Способ измерения механических напряжений в ферромагнитных изделиях Советский патент 1983 года по МПК G01B7/24 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерителям механических напряжений с помощью средств, использующих явле ние магнитоупругости ферромагнитных материалов, и может использоваться для контроля напряженного со тояния ферромагнитных деталей и конструкций.

Известен способ измерения механических напряжений, заключакяцийся в том, что устанавливают на изделие П-образный магнитопрОвод с возбуждающей и измерительной электриче ними обмотками,возбуждают,пропуская ток по возбуждающей обмотке,переменное магнитное поле в изделии, измеряют электрическоа напряжение на измерительной обмотке и по результатам измерений судят о величине механргческих напряжений l .

Электрическое напряжение на измерительной обмотке при равных нулю механических напряжениях имеет некоторое начальное значение. При действии механических напряжений изменение электрического напряжения обычно невелико по сравнению с начальн-лм значением и это изменение трудно измерять с удовлетворительной точностью на фоне начального значения.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ измерения механических напряжений, заключающийся в том, что устанавливают на изделие крест-накрест два П-образных магнитопровода, первый с возбуждающей, второй с измерительной электрической обмоткой, возбуждают с помощью первого магнито провода переменное магнитное поле в изделии, измеряют информативный параметр с помощью второго магнитопровода - электрическое напряжение на его измерительной обмотке - и по результатам измерений судят о величине действующих механических напряжений 2 .

Электрическое напряжение на измерительной обмотке при отсутствии механических напряжений равно нулю и возникает за счет магнитного потока, появляющегося в магнитопройоде в результате возникновения анизотропии магнитной проницаемости материала изделия под воздейс вием механических напряжений. Однако вели™ чина магнитного потока сущестззенно зависит от величины воздушных зазоров между изделием и полюсаг-ш магнитопровода, от амплитуды и частоты тока возбуждающей обмотки, что снижает точность результатов измерений. Цель изобретения - повышение точности результатов измерений путем |уменьшения влияния внешних воэмущаю щих факторов.

Указанная цель дocтигaeтdя тем, что согласно способу измерения меха нических напряжений в ферромагнитных изделиях, заключающемуся в том, что устанавливают на изделие крестнакрест два П-образных магнитопровода, первый с возбуждающей, второйс измерительной электрической обмоткой, возбуждают с помощью первого магнитопровода переменное магнитное поле в изделии, измеряют информативный параметр с помощью второго магнитопровода и по результатамизмерений судят о величине механических напряжений, поворачивают второй магнитопровод вокруг оси скрещивания, нйходят только такое его положение, при котором электрическое нёшряжение на его измерительной обмотке равно нулю, измеряют угол между плоскостями магнитопроводов, а в качестве информативного параметра принимают значения последнего.

Как показывает картина распределения магнитного потенциеша на поверхности ферромагнитных изделий между полюсами магнитопровода с возбуждающей обмоткой, эквипотенциальная линия, проходящая посредине меж- ду полюсами нормально к плоскости этого магнитопровода, под влиянием механических напряжений поворачивается на Некоторый угол, пропорциональный их величине, а по направлению их знаку. Поэтому положение второго магнитопровода, при котором электрическое напряжение на его измерительной обмотке равно нулю, соответствует новому положению упомянутой эквипотенциальной линии, а угол между Ьлоскодтями магнитопрводов несет информацию о действующих механических напряжениях. Положение эквипотенциальной линии зависит лишь от анизотропии магнитной проницаемости материала изделия вызванной действием механических напряжений. Оно, практически, в определенных пределах, не зависит от величины внешних возмущакндих факторов (воздушных зазоров между изде-ЛИЯМИ и полюсами магнитопроводов, амплитуды и частоты тока возбуждающей обмотки). За счет этого предлагаемый способ обеспечивает повышение To iHocTH результатов измерений.

. На чертеже приведена картина распределения магнитного потенциала на поверхности изделия -при действии механических напряжений.

Способ измерения механических напряжений осуществляют следующим образом.

На нагружаемом образце изделия из конструкционной стали устанавливают крест-иакрест два П-образных магнитопровода из электротехнической стали с расстоянием между Полюсами 30 л и высотой 20 мм, первый с возбуждающей обмоткой 200 витков, второй с измерительной обмоткой 800 вит ков. С помощью первого магнитопровода путем пропускания по возбуждающей обмотке тока возбуждают в изделии переменное магнитное поле. При отсутствии механических напря жений картина распределения магнитного потенциала между полюсами будет симметричной. Поэтому эквипотенциаль ная линия, проходящая посредине между полюсами 1 и 2, будет представлят собой прямую линию и занимать положе ние а-а, как показано на чертеже. Под воздействием механических напря женийб , магнитная проницаемость ферромагнитного материала изделия и меняется по-разному вдоль и поперек дейЪтвия механических напряжений.За счет появившейся анизотропии магнит ной проницаемости картина распределения магнитного потенциала станет /асимметричной, а средняя эквипотенциальная линия повернется на некоторый угол1 4, пропорциональный в уп ругой области величине механических напряжений d , и займет новое положение .. Для нахождения этого положения поворачивают второй магнитопровод вокруг оси скрещивания обоих магнитопроводов и находят такое его положение, при котором электрическое Нсшряжение на его измерительной обмотке равно нулю. При этом полюса 3 и 4 второго магнитопрово- да окажутся на эквипотенциальной линии , как показано на чертеже. Затем измеряют угол между плоскостями магнитопровода, например, с помощью шкалы и указателя и принимсйот в качестве информативного параметра значение последнего. Для удобства лучше использо-. вать разность между измеренным и прямым углом, которая и будет рав-; на искомому углу « . При необходимости шкала углов между магнитопро водами может йлть сразу отградуиро. вана с учетом вычитаемого прямого угла. По результатам измерений yrnaif с помощью градуировочной зависимости судят о величине и знаке механических напряжений. Проверка Влияния величины воэдуш ных зазоров между изделием и полюсами магнитопровода показгша, что оно для предлагаемого способа при указанных размерах магнитопроводов и зазоре 0,5 мм уменьшилось почти на два порядка по сравнению с прототипе пом. Наличие операции поворота второго магнитопровода позволяет в процессе поиска его положения с нулевым напряжением на измерительной обмотке использовать электроизмерительные приборы высокой чувствительности и благодаря этому измерять малые значения механических напряжений с удовлетворительной точностью.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ФЕРРОМАГНИТНЫХ ИЗДЕЛИЯХ, заключающийся в том, что устанавливсиот на изделие крест-накрест два П-образных магнитопровода, первый с возбуждающей, вто(юй с измерительной электрической обмоткой, возбуждают с помощью первого магнитопровода переменное магнитное поле в изделии, измеряют информативный.параметр с помощью второго магнитопровода и по результатам измерения судят о величине действуюсдих. механических напряжений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности результато.в измерений, поворачивают второй магнитопровод вокруг оси скрещивания, находят такое его положение, при котором электрическое напряжение на его измерительной обмотке равно нулю, измеряют угол между плоскостями магнитопроводов, а в качестве информативного параметра принимают значение последнего. (Л 4;: со а: 00