СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАТЯЖЕНИЯ ДЛИННОМЕРНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2015 года по МПК G01L5/04 

Изобретение относится к силоизмерительной технике, в частности к способам определения натяжений протяженных (длинномерных) изделий, например металлических проводов и тросов, оптоволоконных кабелей, полимерных канатов, арматуры и др.

Известны устройства и способы измерения натяжения длинномерных изделий, включающие опирание участка длинномерного изделия (в данном случае, каната) в двух крайних опорных точках, нажатие на среднюю точку участка прогиба, измерение результирующего прогиба и определение по нему искомой величины натяжения (А.с. №311155 SU, МПК G01L 5/04. Динамометр для измерения натяжения канатов / Тарасенко В.Е., Мартьянов Ю.А., Ковалев А.Ф. // Бюл., 1971, №24; Пат. №2231031 на изобретение (РФ), МПК G01L 5/04. Способ измерения натяжения гибких длинномерных изделий и устройство для его осуществления / Кузнецов С.А., Гарбер Э.А., Виноградов А.И. (РФ). - №99112603/28; Заявлено 09.06.1999; Опубл. 20.06.2004; и др.).

Известные устройства и способы обладают следующими недостатками:

необходимость предварительной ручной настройки механической части измерительных устройств для задания необходимой марки провода или троса, что повышает трудоемкость измерений натяжения;

необходимость определения натяжения изделия по тарировочным диаграммам и влияние человеческого фактора при приложении мускульной силы для создания изгиба изделия, что снижает точность измерений натяжения;

чувствительность к изменению собственной жесткости гибких длинномерных изделий, которая меняется в широких пределах от температуры и условий эксплуатации, при измерении не учитывается влияние момента ее противления изделия изгибу, возникающему при отклонении изделия от оси натяжения.

Известен способ измерения натяжения в гибких длинномерных изделиях (например, в оттяжках опор линий электропередачи) методом свободных колебаний, включающий измерение частоты свободных колебаний изделия, вызванных оператором, и вычисление натяжения по зависимости:

где τ - период свободных колебаний изделия, с; l - длина изделия, м; G - масса изделия, кг; g - ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с²; T - натяжение изделия, H (Сборник методических пособий по контролю состояния электрооборудования / Под. ред. Ф.Л. Когана / М.: АО «Фирма ОР-ГРЭС», 2001. 494 с.).

Недостатком этого способа является ограниченность его применения только для свободно подвешенных длинномерных изделий, что исключает возможность применения данного способа для измерения натяжения проводов и тросов контактной сети, линий электропередачи и др. Кроме того, способ является трудоемким, требует значительных временных затрат и предусматривает ручное измерение частоты колебаний, что может привести к появлению значительной ошибки оператора.

Наиболее близким к заявленному является способ измерения натяжения длинномерных изделий (в данном случае арматуры), заключающийся в определении силы натяжения длинномерного изделия по измеренной основной частоте свободных затухающих колебаний, вызванных однократным кратковременным динамическим или статическим усилием на сформированный измерительный участок фиксированной длины длинномерного изделия (А.с. №236089 SU, МПК G01L 5/04. Способ определения величины натяжения арматуры / Сехниашвили Э.А., Горшков А.М., Саркисов Ю.С. и др. // Бюл., 1969, №6). Формирование измерительного участка осуществляется путем закрепления изделия на опорах на специальном стенде, а свободные затухающие колебания задаются при помощи однократного кратковременного динамического или статического усилия, а натяжение длинномерного изделия определяется при сравнении периода и декремента колебаний с эталонными для данного изделия.

К недостаткам известного способа можно отнести необходимость использования специального стенда, позволяющего зафиксировать измерительный участок длинномерного изделия, что повышает стоимость и трудоемкость измерения, а также ограничивает область применения способа теми изделиями, которые возможно закрепить на стенде. Кроме того, известный способ подразумевает необходимость хранения таблиц эталонных значений частот и логарифмических декрементов колебаний для всех типов изделий, натяжение которых планируется измерять, что усложняет применение способа на практике.

Предлагаемый способ измерения натяжения длинномерных изделий позволяет устранить указанные выше недостатки.

Целью изобретения является расширение области применения способа и точности измерения натяжения длинномерных изделий.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе измерения натяжения длинномерных изделий, заключающемся в определении силы натяжения длинномерного изделия по измеренной основной частоте свободных затухающих колебаний, вызванных однократным кратковременным динамическим или статическим усилием на сформированный измерительный участок фиксированной длины длинномерного изделия, измерительный участок формируют в произвольном месте длинномерного изделия посредством закрепления на нем двух грузов на фиксированном расстоянии между ними, а силу натяжения, действующую между закрепленными грузами, определяют по формуле:

где f - основная частота колебаний измерительного участка, Гц; ρ - плотность материала длинномерного изделия, кг/м³; S - площадь поперечного сечения длинномерного изделия, м²; l - длина измерительного участка, м.

На чертеже представлена схема закрепления грузов для формирования измерительного участка длинномерного изделия.

На чертеже приняты следующие обозначения: 1 - длинномерное изделие; 2 - груз; l - длина измерительного участка; - однократное кратковременное усилие (импульс силы).

Способ реализуется следующим образом.

На длинномерном изделии 1 в произвольном месте закрепляют два груза 2 на фиксированном расстоянии l. Посредством однократного кратковременного динамического или статического усилия на изделие 1 на измерительном участке между закрепленными грузами 2 вызывают свободные затухающие колебания и измеряют основную частоту f колебаний изделия 1 на этом участке. Силу натяжения T, действующую между закрепленными грузами 2, определяют по формуле (Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики: Учебное пособие для втузов. М.: Высшая школа, 2002. 718 с.):

Эта формула основана на известном уравнении стоячей волны, при этом точки закрепления грузов являются узлами стоячей волны. Необходимым условием образования узлов стоячей волны на измерительном участке длинномерного изделия при поперечных механических колебаниях является превышение не менее чем в 5 раз масс грузов 2 массы измерительного участка.

Использование предлагаемого способа измерения натяжения длинномерного изделия позволит расширить область применения способа путем создания измерительного участка колебаний длинномерного изделия при помощи двух грузов, закрепляемых в произвольном месте длинномерного изделия. Кроме того, предложенный способ позволит повысить точность измерения натяжения за счет исключения влияния сосредоточенных масс, расположенных на измеряемом длинномерном изделии за пределами измерительного участка.

Предлагаемый способ измерения натяжения длинномерных изделий основан на разработанных методах вибродиагностики, что позволяет создавать простые и надежные электромеханические устройства для проведения измерения, а также является неразрушающим, что имеет особое значение при его использовании в действующих технических объектах.

Изобретение относится к силоизмерительной технике, в частности к способам определения натяжений протяженных изделий, например металлических проводов и тросов, оптоволоконных кабелей, полимерных канатов, арматуры и др. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения натяжения длинномерных изделий. В способе измерения натяжения длинномерных изделий измерительный участок формируют в произвольном месте длинномерного изделия посредством закрепления на нем двух грузов на фиксированном расстоянии между ними. Силу натяжения, действующую между закрепленными грузами, определяют по формуле: , где f - основная частота колебаний измерительного участка, Гц; ρ - плотность материала длинномерного изделия, кг/м³; S - площадь поперечного сечения длинномерного изделия, м²; l - длина измерительного участка, м. 1 ил.

Способ измерения натяжения длинномерных изделий, заключающийся в определении силы натяжения длинномерного изделия по измеренной основной частоте свободных затухающих колебаний, вызванных однократным кратковременным динамическим или статическим усилием на сформированный измерительный участок фиксированной длины длинномерного изделия, отличающийся тем, что измерительный участок формируют в произвольном месте длинномерного изделия посредством закрепления на нем двух грузов на фиксированном расстоянии между ними, а силу натяжения, действующую между закрепленными грузами, определяют по формуле:
,
где f - основная частота колебаний измерительного участка, Гц; ρ - плотность материала длинномерного изделия, кг/м³; S - площадь поперечного сечения длинномерного изделия, м²; l - длина измерительного участка, м.