Устройство для измерения механических напряжений Советский патент 1980 года по МПК G01L1/12 G01B7/24 

ла отсчета углов поворота магнитопровода.

Устройство для измерения механических напряжений, усилий и деформаций состоит из двухполюсных наконечников 1 плоского постоянного магнита 2 ,.

Плоский постоянный магнит установлен в подшипнике 3, который жестко закреплен в верхнем торце части неферромагнитного элемента таким обipaaoM, что их оси совпадают. Части 4 и 5 неферромагнитного элемента установлены одна под другой с зазором и подпружинены расположенными симметрично пружинами б и 7.

В зазоре между частями неферромагнитного элемента установлен магнитоупругий датчик 8, который соединен .кабелем 9 с регистрирующим прибором 10. В неферромагнитном элементе жестко закреплены болты 11, к постоянному магниту присоединена круговая шкала 12 отсчета углов поворота постоянного магнита с полюсныг/ги наконечника.ми относительно неподвижной стрелки 13, жестко закрепленной в неферромагнитном элементе.

Устройство работает следующим образом.

Постоянный магнит 2 создает рабочий магнитный поток, замыкающийся через контролируемое изделие и воздушные зазоры между полюсными наконечниками 1 и контролируемым изделием Часть 5 неферромагнитного элемента, установленная выступом на контролируемом изделии, воспринимает по оси дополнительные усилия от взаимодействия полюсов с контролируемым изделием посредством магнитоупругого датчика 7 и части 4 неферромагнитного элемента чгерез подшипник 3.

Магнитоупругий датчик 8 преобразует это усилие в электрическ.ий сигнал, который поступает через кабель 9 на регистрирующий прибор Ю, который указьгаает величину напряжения. Постоянный магнит и полюсные наконечники, повернутые вокруг оси сращения, способствуют изменению показаний регистрирующего прибора 10 (П1)И .неравномерном распределении напряжений в детали),

Регистрирующий прибор 10 отмечает вели ину изменения напряжения, а направлениенапряжения воспроизводит кругбвЭя шкала отсчета углов поворота постоянного магнита 2 с полюсами 1 и стрелка 13,

Ifa основании экспериментов устанолено, что лля получения взаимодействующих полюсов необходимо ввести воздушные зазоры между полюсными наконечниками 1 и контролируемым изделием, а также между неферромагнитными элементами для установления диапазона работы магнитоупругого датчика.

При большой величине зазора уменьшамтся силы взаимодействия между полюсными наконечниками и контролируемым изделием и уменьшается чувствительность датчика. При малых зазорах затрудняется перенос датчика, снижается производительность работ с датчиком.

Экспериментально-расчётным путем выведено следующее соотношение зазоров оптимального сжатия магнито0упругого датчика и взаимодействующих полюсов магнитопровода и контролируемого изделия :

5

он.э.

где6,. - воздушный зазор между магнитными полюсами датчика;

бн.эвоздушный зазор между неферромагнитными элементами,что

0 подтверждается следующими расчетами

НзшГ- 5

сила взаимодействия полюсов постоянных магнитов}

6 - магнитная индукция в воздушном зазоре)

5 - площадь полюса.

0

ТензЪчувствительность материала изделия (из ферромагнитных метаЛ7 лов)

s..

(1)

в.

5

гдеДдд- магнитострикция материала

изделия при 3 00 ; &00 магнитная индукция при насыщении материала; f« - магяитная проницаемость

0

материала изделия, откуда

я рэ

2

Б,

(2) 5pj I

(1)

Подставляя формулу (2) в формулу и принимая В BOO , получают

5000

откуда следует, что F f (fu), т.е. сила взаимодействия полюсов постоянного магнита с наведенными полюсами в изделии зависит от магнитной проницаемости материалаконтролируемого изделия. Яо магнитная проницаемость в свою очередь

&fU - 00

(3)

и переходя к приращениям ролучают

k2

(ЛН

. и преобразовав выражение (3) к виду l 2 /uAci, Значит, измеряемая величина прира щения механических напряжений прямо пропорциональна корню квадратному из изменения усилия взаимодействия полюсов и обратно пропорциональна площади взаимодействующих полюсов. Из приведенного следует также, что значение геометрических размеров постоянного магнита и его магни ная энергия, а также устанавливаемые воьдушные зазоры должны обеспечивать магнитное насыщение материала изделия в контролируемой зоне. Формула изобретения .1. Устройство для измерения механических напряжений, содержащее магнитопровод с намагничивающим элементом и неферромагнитный элемент, опирающийся на испытуемое изделие, отл и. чающееся тем, что, с целью повышения точности измерения величины и направления напряжений, магнитопровод выполнен в виде двух Г-образных наконечников, установленных с возможностью вращения вокруг неферромагнитного элемента, выполйенного из двух частей, расположенных соосно с зазором между ними, в котором размещен магнитоупругий датчик, при этом часть неферромагнитного элемента, опирающаяся на испытуемое изделие, установлена с выходом иы полюсных наконечников на величину 1,. 4 высоты зазора между частями неферромагнитного элемента, которые., подпружинены одна к друго. 2.Устройство по П.1, от л и чающееся тем, что, с целью стабилизации процесса измерения механических напряжений, намагничивающий элемент выполнен в виде постоянного магнита, расположенного со стороны части неферромагнитного элемента, не опирающейся на изделие. 3.УстройствоПО пп. 1 и 2, отличающееся тем, что на постоянном магните перпендикулярно к оси вращения магнитопровода установлена шкала отсчета углов поворота магнита относительно стрелки, закрепленной в неферромагнитном элементе. Исто;4нмкк информации, принятые во внимание при экспертизе .. 1.Авторское свидетельство СССР № 466411, кл. GO Б 1/12, 1973. 2.Авторское свидетельство СССР 321673, кл. G 01 В 7/2|, 1969 (прототип).

W 4v-V / 1)Г ч U