Устройство для определения энергии,рассеянной в материале за один цикл переменной нагрузки Советский патент 1987 года по МПК G01B7/16 

1

Изобретение относится к измерительной технике, к средствам определения механических свойств материала, в частности рассеяния энергии за счет внутреннего трения при циклическом погружении образца из исследуемого материала.

Цель изобретения - повьппениа точности и расширение частотного диапазона при измерении потерь энергии путем введения умножителей частоты несущего сигнала в К раз и К+1 раз с последующим их перемножением.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства.

Устройство содержит датчик 1 деформации образца, первый усилитель 2, вход которого соединен с выходом датчика 1 деформаций, датчик 3 меха- ничГеских напряжений образца, второй усилитель 4, вход которого соединен с выходом датчика 3, умножитель 5 частоты в К раз с двумя выходами, ;вход которого соединен с выходом первого усилителя 2, умножитель частоты в К+1 раз, вход которрго соединен с выходом первого усилителя 2, а выход - с цепью питания датчика 3 механических напряжений образца, первый блок 7 умножения, первый вход которого соединен с выходом второго усилителя 4, второй вход - с первым выходом умножителя 5 частоты, второй блок 8 умножения, первый вход которого соединен с выходом второго усилителя 4, а второй вход - с ото- . рым выходом умнвжителя 5 частоты, электронный потенциометр 9 с измерительной мостовой схемой 10, нуль- органом 11 и исполнительным двигате-, лем 12j вход последнего соединен с выходом нуль-органа 11, а вал соединен с ползунком реохорда мостовой схемы 10, диагональ питания мостовой схемы 10 соединена с выходом второго блока 8 умножения, а сигнальная диагональ - с соединенными последовательно входом нуль-органа 11 и выходом первого блока 7 умножения.

Устройство работает следующим образом.

Испытуемый образец Загружается переменной периодической нагрузкой, изменяющейся по синусоидальног-гу закону. В этом случае деформация 6 образ- ,ца изменяется по закону

S f Sincot,

1295209 . 2

где fm амплитуда деформаций; СО - круговая частота; t - время.

Механические напряжения б изменяются по зависимости

fO

J5

20

25

30

35

40

45

50

55

б (cJt +cf),

где С - амплитуда механических напряжений;

Cf - угол сдвига фаз между напряжениями и деформациями. После усиления сигнала с датчика I деформаций первым усилителем 2 и прохождения усиленного сигнала через умножитель частоты 6 в цепь питания датчика 3 механических напряжений поступает электрический сигнал

и, K,e.sin

(Х + l)cot.

где К - коэффициент передачи усилителя 2,

Выходной сигнал с датчика 3 механических напряжений, усиленный вторым усилителем 4, пропорционален произведению и на коэффициент передачи датчика 3, и его можно выразить уравнением

и, Kj „,-з±т1 (K+lbt.Gsin (cot +ср),

Сигнал с выхода усилителя 4 поступает на входы блоков 7 и 8 умножения, в которых перемножается с выходными сигналами умножителя 5 частоты, которые равны на первом выходе

и Kcot5

а на втором выходе

и К Ер, sin К tot,

где К, Кд - коэффициент передачи зтмножителя 5 ч 1стоты.

На выходе блока 7 умножения врз- никает напряжение

и, Kcjt.sin (K+Owt-G х . sin {cot + S .

Ha выходе блока 8 умножения получается напряжение

Ub , cos Ktot . sin (K+l)aJt x , X б„ sin (cot +S ).

б (cJt +cf),

где С - амплитуда механических напряжений;

Cf - угол сдвига фаз между напряжениями и деформациями. После усиления сигнала с датчика I деформаций первым усилителем 2 и прохождения усиленного сигнала через умножитель частоты 6 в цепь питания датчика 3 механических напряжений поступает электрический сигнал

20

и, K,e.sin

(Х + l)cot.

где К - коэффициент передачи усилителя 2,

Выходной сигнал с датчика 3 механических напряжений, усиленный вторым усилителем 4, пропорционален произведению и на коэффициент передачи датчика 3, и его можно выразить уравнением

и, Kj „,-з±т1 (K+lbt.Gsin (cot +ср),

Сигнал с выхода усилителя 4 поступает на входы блоков 7 и 8 умножения, в которых перемножается с выходными сигналами умножителя 5 частоты, которые равны на первом выходе

и Kcot5

а на втором выходе

и К Ер, sin К tot,

где К, Кд - коэффициент передачи зтмножителя 5 ч 1стоты.

На выходе блока 7 умножения врз- никает напряжение

и, Kcjt.sin (K+Owt-G х . sin {cot + S .

Ha выходе блока 8 умножения получается напряжение

Ub , cos Ktot . sin (K+l)aJt x , X б„ sin (cot +S ).

Б апряжение U,

31

поступает в измерит

тельную цепь потенциометра 9, а сигнал Ug - в цепь питания мостовой измерительной схемы потенциометра 9. На выходе измерительной диагонали мостовой схемы потенциометра 9 возникает напряжение

Л г

где п - смещение ползунка реохорда измерительной мостовой схемы 10 от нулевого положения.

На вход нуль-органа 1I потенцио метра 9 поступает разность напряже

НИИ

uU

ср

Us - UT

2 .

Двигатель 12 электронного потенциометра является интегрирующим звеном и перемещает ползунок реохорда.

Таким образом, выполняется условие uUjp б.После преобразования последнего равенства получают

l KS

Относительные потери энергии 27 sincp,

где U W - энергия, рассеянная в материале ;

W - энергия, запасаемая в материале за один цикл переменной нагрузки. С учетом последнего условия потери энергии через смеп1ения ползуна . реохорда выражаются уравнением

К,

21Г Jil 7 Кб

1 +

Jk К.

Введение умножителей частоты в К и К+1 раз с использованием sin и cos составляющих на выходах умножителя 5 частоты в К раз позволяет повысить точность измерений и расширить полосу пропускаемых частот за

,- « « счет исключения фазовращателя низкочастотных сигналов.

ВНИИПИ Заказ 608/46

Произв.-полигр. пр-тиё, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

2952094

Следует отметить, что предлагае- Чюе устройство сохраняет свои метрологические характеристики даже в том случае, если форма сигналов механи- 5 ческих напряжений искажена и содержит высшие гармоники.

10

15

20

25

30

35

AQ

45

50

Формула изобретения

Устройство для определения энергии, рассеянной в материале за один цикл переменной нагрузки, содержащее датчик деформаций, первьш усилитель, вход которого соединен с датчиком деформаций, датчик механических напряжений, второй усилитель, вход которого соединен с выходом датчика механических напряжений, электронный потенциометр с измерительной мостовой схемой, нуль-органом, один вход которого соединен с одним выводом сигнальной диагонали мостовой схемы, и исполнительным двигателем, вход которого соединен с выходом нуль-органа, а вал соединен с ползунком реохорда мостовой схемы, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расргирения частотного диапазона, оно снабжено умножителем частоты Б К+1 раз, вход которого соединен с выходом первого усилителя, а выход соединен с цепью питания датчика механических напряжений, умножителем частоты в К раз с двумя выходами, напряжения на которых сдвинуты на 90 друг относительно друга, а вход его соединен с выходом первого усилителя, первым блоком умножения, первый вход которого соединен с выходом второго усилителя, второй вход - с первым выходом умножителя частоты в К раз, а выход соединен одним выводом с вторым входом нуль-;, органа, а вторым - с вторым выводом, сигнальной диагонали мостовой, схемы, вторым блоком умножения, первый вход которого соединен с выходом второго усилителя, второй вход - с вторым выходом умножителя частоты в К раз, а выход - с диагональю питания мостовой схемы.

Тираж 678

Подписное

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам определения механических свойств материалов. Целью изобретения является повышение точности и расширение частотного диапазона при измерении потерь энергии путем введения умнржите- лей 5 частоты, несущих сигнал.в К раз, и умножителя 6 в К 1 раз с последующим их перемножением в блоках 7 и 8 умножения. 1 ил. (Л С