Устройство для термомеханических исследований эффекта памяти формы и эффекта пластичности превращения термочувствительных элементов Советский патент 1988 года по МПК G01N25/00 

N)

11

Изобретение относится к ко 1троль- ио-измерительной технике, в частности к технике для теплофизи ческих измерений, и может быть использовано при исследовании устройств и механизмов с термочувствительными элементами (ТЧЭ) из материала с памятью формы, для исследования самих ТЧЭ, например для определения их частотных характеристик.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

На фиг.1 показана схема измерений,

ра 15 соединен с входом усилителя то котранзистора 19, на выходе которого установлено электромагнитное реле 20 с нормально разомкнутыми контактами 21. Вместо реле 20 может быть установлен другой коммутатор тока, например тиристор. При этом коммутатор тока устанавливают в цепи между источником 22 энергии и конусами ТЧЭ 1, а управляющую цепь коммутатора тока I(обмотка реле, управляющий электрод тиристора и т.п.) соединяют с коллектором транзистора 19. Контакты 21 усна фиг.2 - результаты опытной провер- 15 тановлены последовательно в цепи источника 22 электрической энергии, который соединен с концами ТЧЭ 1. В цепь источника 22 последовательно включен выключатель 23. Параллельно контактам 21 реле 20 установлен выключатель 24. Остальные элементы схе- 1Ф - резисторы, диоды - участия в формировании логики команд управления нагревом ТЧЭ 1 не принимают, а служат для -обеспечения работоспособности схемы.

ки предлагаемого способа.

Устройство содерж1Гт ТЧЭ 1, который ;Одним концом жестко прикреплен к не- подвггжной опоре 2 токоизолированно от последней, а другим концом связан с гибкой тягой 3, к которой подвешен груз 4. Тяга 3 закреплена на барабане 5 скобой 6. На оси 7 барабана 5 установлен потенциометрический датчик 8, крайние точки которого соединены с источником электрической энергии, а подвижный контакт связан с входом операционного усилителя 9 контура измерения деформации. Выход усилителя 9 соедине н с входом шлейфного осциллографа. ТЧЭ 1 токоизолирован также от тяги 3.

Кроме того, в устройство дополнительно введен контур управления нагревом, который содержит настроенные потенциометры 10 и 11, которые соединены с одними из входов компараторов 12 и 13 соответственно. Крайние точки потенциометров 10 и 11 соединены с источником электрической энергии. По- тенциометры 10 и 11 являются задатчи- ками опорного напряжения. Вместо них можно использовать любые другие уп-. равляемые источники п итания.

Вторые-входы компараторов 12 и 13 соединены между собой и с подвижным контактом датч1жа 8. Выход компаратора 12 через дифференцирующую RC-це- почку 1А, которая, как известно, сос

тоит из конденсатора и сопротивления, соединен с входом RS-триггера 15. Выход компаратора 13 соединен с входом инвертора 16, выход которого через дифференцирующую цепочку 17 соединен

ра 15 соединен с входом усилителя то котранзистора 19, на выходе которого установлено электромагнитное реле 20 с нормально разомкнутыми контактами 21. Вместо реле 20 может быть установлен другой коммутатор тока, например тиристор. При этом коммутатор тока устанавливают в цепи между источником 22 энергии и конусами ТЧЭ 1, а управляющую цепь коммутатора тока I(обмотка реле, управляющий электрод тиристора и т.п.) соединяют с коллектором транзистора 19. Контакты 21 установлены последовательно в цепи ис

точника 22 электрической энергии, который соединен с концами ТЧЭ 1. В цепь источника 22 последовательно включен выключатель 23. Параллельно контактам 21 реле 20 установлен выключатель 24. Остальные элементы схе- 1Ф - резисторы, диоды - участия в формировании логики команд управления нагревом ТЧЭ 1 не принимают, а служат для -обеспечения работоспособности схемы.

Настройку устройства производят при выключенных осциллографе и выключателе 18 - контур управления нагревом обесточен, контакты 21 реле 20 разомкнуты. В начальньй момент разомкнуты выключатель 23 силовой цепи и выключатель настройки.

При нагружении ТЧЭ 1 грузом 4 датчик 8 занимаетнекоторое положение. Измеряют напряжение U, между подвижным контактом датчшса 8 и землей. Устанавливают вольтметр между подвижным контактом потенциометра 11 и

измеряют напряжение U и.

землей,

вращая ось потенциометра 11, достигают равенства напряжений I j U, . Отключают вольтметр.

Замыкают выключатели 23 и 24, Ис- точнрпс 22 соединяют с концами ТЧЭ 1, и происходит его нагрев. В процессе нагрева ТЧЭ восстанавливает форму. При этом ось 7 датчика В занимает второе крайнее положение. Снова измеряют напряжение И,, которое в силу поворота оси 7 изменяется по величине. Устанавливают вольтметр между подвижным контактом потенциометра 10 и землей и измеряют напряжение Ь%

Изобретение относится к области контрольно-измерительной .техники, а . более конкретно к технике для тепло- физических измерений, и может быть использовано при исследовании устройств и механизмов с термочувствительными элементами (ТЧЭ) из материала с памятью формы, для исследования самих ТЧЭ, например для определения их частотных характеристик. Целью изобретения является повышение точности измерения. Устройство содержит опору для закрепления конца исследуемого ТЧЭ, средство нагрев а и выходное звено ТЧЭ, которое соединено с нагрузкой и датчиком положения, кото- рьш электрически связан с входом шпейфного осциллографа. При этом концы ТЧЭ токоизол1{рованы от опоры и выходного звена, а датчик положения дополнительно соединен с входами двух коьшараторов, вторые входы которых соединены пораздельно с задатчиками опорного напряжения. Выход первого компаратора через дифференцирующую цепочку соединен с одним входом RS- триггера, выход второго компаратора соединен через инвертор и дифференцирующую цепочку с вторым входом RS-триггера, выход RS-триггера соединен с управляквдей цепью коммутатора тока, коммутатор тока установлен в цепи между.концами ТЧЭ и источником электрической энергии. 2 ил. (Л 4 СО сл 42

с входом RS-триггера 15. Участок меж-гс между ними. Вращением оси потенциоду цепочкой 17 и входом RS-триггера 15 соединен через выключатель 18 с положительным полюсом источнт-жа эл ек- трической энергии. Выход RS-триггеметра 10 достигают равенства напряже ний и и. Отсоединяют вольтметр.

Размыкают выключатели 23 и 24. Устройство готово к работе. Выключа

метра 10 достигают равенства напряжений и и. Отсоединяют вольтметр.

Размыкают выключатели 23 и 24. Устройство готово к работе. Выключа

тель 24 используется только при настройке устройства (дублирует контакт 21 реле 20), а при его работе все время разомкнут.

Устройство работает следующим образом.

После нагружения ТЧЭ 1 грузом 4 и настройки прибора замыкают выключатель 23, Поскольку выклю iaтeль 24 настройки разомкнут, ток на ТЧЭ 1 не поступает. Включают запись на шлейф- ном осциллограеЬе и замыкают выключатель 18 Пуск. Замьгкание выключателя 18 вызывает установку в единичное состояние RS-триггера 15, и на его выходе появляется сигнал, который открывает транзистор 19 и вызывает сра- батываггие реле 20, Контакты 21 реле 20 соединяют источник 22 с ТЧЭ 1. На- чикается нагрев ТЧЭ 1, что вызывает его перемещение, и, соответственно.

изменение разности напряжений U и U (за счет изменения по величине U, ,). В точке перемещения, соответствую1чей максимальному восстановлению формы, в соответствии с предварительной настройкой напряжения И и вьфавни- ваются по величине (U, 11 . 0) . Компаратор 12 срабатывает, на выходе его появляется сигнал, который дис)фе- ренцирующей цепочкой 14 преобразуется в импульс установки в нулевое состояние RS-триггера 15. Контакты 21 реле 20 размыкаются, начинается фаза охлаждения ТЧЭ 1.

Компаратор 13 в соответствии с настройкой все время фазы нагрева нахо- дится-в единиг1ном состоянии, и на его выходе есть сигнал. Однако и1-шер- тор 16 сигнала на выходе не имеет.

В процессе охлаждения ТЧЭ 1 за счет развития в нем процессов пластичности превращения он деформируется грузом 4, что приводит к повороту оси 7 датчика 8. В крайней точке в фазе охлаждения напряжения U, с датчика 8 и Uj с потенциометра 11 вьфав- ниваются по величине. Комп аратор 13 переключается, и на в.ыходе его сигнал пропадает. Соответственно на входе инвертора 16 появляется сигнал, который дифференцирую1 1ей цепочкой преобразуется в импульс, вызьшаюпрда срабатывание К5-триг 7ера 15. На выходе RS-триггера 15 появляется сигнал, открывается транзистор 19j срабатьшает реле 20, а его контакты 21 соединяют концы ТЧЭ 1 с источником 22 энергии.

0

5

5

0

5

0

0

5

Цикл может быть многократно повторен до размыкания выключателя 18 паи 23. Результаты исследований ТЧЭ, вы- нолне 1Н1.1х предлагаемым способом, показаны на фиг.2. Изотермы нагрева (сплошная линия) получали на разрывной машине INSTRON после нагрева ТЧЭ от комнатной температуры до температуры испытаний. Изотермы охлаждения (штриховая линия) получали после нагрева ТЧЭ до 250 с и пос.ледующего его охлаждения до температуры испы- танит. Аналогичные испытания можно также провести например, на установке для испытаний материалов на ползучесть и длительную прочность АИМА- 5-2.

При нагружении ТЧЭ нагрузкой, которая наводит в нем напряжения, соответствующие точкам Л, В, С, Е, при термоциклировании в диапазоне теьше- ратур мартенситного превращения реализуется перемещение в диапазоне деформаций от точки А до точки В. Усло- ловно границы диапазона перемещений обозначены как О и 1, ив этом диапазоне показаны кривые процесса: ОК, - в координатных осях перемещение - температура, - в координатных ОС.ЯХ перемещение - время (осцилло- |грамма) .

Как видно из фиг.2, характер перемещения во времени по сравнению с известным способом несколько изменен и соответствует охлаждению точно от аустенитного состояния (точка К) до мартенситного (точка Р). Кроме того, точки Cj и EJ соответствуют одной и той же температуре 35 С. Определит:, это можно только с учетом различного положения изотерм нагрева и охлаждения .

Кривая процесса в координатах пе- 5 ремещение - температура (линия ОК) вообще не может быть построена при использовании известного способа (без учета различного положения изотерм нагрева и охлаждения флагообраз- ная петля OfC, О вырождается в одну линию) .

На этой кривой, характеризующей процесс, линия ТО соответствует на- гружению ТЧЭ перед испытанием, а фпа- гообразная линия ОК,0 - изменению положения выходного звена при термо- циклировании. При этом видно, что в зависимости от знака процесса (реализуется эффект памяти формы - на4Г |

+0-с%нн

х -.

-ь 2f i

Утх

J34Г |

нн

х -.

Десрормаци/i

-OjffloiKdi Hue

Фаг. г