Прибор для измерения статических поверхностных напряжений в стали Советский патент 1953 года по МПК E04C5/01 

Предметом изобретения является портативный электрический прибор для измерения статических напряжений в поверхностном слое металлических конструкций и, в частности, в арматуре железобетонных конструкций. Устройство прибора основано на свойстве ферромагнитных материалов изменять величину магнитной проницаемости в зависимости от напряженного состояния арматуры, вызванного механическим воздействием.

Известные электрические приборы для измерения растягивающих напряжений в металлических конструкциях, основанные ня определении магнитоупругих свойств стали, имеют тот недостаток, что вследствие малой чувствите тьности нульиндикатора показания этих приборов не обладают требуемой устойчивостью и точностью. Кроме того, падение напряжения в подводящих проводниках и переходных контактах искажает показания приборов.

Указанный недостаток устранен в предложенном приборе посредством применения в качестве нульиндикатора чувствительного электродинамического ваттметра, а также в результате того, что для подвода электрического тока применены токовые электроды, а для измерения, падения напряжения-потенциальные электроды.

На фиг. 1 чертежа изображена принципиальная схема прибора; на фиг. 2-упрощенная векторная диаграмма; на фиг. 3-схема первичной секционированной обмотки воздушного трансформатора.

Синусоидальный ток силой Jj от источника переменного тока проходит через участок исследуемого образца стали, используемого в качестве датчика 1, первичную обмотку воздушного трансформатора 2 {без железного сердечника) и регулировочный реостат для установления требуемой силы тока, измеряемого амперметром 3.

Вторичная обмотка воздушного трансформатора замкнута на реохорд 4, последовательно соединенный с эталонным сопротивлением 5. Реохорд и сопротивление позволяют получить необходимую синусоидальную разность потенциалоз от О до 0,1 вольта с точностью

О 5-10 вольта, исходя из того, что по реохордз можно надежно отсчитывать /2 деления. Полученная

)азность потенциалов сравнивается с основной гармонической составляющей падения напряжения в датчике (в результате изменения его магнитной проницаемости) посредством последовательно включенной в электрическую цепь рамки чувствита1ьного электродинамического

.раттметра 6., . .Предохранительная кнопка 7 служит для предохранения прибора от чрезмерно больших токов при наладке схемы. Неподвижные катушки электродинамического ваттметра приключены к отдельной экранированной обмотке воздушного трансформатора.

Известно,что вторичный ток соответствующим образом рассчитанного и нагрзженного воздушного трансформатора отстает от первичного тока на 90°. Поэтому, если первичный ток синусоидален, то падение напрял ения на чисто активном сопротивлении, включаемом в цепь вторичной обмотки воздушного трансформатора, будет отставать от первичного тока на 90°.

Так как ток в неподвижных катушках электродинамического ваттметра совпадает по фазе с падением напряжения во вторичной цепи, то рамка ваттметра будет развивать вращаюндий момент исключительно при протекании через нее тока, рас-ходяшегося по фазе на 90° с первичным током Jj. Поэтому при отсутствии отклонения рамки ваттметра падение напряжения между ползунками реохорда и эталонного сопротивления будет равно реактивной составляющей основной гармоники падения напряжения на датчике.

Упрощенная векторная диаграмjMa (фиг. 2) поясняет сказанное. Сила тока в первичной обмотке .воздушного трансформатора, изображенная вектором Ji, отстает от основной гармонической составляющей падения напряжения на датчике на некоторый угол а. Проекция вектора Yj, изображенная вектором Va, совпадающим по фазе с вектором тока, представляет собой активное падение напряжения. Вектор Vp, представляющий собой реактивную составляющую напряжения, опережает вектор Ji на 90.

При сбалансированном компенсаторе вектор Va падения напряжения между ползунками реохорда и эталонного сопротивления равен по абсолютной величине и прямо противоположен по направлению вектору Vp. Так как сопротивление цепи рамКи электродинамического ваттметра можно принять чисто активным, то сила тока в рамке изобразится вектором 1, совпадающим по фазе с вектором V;., являющимся в данном случае геометрической суммой векторов V, и Vj. Вектор силы тока перпендикулярен вектору силы тока J;, в неподвижных катушках ваттметра, который в этом случае не даст отклонений.

На фиг. 3 изображена схема секционирования первичной обмотки воздущного трансформатора. Параллельное, смещанное и последовательное соединение показанных на схеме восьми секций дает возможность получить четыре коэффициента трансформации, а именно:

JiiJo S, 10, 20 и 40

В силу значительных по споей величине полей рассеяния воздущного трансформатора прямые и обратные провода всех цепей рамки электродинамического ваттметра переплетены между собой (фиг. 1). Реохорд и эталонное сопротивление снабжены компенсационными проводами, уничтожающими влияние посторонних магнитных потоков. Для того чтобы уничтожить влияние на работу прибора токов утечки, протекающих между обмотками воздущного трансформатора, обмотка, питающая неподвижн.ые катущки ваттметра, заключается в металлический экран, показанный на схеме (фиг. 1) пунктирными линиями.

Предмет изобретения

1. Прибор для измерения статических поверхностных напрян ений в стали и, в чаетвости, в арматуре железобетонных конструкций, основанный на свойстве ферромагнитных материалов изменять величину магнитной проницаемости в зависимости от напряженного состояния в результате механического воздействия, с использованием переменного электрического тока для питания прибора и исследуемого образца стали, включаемого в электрическую схему прибора в качестве датчика, отличающийс я тем, что, с целью повышения устойчивости и точности показаний прибора, в качестве нульиндикатора применен последовательно включенный электродинамический ваттметр, неподвижные катушки которого приключены к экранированной обмотке воздушного трансформатора с вторичной обмоткой, замкнутой на реохорд, последовательно соединенный с эталонным ступенчатым сопротивлением.

2, В приборе по п. 1 применение токовых электродов для подвода электрического тока к датчику и потенциальных электродов для измерения падения напряжения для устранения искажающего влияния падения напряжения в подводящих проводах и переходных контактах прибора.

Фиг. 1

Vi X)2,/2

Фиг. 2

J3 Jz

Уг

Фиг. 3