3 для преобразователей, установленныхЕА параллельно и перпендикулярно направ- =1 щ1 рлению нагружения ОК.Будем считать выполненным следую- (,.) 1 ЕЬИд 2 щее условие малости магнитоупругого) Е)( (1)Е 2(11) приращения: 1 Ох Яп Р(1; )+ с(,(1) -и (1; )где ду(1=уц (1 )-у 1 ), 3=1,2(8)ф8=-а (1+К ),(-( -- 2- " --- ), (9)К (12) К (1р И 3,1 р (1 )325 По результатам измерений, производимых при намагничивании эталонного образца, получаем соотношения, аналогичные (6) - (9)й ф д (11) -ду (1 (10) 30ЯУ д у (1 ) =у (1 )-у(1), ) =1,2,(11) 35(12) 40 Поскольку эталонный образец выполнен,из материала контролируемого изделия и имеет температуру контролируемого изделия, тоБ = Б45(13) Из уравнений (7) и (10) с учетом13) получаем расчетное соотношение ду (1,) -ду(1 . 50ду (1 ) ду (1 )эгПри вычислении ду, д у по приведенным формулам появляется большая относительная погрешность вследствие вычитания близких чисел. Укаэанная погрешность не возникает, если применять формулы, выведенные из соотношений: 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 12737Блок 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 генератор 1 записывает возбуждающие обмотки преобразователей 3 и 4 синусоидальным током с ам О плитудой Т,.Коммутатор 5 но командам блока 13 управления подает на вход анализатора 6 спектра ЭДС измерительных обмоток преобразователей 3 и 4, а затем раз ность укаэанных ЭДС, получаемую путем последовательно-встречного включения измерительных обмоток. Первая гармоника каждого из трех указанных сигналов поступает с выхода анализа тора спектра 6 на входы вольтметра 7 и фазометра 8. Иа другой вход фазометра 8 поступает сигнал с выхода генератора 1.Вольтметр 7 работает в двух режи мах измерения; в первом измеряется амплитуда первой гармоники ЭДС измерительных обмоток преобразователей 3 и 4 (высокий уровень напряжений), во втором - амплитуда первой гармони ки разности указанных ЭДС (низкий 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-цифрового преобразования в блоке 12 поступают на вход вычислительного блока 14.Это следующие параметры: Е(Т,), Е(1), Е (1,), СР(,(1,), Ц (1, ), Ч (1,), ОЗатем по сигналу блока 13 управления амплитуда питающего тока на выходе генератора 1 изменяется с 1, на 12,и описанная измерительная процедура полностью повторяется. В реэуль тате на вход вычислительного блока 14 поступают следующие параметры:Е ( (12) э ЕЛ(12) в Е12)(у) ф(12.) э Рь(12)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 12амплитуды намагничнвающего тока,В результате на вход вычислительного блока 14 поступают следующие паСР(1,),Ср",(1),р(1 ) (; = 1 2),Кроме того, в вычислительный блок14 поступает показание датчика 10усилия в эталонном образце после аналого-цифрового преобразования в блоке 12Значение контролируемого механического напряжения рассчитываетсявычислительным блоком 14 и выдаетсяим к устройству регистрации,Ф о р м у л а изобретенияСпособ измереция 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 щ и й с я 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, измеря(т их амплитуды Е, Е, Е и фазы ц(, ср соответственно, причем измерения проводят при двух значениях амплитуды синусоидального тока 1 и 12, питающего намагничивающие обмотки преобразователей, после чего аналогичные измерения проводят, намагничивая этими же преобразователями одноосно нагруженный эталонный Ьбразец, изготовленный из материала контролируемого изделия и имеющий его температуру, после чего вычисляют механическое напряжениео иэ соотнопенияэт ьу(1 г) ьу(1 )1273754 эт,(13) Е д (11) Б - площадь поперечного сечения эталонного образца,эт ят Эт м5 Е ,Е,Е орректор С, Шекмар 78 комитета СС дпнсно откр шская наб., д. г, Ужгород, ул. ктна Р - заданная силанагружения эталонного образца;3 1,2 - номер измерения; Составитель В. Родинедактор Л. Веселовская Техред В.Кадар аказ 64 б 7/38 Тираж ВНИИПИ Государственно по делам изобретени 113035, Москва, Ж, Роизводственно-полигра ическое предприя- результаты измерений параметров выходных сигналов, производимых при нама-:.пичивании эталонного образца.