Устройство для измерения защемленности стержня в конструкции Советский патент 1986 года по МПК G01N29/00 G01M5/00 

Изобретение относится к области методов экспериментального исследова ния механических параметров стержневых конструкций и может быть использовано при обследовании стержневых конструкций в строительстве, машиностроении, энергетике, а также для неразрушающего производственного контроля таких конструкций.

Стержень в известной конструкции назависимо от используемой расчетной схемы (ферма, рама) имеет по концам закрепления, препятствующие повороту его торцовых сечений. Величина жесткости этих закреплений зависит от качества изготовления и сборки конструкций, а затем от ее состояния в эксплуатационнных условиях, а также ею определяется степень защемленност стержня в конструкции, влияющая на поведение стержня под нагрузкой и его несущую способность при продольном и поперечном изгибе. Таким образом,, зная фактическую защемленность стержней, выраженную какой-либо коли чественной характеристикой, можно .судить и о качестве изготовления конструкции и о ее фактической несущей способности.

Цель изобретения - повышение точ- ности измерения защемленности.

На фиг.1 изображена схема, иллюстрирующая принцип определения защемленности; на фиг.2 - схема устройства; на фиг.З - эквивалентная элек- трическая схема устройства, поясняющая его работу.

Еа фиг. изображена кривая 1 собственных поперечных колебаний основного тона стержня, имеющего по конца упругоповоротные защем ления. Она подобна кривой потери устойчивости такого стержня при осевом нагружении, Здесь же для сравнения приведена кри вая 2 поперечных колебаний стержня шарнирно опертого по концам, т.е. пр нулевом уровне защемленности.

Амплитуда колебаний стержня Y отсчитывается от его недеформированной оси X с началом отсчета О в середине вибропролета стержня f. Положение концов 3 вибропролета стержня ± f/2 определяется условием Yg . Расстояние между точками 4 перегиба изогнутой оси стержня, где ее кривизна обращается в нуль, именуется свободной или расчетнрй длиной стержня i.

Амплитуда колебаний в среднем сечении стержня Yj . В сечениях -а и -а - амплитуды колебаний соответственно Y Кривая 2 колебаний стержня при отсутствии защемлений по кoнцa описывается уравнением

уО V

-|- .

i а

л

v v° Ua ° Y

%ji- 2 cos -t§-. (1)

С сечениями 0,+ a,- a связаны датчики 5 - 7, преобразующие амплитуду колебаний з пропорциональный электрический сигнал ЭДС. Коэффициенты преобразования периферийных датчиков k равны между собой, но могут отличаться от коэффициента преобразования среднего датчика k. . При этом

F k V F kY V o- o Q -oi -m Q Ua

(2)

Первичные электрические сигналы датчиков Ед, Е,д , E.q преобразуются преобразователем 8 в единый выходной сигнал d, линейно связанный с величиной А:. d oiA +/i,

где

- (Y.-Y.J/X.

(3)

..

,.

Электрическая схема устройства (фиг.2) представляет собой измерительную цепь последовательно соединенных элементов, заземленную по концам.

Цепь условно расчленяется на два участка I и II, сопрягающихся в узле 9. Участок I содержит постоянный резистор 10, имеющий сопротивление R и датчик 5 с внутренним сопротивлением Гд, В1 1рабатьшагощий ЭДС Е,. Участок II содержит датчики 6 и 7 с внутренним сопротивлением г , г , вырабатывающие ЭДС и соответственно 5 а также регулировочный резистор 11 с подвижным контактом (не показан) с текуно сопротивлением R. Величина этого сопротивления отсчитывается по линейной шкале 12, причем выполняется соотношение

аК Rj (d - d) aAd, (4) где - цена деления. Ом;

соответствуюR, величины R и d,

щие нулевому уровню защемлен- нoctи

Узел 9 сопряжения участков I и И измерительной цепи снабжен нуль-индикатором потенциала 13 и связан с подвижным контактом регулировочного резистора 11 обратной связью 14, который регулирует положение подвижного контакта таким образом, чтобы нуль- индикатор оставался в равновесии.

Введение обратной связи 14 эквивалентно условию и О или введению перемычки 15, показанной пунктиром. В эквивaлeнtнoй схеме можно условно вьщелить при этом два контура с токами Зд и Iq , причем из условия фактической неразветвленности измерительной цепи DO °

Исходя из закона (2) пропорционального преобразования амплитуд колебаний в ЭДС датчиков, параметр за- щемленности стержня А преобразуется в отношение ЭДС В следующим образом:

где

ot 9

а ч -f

Таким образом, реализуется первый этап - преобразование сигналов датчиков в единый выходной сигнал d, линейно связанный с параметром кривой колебаний А. Далее второй этап - осуществление этого преобразования на дпаркирно закрепленном стержне с нулевой защемленн остью. При этом d d, Л А , что при подстановке в равенство

(6)

дает

Ь

qAo

(7)

и, соответственно, устанавливается зависимость

аБ - -5

о

9А

Третий, заключительный этап - получение -характеристики уровленности стержня h А - А

Устройство осуществляет форму связи характеристики ности с выходным сигналом

.5

R

(d d°).

cos

0

5

0

5

0

в примере вьтолнения устройства характеристика защемленности измеряется с целью определения продольного усилия, действующего в стержне. В качестве датчиков применены электродинамические преобразователи, вырабатывающие ЭДС, пропорциональную амплитуде и частоте колебаний Е kfV, причем частота лежит в интервале 20 - 55 Гц.

Поскольку все три контролируемые сечения стержня; (О, +d, -d) колеблются с одной частотой и синфазно, преобразование характеристики А в отношение ЭДС В сохраняет вид равенства (5). Внутреннее сопротивление всех датчиков г 500 Ом, отношение коэффициентов преобразования q - 1, причем условие k выполнено путем подбора датчиков с погрешностью не более 0,1%. Датчики располагаются в четвертях пролета стержня ( а 2/4), следовательно базовое знача - -1--,,ш.

ние А 2 C0S

35

ой е, 40

45

50

55

В качестве регулировочного резистора 11 использован прецизионный проволочный потенциометр, обладающий погрешностью линейного преобразования сопротивление - угол не более 0,3%. Он снабжен круговой отсчетной шкалой 12 с ценой деления 55 см/ /дел. Полное сопротивление переменного резистора в базовом состоянии R 45,1 кОм. Соответственно Rg R + 2г 46.1 кОм.

Согласно уравнению (7), вычислено и подобрано сопротивление резистора кОм. Ему соответствует R г 32 кОм. В качестве постоянных сопротивлений в измерительной цепи использованы известные резисторы.

В качестве нуль-индикатора использован аналого-цифровой преобразователь с четырехразрядной индикацией уровня потенциала узла 9. Обратная связь осуществляется оператором, коRO 32,5

: Р -

торый подбирает положение движка потенциометра из условия минимума показаний нуль-индикатора.

Механическая связь отсчетной шкалы с подвижным контактом потенциометра выполнена регулируемой так, что в базовом состоянии может быть установлен нулевой отсчет по шкале d 0. Благодаря этому определение характеристики уровня защемленности стержня упрощается:

(2 cos -|5)

1,414

55

-|о d

0

d 0,0169. (10)

,46100

Как видно из уравнений (9) и (10), коэффициент преобразования выходного сигнала d в искомую характеристику h совершенно не зависит от коэффициентов преобразования датчиков k и их отношения q. Кроме того, отсутствуют погрешности-, связанные с операциями усиления и регистрации сигнала, а также с расшифровкой осциллограмм. В итоге погрешность измерения защемленности уменьшается в десятки раз.

10

fS

,

20

25

Формула изобретени Устройство для измерения защемпен- ности стержня в конструкции, включающее датчики амплитуды колебаний, установленные в центре и на концах стержня, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерения., оно снабжено постоянным резистором,, регулировочным резистором с устройством отсчета его сопротивления , нуль-индикатором потенциала с обратной связью, причем один вывод датчика, установленного в центре стержня, заземлен, а другой вывод через последовательно соединенные между собой постоянный резистор, регулиро- воч.ньшс резистор и один из датчиков, установленный на одном конце стержня, подключен к одному из выводов датчика, установленного на другом конце стержня, другой вывод которого заземлен, а подвижный контакт регулировочного резистора соединен обратной связью с нуль-индикатором потенциала, подключенным к общей точке соединения выводов постоянного и регулировочного резистора.

..

.,j3

ffi

Изобретение относится к области методов экспериментального исследования механических параметров стержневых конструкций в строительстве, машиностроении, энергетике, позволяет повысить точность измерения эащем- ленности стержней, включает датчики 5, 6 и 7 амплитуды колебаний, установленные на концах стержней и в центре, постоянный резистор 10, регулировочный резистор 11, нуль-индикатор 13 потенциала с обратной связью 14. Подвижный контакт регулировочного резистора 11 соединен обратной сбя- зью с нуль-индикатором 13 потенциала, подключенным к общей точке соединения выводов постоянного 10 и регулировочного 11 резисторов. 3 ил. о «. (Л фиг. 2

.m

y)yaCOsf-.

y a -ySco$4} .

фиг.З