Способ определения деформации образца Советский патент 1992 года по МПК G01B5/30 G01B7/16 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для неразрушающего контроля при определении прочностных свойств материалов под действием механических нагрузок.

Известен способ контроля напряженно- деформированного состояния металлических деталей, заключающийся в нагружении детали циклически изменяющейся нагрузкой, выявлении в каждом цикле момента достижения нагрузкой одного и того же стабильно воспроизводимого уровня, измерении в эти моменты времени электрического сопротивления между двумя точками детали и определении по полученным данным напряженно-деформированного состояния материала.

Недостатками известного способа контроля напряженно-деформированного состояния металлических деталей являются зависимость результатов измерений от размеров контролируемых изделий, качества

контактов между электродами и изделием и влияния состава окружающей среды, а также перенос погрешностей выявления в каждом цикле момента достижения нагрузкой одного и того же стабильно воспроизводимого уровня в процесс измерения электрического сопротивления и далее в определение напряженно-деформированного состояния материала.

Наиболее близким к изобретению является способ определения деформации образца, заключающийся в нагружении образца, измерении работы выхода электрона, причем нагрузку прикладывают к исследуемой поверхности образца, измеряют работу выхода электрона с этой поверхности до и после приложения нагрузки путем замера контактной разности потенциалов между исследуемой поверхностью и эталонным образцом, и определении по полученным данным вида поверхностных деформаций.

(Л

с

vj vj О

ю х|

о

Однако возникающее электрическое поле между исследуемой поверхностью и эталонным образцом влияет на перераспределение поверхностного заряда и измеряемая контактная разность потенциалов не может быть интерпретирована только существованием разности работ выхода электро- на. Измеренная контактная разность потенциалов может быть равна разности работ выхода электрона исследуемой поверхности и эталонного образца в случае атомарно чистых поверхностей. Для реальной металлической поверхности при ее деформировании должна учитываться полная энергия, обусловленная как разностью работ выхода электрона, так и различием концентраций электронов проводимости в исследуемом и эталонном образцах и эмиссий положительных ионов примесных атомов, которые окружают участки с большим числом дислокаций. Измерение контактной разности потенциалов осуществляется не постоянно в процессе нагружения поверхности, а лишь до и после приложения нагрузки. При измерении контактной разности потенциалов в атмосферных условиях фон измерения определяется изменениями параметров окружающей атмосферы: парциальным давлением воздуха, его температурой и влажностью, процентным содержанием газовых составляющих. Измерение контактной разности потенциалов и определение по ней вида деформации без учета данных недостатков приводит к снижению точности способа определения деформации образца.

Цель изобретения - повышение точности определения деформации образца.

Указанная цель достигается тем, что в способе,заключающемся в том, что нагружают исследуемый образец, измеряют контактную разность потенциалов между поверхностями исследуемого и эталонного образцов до и после нагружения, сравнивают результаты измерений и определяют вид поверхностных деформаций, дополнительно измерение контактной разности потенциалов производят и в процессе нагружения исследуемого образца, при этом воздушный промежуток между поверхностями образцов ионизируют и определяют полный поверхностный потенциал.

Новыми признаками, обладающими существенными отличиями, являются:

измерение контактной разности потенциалов в процессе нагружения исследуемого образца; ионизирование воздушного промежутка между поверхностями образцов при измерении контактной разности потенциалов; определения полного поверхностного потенциала; определение вида поверхностной деформации по результатам сравнения значений полных поверхностных потенциалов.

Данные признаки обладают существенными отличиями, так как в известных способах определения напряженно-деформированного состояния материалов не обнаружены.

0 Применение всех новых признаков позволяет повысить точность определения деформации образца за счет определения в процессе нагружения исследуемого образца полного поверхностного потенциала,

5 включающего работу выхода электрона, электронную проводимость и положительные ионы примесных атомов вокруг участков с большими плотностями дислокаций. В процессе деформации на замеренную рабо0 ту выхода электрона (как в прототипе) влияет энергия положительных ионов примесных атомов, которые окружают участки с большими плотностями дислокаций, и электронов проводимости, концентрация

5 которых изменяется в условиях термодинамического неравновесия, поэтому замерить чистую работу выхода электрона в процессе деформации нельзя. Измерение же полного поверхностного потенциала исключает

0 влияние указанных факторов на результат замера. Также позволяет повысить точность определения деформации образца за счет снижения фона измерения, определяемого изменениями параметров окружаю5 щей атмосферы, путем стабилизации среды в зазоре между исследуемым и эталонным образцами при его ионизации а -частицами.

На фиг. 1 изображена функциональная

0 схема устройства для реализации способа; на фиг. 2 - схема зависимости изменения полного поверхностного потенциала от деформации, отслеживая диаграмму растяжения образца.

5 Устройство для осуществления способа определения деформации образца содержит эталонный образец 1 и инструментальный усилитель 2, при этом вход инструментального усилителя 2 подключен

0 к эталонному образцу 1, внешний экран 3, выполненный с открытым торцом со стороны эталонного образца 1 и электрически контактирующий с поверхностью 4 исследуемого образца, источник 5 ионизирующего

5 излучения, размещенный между эталонным образцом 1 и внешним экраном 3 и установленный Соосно эталонному образцу 1, защитный токопроводный контур 6, расположенный по периметру эталонного образца 1, электрически соединенный с источником 5 ионизирующего излучения и выходом инструментального усилителя 2, индикатор 7, вход которого подключен к выходу инструментального усилителя 2.

Внешний экран 3 датчика обеспечивает электрический контакт прибора с поверхностью 4 исследуемого образца и защиту внутреннего контура от воздействия на него электромагнитных полей. Одновременно, он является корпусом датчика, выполнен в виде металлического цилиндра, в верхнем закрытом торце которого размещен источник 5 ионизирующего излучения, а в нижнем открытом торце - эталонный образец 1.

Эталонный образец 1 представляет собой металлическую сетку, закрепленную на изоляторах в нижнем открытом торце корпуса датчика. Эталонный образец 1 может быть изготовлен, например, из никелевого сплава ЖС-6У, обладающий стабильным значением работы выхода электрона и низкой адсорбционной активностью в окружающей среде, за счет образования устойчивой оксидной пленки.

Источник 5 ионизирующего излучения а -частиц представляет собой эмалированную металлическую подложку, на которую нанесен и зафиксирован радиоактивный препарат плутония, покрытый защитным слоем. Подложка установлена на держатель, с помощью которого при регулировке датчика возможно перемещение источника 5 вдоль его оси.

С целью исключения взаимного влияния материала внешнего экрана 3 и источника 5 ионизирующего излучения в экран 3 введен защитный токопроводный контур 6. На защитный контур 6 подается напряжение с выхода инструментального усилителя 2 равное по величине и совпадающее по полярности с напряжением сигнала, снимаемого с эталонного образца 1 и поступающего на вход инструментального усилителя 2. Из-за отсутствия разности потенциалов между защитным контуром 6, источником 5 ионизирующего излучения и эталонным образцом 1 отсутствует и электрическое взаимодействие между ними.

Инструментальный усилитель 2 предназначен для согласования высокоомного датчика с индикатором 7, на электронно-лучевой трубке которого отображается информации в виде аналогового сигнала.

Способ осуществляется следующим образом.

Корпус датчика, которым является внешний экран 3, устанавливают на поверхность 4 исследуемого образца, (в последующем возможно перемещение его по исследуемой поверхности 4) обеспечивая

электрический контакт прибора с поверхностью 4. При этом эталонный образец 1 с поверхностью 4 исследуемого образца образуют плоский конденсатор, полностью экранированный внешним экраном 3. Воздушный зазор эталонный образец 1 - поверхность 4 ионизируют источником 5 ионизирующего излучения, в силу чего зазор становится электропроводным и стабилизируют процесс ионизации среды в упомянутом зазоре до получения постоянной величины полного поверхностного потенциала. Между эталонным образцом 1 и поверхностью 4 исследуемого образца,

благодаря электронам проводимости и разности работ выхода электрона, создается разность поверхностных потенциалов А°пп, которая усиливается инструментальным усилителем 2 и подается на индикатор 7.

Одновременно на защитный токопроводный контур 6 с инструментального усилителя 2 подается напряжение,равное по величине и совпадающее по полярности с напряжением сигнала, снимаемого с эталонного образца 1. Далее прикладывают нагрузку к поверхности 4 исследуемого образца и одновременно измеряют разность поверхностных потенциалов А1Пп с эталонного образца 1. Для определения вида поверхностной деформации анализируют значение (5Апп Ann-А°пп, если д Ann -О, то деформации имеют упругий характер, если д Ann 0, то деформирование пластическое (фиг. 2). При достижении предела текучести

изменения полного поверхностного потенциала резко увеличиваются.

Применение предлагаемого изобретения позволяет повысить точность определения деформации образца за счет измерения

полного поверхностного потенциала в процессе нагружения исследуемого образца и ионизации среды в зазоре между исследуемым и эталонным образцами.

Формула изобретения

Способ определения деформации образца, заключающийся в том, что нагружают исследуемый образец, измеряют контактную разность потенциалов между поверхностями исследуемого и эталонного образцов

до и после нагружения, сравнивают результаты измерений и определяют вид поверхностных деформаций, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, измерение контактной разности потенциалов

производят и в процессе нагружения исследуемого образца, при этом воздушный про-- межуток между поверхностями образцов ионизируют и определяют полный поверхностный потенциал.

Сгаль

Изобретение относится к измерительной технике для определения прочностных свойств материалов. Цель изобретения - повышение точности определения деформации образца. Указанная цель достигается тем, что в способе определения деформации образца, заключающемся в том, что нагружают исследуемый образец, заключающемся в том, что нагружают исследуемый образец, измеряют контактную разность потенциалов может поверхностями исследуемого и эталонного образцов до и после нагружения, сравнивают результаты измерений и определяют вид поверхностных деформаций, производят дополнительно измерение контактной разности потенциалов и в процессе нагружения исследуемого образца,при этом воздушный промежуток между поверхностями образцов ионизируют и определяют полный поверхностный потенциал. 2 ил.