Устройство управления электромагнитной установкой для испытания материалов на усталость Российский патент 2022 года по МПК G01N3/32 

Изобретение относится к устройствам для испытания материалов на усталость, в частности к устройствам управления электромагнитной машиной.

Известно устройство [1], которое содержит соединенные последовательно усилитель частот, блок управления, задающий генератор, аттенюатор, усилитель мощности и вибровозбудитель, преобразователь механических колебаний, блок обработки и регистрации, вход которого соединен с выходом усилителя низких частот, второй выход блока управления соединен с вторым входом аттенюатора.

Недостатком данного устройства является невысокая точность определения параметров колебательного процесса (амплитуда и частота колебаний) и сложность их вычислений в процессе испытаний на усталость материалов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство управления электромагнитной установкой для испытания материалов на усталость [2], выбранное в качестве прототипа.

Данное устройство [2, с. 183] для циклических испытаний образцов в режиме автоколебаний, содержит датчик вибросмещения, усилитель тока, аттенюатор, фазовращатель, формирователь, интегратор, управляемый ограничитель, усилитель мощности, катушка возбуждения электромагнитного возбудителя, выпрямитель.

Недостатком этого устройства является невысокая точность определения параметров колебательного процесса (амплитуда и частота колебаний) при испытаниях на усталость и необходимость применения дополнительных световых датчиков.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении точности оценки параметров сопротивления усталости и стабильности частоты собственных колебаний при циклических испытаниях по схеме нагружения консольного изгиба плоских образцов.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство управления электромагнитной установкой для испытания материалов на усталость содержащее катушку возбудителя, тиристорный инвертор, пьезоэлектрический датчик виброускорения, усилитель переменного тока, двойной интегратор, фазовращатель, ограничитель и формирователь импульсов, триггеры, формирователи импульсов управления, измерительные органы, выпрямитель, усилитель постоянного тока, регулятор тока, задатчик амплитуды, в электронную схему устройства управления электромагнитной установкой введен блок автоматики с двумя замкнутыми контурами, один из них для возбуждения колебаний, а другой для стабилизации амплитуды колебаний, при этом контур для возбуждения автоколебаний включает катушку возбудителя колебаний образца, соединенную с тиристорным инвертором, пьезоэлектрический датчик виброукорения, который подключен к усилителю переменного тока, последовательно с которым включены двойной интегратор, к выходу которого подключены измерительные приборы, от двойного интегратора последовательно подключены фазовращатель, ограничитель и формирователь импульсов, содиненный с триггерами, выходы с которых подключены к формирователям импульсов управления, которые подключены к тиристорному инвертору, а контур для стабилизации амплитуды колебаний включает измерительный орган, соединенный с балансным двухкаскадным усилителем постоянного тока и через регулятор тока с тиристорным инвертором, к регулятору тока подключен фильтрующий конденсатор большой емкости, а задатчик амплитуды соединен с балансным двухкаскадным усилителем постоянного тока.

Изобретение иллюстрируется фиг.на которой изображена структурная схема управления электромагнитной установкой материалов для испытания на усталость.

Структурная схема системы управления установкой, показанная на фиг., содержит два замкнутых контура - один для возбуждения автоколебаний, другой для стабилизации амплитуды колебаний.

Контур для возбуждения автоколебаний состоит из катушки возбудителя 1 колебаний образца 2, соединенной с тиристорным инвертором 3. Колебания образца 2 регистрируются пьезоэлектрическим датчиком виброукорения 4, который подключен к усилителю переменного тока 5, последовательно с которым включены двойной интегратор 6, к выходу которого подключены измерительные приборы 7. От двойного интегратора последовательно подключаются фазовращатель 8, от него ограничитель и формирователь импульсов 9, а от него триггеры 10. Выходы с которых подключены к формирователям импульсов управления 11 и 12, которые в свою очередь подключены к тиристорному инвертору 3.

Контур для стабилизации амплитуды колебаний включает измерительный орган 13, соединенный с балансным двухкаскадным усилителем постоянного тока 14 и через регулятор тока 15 с тиристорным инвертором 3. К регулятору тока 15 подключен фильтрующий конденсатор большой емкости 16. Задатчик амплитуды 17 соединен с балансным двухкаскадным усилителем постоянного тока 14.

Установка работает следующим образом:

Катушка возбудителя 1 питается пульсирующим током от тиристорного инвертора 3. Колебания образца 2 передаются пьезоэлектрическому датчику виброускорения 4, который выдает электрический сигнал, зависящий от частоты и амплитуды колебаний образца 2. Сигнал датчика 4 усиливается усилителем переменного тока 5. На выходе усилителя включена частотно-зависимая РС-цепочка, выполненная в виде двойного Т-образного моста. Эта цепочка настроена на частоту 50 Гц и служит заградительным фильтром, препятствующим самовозбуждению системы от внешних помех с промышленной частотой. Сигнал затем дважды интегрируется двойным интегратором 6. К выходу интегратора подключается измерительные приборы 7, регистрирующие смещение, и измерительный орган системы стабилизации амплитуды колебаний 13. После двухкратного интегрирования получается электрический сигнал, пропорциональный смещению образца 2. У данного сигнала с помощью фазовращателя 8 устанавливается баланс фаз, необходимый для возбуждения автоколебаний. Регулировка фаз осуществляется с помощью двух регуляторов РГ и РТ, расположенных на задней панели: один из регуляторов предназначен для грубой РГ, другой - для тонкой РТ регулировки фазы. Далее этот сигнал поступает в ограничитель и формирователь импульсов 8, который преобразует синусоидальный сигнал переменной амплитуды в униполярные импульсы постоянной амплитуды с частотой, равной частоте колебаний образца 2.

Для согласования частоты включения тиристоров инвертора 3 с частотой колебания образца 2 применен делитель частоты в виде триггера 10 с раздельным запуском. С выхода триггера 10 снимаются два импульсных сигнала с частотой в два раза меньшей, чем частота колебаний образца 2. Сигналы сдвинуты относительно друг друга на 180 град. Включение тиристоров инвертора 3 осуществляется формирователями импульсов управления 11 и 12.

С измерительного органа контура обратной связи по амплитуде колебаний 13 поступает сигнал на балансный двухкаскадный усилитель постоянного тока 14 и регулятор тока 15, выполненный на составном транзисторе, задающий стабилизированное напряжение и питающий усилитель 14. Выпрямитель с фильтрующим конденсатором большой емкости 16 и регулятор тока 15 обеспечивают подачу на инвертор 3 напряжения, которое требуется для получения заданной амплитуды колебаний образца 2. Установка амплитуды осуществляется задатчиком 17.

Устройство управления электромагнитной установкой для испытаний на усталость может быть изготовлена следующим образом:

Усилитель переменного тока 5 собран на аналоговой интегральной микросхеме 140УД8А, представляющей собой операционный усилитель. В схеме предусмотрено регулирование коэффициента усиления. Сигнал датчика, усиливаемый усилителем, изменяется в процессе работы от 15 мВ до 400 мВ. Для частотной коррекции параллельно фильтру включен конденсатор типа К50-6.

Интеграторы 6 также собраны на аналоговой интегральной микросхеме 140УД8А. Связь между каскадами осуществляется с помощью сопротивления 11 кОм типа SMD и емкости 2,5 мкФ типа К50-6.

Для изготовления триггера 10, ограничителя и формирователя импульсов 8, силовой цепи, включающей тиристорный инвертор 3, катушку возбудителя 1 и регулятор тока 15 использовали транзисторы типа МП25; МП101; ГТ403; ТК-40; КТ-903А; КТ604Б, диоды серии 1N4007, резисторы регулировочные СП3-4; СП3-4AM, резисторы постоянные типа С5-35 В, конденсаторы постоянной емкости 1П0; 10Н; 68Н и электролитические тип SMD, стабилитроны Д815Е.

Пьезоэлектрический датчик виброускорения 4 применен типа ПАМТ-16К. В качестве средств измерения 13 и 7 могут быть использованы: универсальный счетчик импульсов Овен СИ8 для счета циклов и частот нагружения; цифровой вольтметр типа В7-17 и осциллограф группы С1 для наблюдения за колебательным процессом и регистрации величины и формы сигнала пьезоэлектрического датчика; мультиметр Овен ИМС-Ф1 для измерения тока; для измерения амплитуды колебаний оптическим, фотоэлектрическим и косвенным методами изпользуются: бесконтактный индуктивный датчик KIPPRIBOR, серии LA; бесконтактный оптический датчики ВБЗ; датчик виброскорости с токовым выходом типа ДВСТ.

Таким образом, предлагаемая установка для испытаний материалов на усталость по сравнению с прототипом позволяет повысить точность оценки параметров сопротивления усталости и стабильности частоты собственных колебаний при циклических испытаниях по схеме нагружения консольного изгиба плоских образцов за счет того, что в электронную схему управления электромагнитной установкой введено устройство блока автоматики в виде двух замкнутых контуров: один для возбуждения автоколебаний, а другой для стабилизации амплитуды колебаний. Высокая точность достигается за счет согласованной работы элементов контуров - для возбуждения колебаний состоящего из катушки возбудителя, тиристорного инвертора, пьезоэлектрического датчика виброускорения, усилителя переменного тока, двойного интегратора, фазовращателя, ограничителя и формирователя импульсов, триггера, формирователей импульсов управления, а для стабилизации амплитуды колебаний, состоящего из измерительного органа, выпрямителя, усилителя постоянного тока, регулятора тока, задатчика амплитуды.

Литература.

1. Авторское свидетельство SU 1499221 А1, 07.08.1989

2. Испытательная техника: Справочник. В 2-х кн. / Под ред. В.В. Клюева. - М.: Машиностроение. 1982. Кн. 1. - 528 с.

Изобретение относится к устройствам для испытания материалов на усталость, в частности к устройствам управления электромагнитной машиной. Техническим результатом от использования предложенного изобретения является повышение точности оценки параметров сопротивления усталости и стабильности частоты собственных колебаний при циклических испытаниях по схеме нагружения консольного изгиба плоских образцов за счет введения в электронную схему управления электромагнитной установкой устройства блока автоматики в виде двух замкнутых контуров: одного - для возбуждения колебаний, состоящего из катушки возбудителя, тиристорного инвертора, пьезоэлектрического датчика виброускорения, усилителя переменного тока, двойного интегратора, фазовращателя, ограничителя и формирователя импульсов, триггера, формирователей импульсов управления, а другого - для стабилизации амплитуды колебаний, состоящего из измерительного органа, выпрямителя, усилителя постоянного тока, регулятора тока, задатчика амплитуды. 1 ил.

Устройство управления электромагнитной установкой для испытания материалов на усталость, содержащее катушку возбудителя, тиристорный инвертор, пьезоэлектрический датчик виброускорения, усилитель переменного тока, двойной интегратор, фазовращатель, ограничитель и формирователь импульсов, триггеры, формирователи импульсов управления, измерительные органы, выпрямитель, усилитель постоянного тока, регулятор тока, задатчик амплитуды, отличающееся тем, что в электронную схему устройства управления электромагнитной установкой введен блок автоматики с двумя замкнутыми контурами, один из них - для возбуждения колебаний, а другой - для стабилизации амплитуды колебаний, при этом контур для возбуждения автоколебаний включает катушку возбудителя колебаний образца, соединенную с тиристорным инвертором, пьезоэлектрический датчик виброукорения, который подключен к усилителю переменного тока, последовательно с которым включены двойной интегратор, к выходу которого подключены измерительные приборы, от двойного интегратора последовательно подключены фазовращатель, ограничитель и формирователь импульсов, соединенный с триггерами, выходы с которых подключены к формирователям импульсов управления, которые подключены к тиристорному инвертору, а контур для стабилизации амплитуды колебаний включает измерительный орган, соединенный с балансным двухкаскадным усилителем постоянного тока и через регулятор тока с тиристорным инвертором, к регулятору тока подключен фильтрующий конденсатор большой емкости, а задатчик амплитуды соединен с балансным двухкаскадным усилителем постоянного тока.