Способ термомеханических исследований эффекта памяти формы и эффекта пластичности превращения термочувствительных элементов и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 9) (И) 4 С 01 И 25/00 ВСГОЖМ 1 Ф;,Бюл, кий Остапенко и механизмах, доступ к ТЧЭ, ет точность иэе влияет на кар ТЧЭ и окружаюиэмерения производятся ных устроиства всегда имеется где олнительно повыш и д мер тир щей к. датчик ния те ообмена межд й, Кроме тог ным способом ср ло п ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(46) 07.11.87. Р 41 (71) Ленинградс кораблестроитель ный институт(56) Авторское свидетельство СССР Р 970131, кл. С 01 К 7/00, 1978,О. Мегс 1 ег, К.И, Ме 1 гоп. К 1 пег 1 с аль г 1 егшодупав 1 ся оГ гпе япарешегпогу еГГесг 1 п гпаггепя 1 г 1 с И 1 Тд. апс 1 (Си И 1)Т 1 а 11 оеуя. - Лоигпа оГ арр 1 ау рЬуя 1 ся, ч. 50, Р 9, р, 5747-5756.(54) СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭФФЕКТА ПАМЯТИ ФОРМЫ И ЭФФЕКТА ПЛАСТИЧНОСТИ ПРЕВРАЩЕНИЯ ТЕРМОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, а более конкретно - к технике для теплофизических измерений, и может быть испопьзовано при исследовании уст ройств 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 и удобства исследований, а также повышение их информативности за счет обеспечения непрерывности измерений. Способ термомеханических исследований эффекта памяти формы и эффекта пластичности преврашения ТЧЭ включает нагружение термочувствительного элемента из материала с памятью формы, термоциклирование в диапазоне температур мартенситного превращения. Перед испытанием определяют изо термические диаграммы нагружения ТЧЭ в диапазоне температур мартенситного превращения, а об изменении температуры во времени судят по изменению во времени степени деформации ТЧЭ под действием нагрузкиУстройство для реализации способа содержит исследуемый ТЧЭ, выходное звено которого соединено с нагрузкой и который снабжен средством нагрева. Выходное звено ТЧЭ кинематически связано с датчиком положения, который электрически связан с входом шлейфового осциллографа. Повышение точности достигается за счет того, что ТЧЭ сам реагирует на изменение температуры изменением степени деформации под нагрузкой, и, таким образом, тепловая инерционность датчика не влияет на результат измерений,. Измеряется не температура, а степень деформацииТЧЭ, а о температуре судят по результатам предварительно полученных изотермических диаграмм нагружения. Как правило, такие диаграммы являются паспортными характеристиками ТЧЭ, что упрощает практическую реализацию способа. При этом датчик положения (которым измеряется степень деформации) расположен вне зоны ТЧЭ. Это повышает удобство измерений, особенно при исследования ТЧЭ, установленных150576 непрерывно, что повышает научную ценность результатов измерения, Приэтом определяются основные с точкизрения практического применения ТЧЭпараметры эффектов памяти формь и 1Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, а более конкретно к технике для теплофизических измерений, и может быть использовано при исслецовании устройств и механизмов с термочувстви" тельными .элементами ТЧЭ из материала с памятью формулы; для исследования самих ТЧЭ, например для определения их частотных характеристик. 10Целью изобретения является повышение точности и удобства исследований, а также повышение их информативности путем обеспечения непрерывности измерений, 15Повышение точности достигается эа счет того, что ТЧЭ сам реагирует на изменение температуры изменением степени деформации под нагрузкой и, таким образом, тепловая инерционность 20 известного датчика не влияет на ре. зультат измерений, Измеряется не температура, а степень деформации ТЧЭ а о температуре судят по результатам предварительно полученных изотермических диаграмм нагружения. Такие диаграммы являются паспортными характеристиками ТЧЭ, что упрощает практическую реализацию способа. При этом датчик положения, которым измеряется ЗО степень деформации, расположен вне зоны ТЧЭ. Это повышает удобство измерений, особенно при исследовании ТЧЭ, установленных в реальных устройствах и механизмах, где не всегда 35имеется доступ к ТЧЭ, и дополнительно повышает точность измерения, таккак датчик не влияет на картину теплообмена между ТЧЭ и окружающей средой. 40Кроме того, измерения предложеннымспособом производятся непрерывно, ане ступенчато как по известному способу, что повышает информативностьизмерения. При этом определяются основные с точки зрения: практическогоприменения ТЧЭ параметры эффектов пластичности превращения, степеньдеформации, величина механическихнапряжений и температура ТЧЭ, а также их изменение во времени при нагреве и охлаждении. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. 2памяти формы и пластичности превращения: степень деформации, величина механических напряжений и температура ТЧЭ, а также их изменение во времени при нагреве и охлаждении.Практическая значимость предложенных способа измерения и устройства заключается в томчто устройства и механизмы с ТЧЭ; как правило, работают в противофазе, те. поочередно деформируют друг друга. При этом нельзя нагревать следующий ТЧЭ, пока не остыл предыдущий. Предложенным способом можно определить скорость падения механических напряжений и температуру в ТЧЭ, что позволит определить их амплитудно-частотные характеристики.На фиг. 1 показана схема измерений; на фиг. 2 - результаты опытной проверки параметров пластичности превращения, полученных предлагаемым способом.Предлагаемый способ был опробован на ТЧЭ в виде проволоки диаметром 2 мм и 0,2 мм из сплава ТН, Изотермические кривые в координатных осях напряжение-деформация показаны ча фиг. 2. На схеме измерений показан термочувствительный элемент ТЧЭ 1, который одним концом жестко прикреплен к неподвижной опоре 2 а другим концом связан с гибкой тягой 3, к которой подвешен груз 4. Тяга закреплена на барабане 5 скобой 6, установленной в проточку 7. На оси 8 барабана 7 установлен потенциометрический датчик, крайние точки которого соединены с аккумуляторной батареей АБ, а подвижный контакт электрически связан с входом операционного усилителя, выход которого соединен с входом шлейфного осциллографа.Измерения производили следующим образом.1.1Т 13. 1 цагржа(ц гру:ом (, (:оторый наводил в ТЧЗ ис(иятательцое ехал- ческое напряжения б , под действием которого ТЧЗ растягивался. При5 нагреве ТЧЭ через диапазон температур обратного мартенситного превращения реализовывался эффект памяти формы, ТЧЭ сокращался. Однако восстановление формы не было це полным, 10 .а соответствовало=Е б, , где Е модуль упругости высокотемпературной фазы (полное восстановление произошло бы при устранении груза 4).Нагрев может осуществляться откры тым пламенем, электроконтактным, а также любым другим методом. После отключения ТЧЭ от источника нагрева он начинает остывать, а поскольку в процессе охлаждения через диапазон 20 температур мартенситного превращения сопротивление деформации падает (эффект пластичности превращ(ения), то величина деформации, наводимой напряжением 5 , увеличивается. На осцил лографе получается результат в виде изменения степени деформации ТЧЭ во времени (нижцие кривые на Лиг. 2), Охлаждение происходит за период Т.Поскольку каждому значению степени ЗГ деформации соответствует определенная величина падения пластичности, .то по степени деформации в данный момент времени однозначно определяются сопротивление неупругому деформированию и температура ТЧЭ. Так, например, охлаждение до температуры 48 С, точка А(, произойдет за вреомя а, а до температуры 38 С - за время а и т.д. 40Способ можно использовать не только для измерения параметров пластичности превращения и памяти формы отдельных ТЧЭ, но и для измерения этих параметров в устройствах. Для 45 этого достаточно связать датчик положения с выходным звеном устройства.В качестве датчика положения может использоваться не только потенциометр, но и другие, напРимеР, индук ционные датчики.Использование предлагаемого изобретения не должно вызвать затруднений, связанных с переходом на новый способ измерения, поскольку техничес кая реализация предлагаемого способа проста и не требует использования уникального оборудования. Способ реализуется при помощи широкораспростран(цц (х 1 и(втоциаир(ме 11 потец ц(ометрцчесьцх 3 а Гчцков г шеРцх осцил:(ографов.Таким образом, предложег(цое решение обеспечивает возможность повьш(еция точцости измерений эа счет того,что при изменении температуры элемента под нагрузкой изменяется степеньего деформации, что обуславливаетсяэффектом пластичности превращения(при охлажде(гци) или эффектом памятиформы (при нагреве), Т.е. датчикомявляется сам ТЧЭ. Измерения степени деформации ТЧЭ производятся беэзапаздывания, связанного при традиционных способах измерения терморезисторами или термопарами с тепловойинерционностью датчика температуры.Иэотермы материала с памятью формыявляются паспортными характеристикамиматериала и хорошо известны.Кроме того, дополнительно повышается точность измерения закона изменения температуры при исследованииконкретных устройств с ТЧЭ из материала с памятью формы за счет того,что при исследовании нет необходимости устанавливать датчик и соединительно-крепежные элементы на ТЧЭ, чтовьзывало бы изме(гение картины теплообмена. Датчик де(,ормации может находиться за пределами самого исследуемого устройства,Упрощается процесс измерения засчет того, что при исследовании нетнеобходимости в разборке уетройствадля установки на Т 1 Э датчиков температуры и последующей герметизацииэлектрических проводов, связывающихдатчик с измерительной системой. Измерения производятся за пределамиисследуемого устройства.Повышается унифицированность процесса измерения за счет того, чтоодин и тот же датчик деформации с осциллографом может быть использовандля измерения в разных устройствах,работающих в различных диапазонахтемператур,Измерения предложенным способоммогут производиться в химическиактивных средах. ТЧЭ имеют высокуюхимическую стойкость, что определяет возможность их применения в такихсредах, однако не все традиционныедатчики способны работать в пвследних.Измерения производятся непрерывно, а не ступенчато как по известно 1 (1 му способу, при любых скоростях термоциклирования, что повышает научную ценность результатов измерения.Формула изобретения51. Способ термомеханических исследований эффекта памяти формы и эффекта пластичности превращения термо чувствительных элементов, включающий Нагружение исследуемого элемента из материала с памятью формы, последующее термоциклирование с,циапазоне температур мартенситного превращения и определение величины механических напряжений, температуры термочувствительного элемента, а также изменение этих величин во времени при нагреве и охлаждении, о т л и ч а ю - щ и Й с я тем, что, с целью повышения точности и удобства исследований, а также повышения их информативности путем обеспечения непрерывности измерений, во время термоциклиро вания дополнительно измеряют деформацию исследуемого тер."1 очунствительного элемента, о его температуре судят по результатам предварительно полученных изотермических диаграмм нагружения в диапазоне температур мартенситного превращения, а о изменении температуры элемента во времени судят по изменению во времени его деформации под действием нагрузки,2. Устройство для термомеханических исследований эффекта памяти формы и эффекта пластичности превращения термочувствительных элементов, содержащее опору для закрепления конца исследуемого термочувствительного элемента, средство нагрева и выходное звено исследуемого элемента, соединенное с нагрузкой, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что с целью повышения точности измерения и упрощения этого процесса, выходное звено элемента дополнительно кинематически связано с датчиком положения, который электрически соединен с входом шлейфного осциллографа.Составитель В, филатРедактор Л. Гратилло Техред Л.Олийнык орректор Л. Тяск одписноР омитета открыти 4/5 ская наб.,изводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 каз 5279/44 ВНИИПИ по д 113035, Тираж 776 Государственног елам изобретений осква, Ж, Ра