Тензорезисторный способ измерения статической магнитострикции образца Советский патент 1982 года по МПК G01R33/18 

Изобретение относится к технике магнитных измерений, а более конкретно к методам прямого измерения магнитострикционной деформации, использующим в качестве первичного преобразователя тензорезистор.

По основному авт.св. № 602891 известен тензорезисторный способ измерения статической магнитострикции образца, по которому образец, на котором закреплен рабочий тензорезистор, помещают в намагничивающее устройство. Процесс измерения состоит из многократно повторяющихся тактов равной длительности. В четных тактах проводят элементарное измерение, при этом намагничивающее устройство включено, а к одному из плеч измерительного тензомоста подсоединен образцовый резистор; в нечетных тактах производят проверку нуля, при этом намагничивающее устройс гво выключено, а образцовый резистор отключен от измерительного моста. Сигнал разбаланса моста включает в себя следующие составляющие.: импульсы напряжения, амплитуда которых про- порциональна суммарному действию магнитострикции и образцового резистора; составляющие дрейфа нуля, не

связанные с ритмом работы намагничивающего устройства и обусловленные температурным изменением размеров образца и сопротивлений тензорезисторов. После усиления этот сигнал подают на вычислительное уат- ройство, с помощью которого в начале каждого четного такта осуществляют вычитание из выходного сигна10ла усилителя, фиксируемого в конце предыдущего четного такта, полусумму значений этого сигнала, фиксируемых- в конце двух соседних с ним нечетных тактах. Изменяют сопротив15ление образцового резистора на величину, пропорциональную величине разностного сигнала на выходе вычислительного устройства, в направлении сведения его к нулю, а при

20 достижении величины этого сигнала нулевого значения, по полученной величине сопротивления образцового резистора, а также по направлению его изменения в процессе измерения

25 судят о величине и знаке магнитострикции 1.

Недостатком известного способа , является низкая точность измерения, так как разностный сигнал -на выхо30де вычислительного устройства пропорционален С5 ммарному действию магнитострикции и образцового резистора только в том случае, если прогрессирующая составляющая дрейфа нуля сигнала разбаланса моста изменяется во время измерения по закону линейной функции. В тех случаях, когда изменение дрейфовой составляющей происходит по более сложному закону (например, во время измерения имеют место колебания тем пературы окружающей среды) измерени магнитострикции производится с ошиб кой, величина которой- тем больше, чем сильнее отличается закон измене ния дрейфовой составляющей от линей ной зависимости. Целью изобретенияявляется повышение точности измерения магнитостр ции. Поставленная цель достигается те что согласно тензорезисторному . , способу измерения статической магни стрикции образца, основанном на про ведении измерений в несколько равных по длительности тактов, путем подключения к мосту образцового резистора, проведении в первом и третьем тактах поверки нуля, а во втором - элементарного измерения, фиксировании результата измерения в ко це каждого такта, в четные такты производят намагничивание исследуем го образца с рабочим- тензорезистором, в.начале каждого четного такта, начиная с четвертого, по величи не разности между результатом элеме тарного измерения, фиксируемого в предьщущем четном такте, и полусуммой результатов поверок нуля, проводимых в соседних с ним нечетны тактах изменяют образцовый резистор на .величину, пропорциональную этой разности .в направлении сведения ее к нулю, а к разностному сигналу, формируемому в начале каждого четного такта, начиная с четверт го, прибавляют дополнительный сигнал, формируемый в начале каждого нечетного такта путем вычитания результата поверки нуля, фиксируемого в предыдущем нечетном такте, из полусуммы результатов элементарных измерений, фиксируемых в двух соседних с ним четных тактах. На чертеже приведена блок-схема устройства для реализации способа. Устройство содержит образцовый резистор 1, через ключ 2 подсоединяемый, например, параллельно к одному из плеч тензомоста 3, в который включен рабочий тензорезистор 4 воспринимающий деформации исследуемогр образца 5, помещенного в намаг ничивающее устройство б, индикатор 7 (например, измерительный прибор с нулем.посредине) ВЕЛХОДНОГО сигнала усилителя 8, вычислительное устройство 9, блок 10 управления, вычислительное устройство 11 и сумматор 12. В исходном состоянии блок 10 управления не работает, ключ 2 разомкнут, намагничивающее устройство б выключено, выходные сигналы вычислительных устройств 9, 11 и сумматора 12 равны нулю, значение сопротивле ния образцового резистора 1 произвольное, значение выходного сигнала индикатора 7 обусловлено начальным разбалансом тензомоста/З. Если усилитель 8 работает в области ограничения - нулевой чувствительности (зашкаливания индикатора 7), то оператор с помощью органов балансировки тензомоста 3 (не показаны) добивается сигнала на выходе усилителя 8,близкого к нулю.Затем он запускает блок 10 управления - начинается цикл измерения, состоящий из многократно повторяющихся тактой равной длительности Т, причем в нечетны;с тактах проводятся поверки нуля, а в четных - элементарные измерения. Выходной сигнал усилителя 8 в начале i-oro четного такта может быть представлен в виде суммы следующих сла гаемых КЕ+ Vo+d t+d;jt, где Vg - постоянная составляющая дрейфа,, обусловленная исходной разбалансировкой тензомоста 3;d-, прогрессирующая составляющая дрейфа, обусловленная изменением параметров измерительного тракта из-за воздействия внешних и внутренних дестабилизирующих факторов, включающая в себя линейную () и нелинейную () составляющие; КЕ информационная составляющая, где К коэффициент передачи и-змерительного тракта, равный произведению коэффициентов передачи тензомоста 3 и усилителя 8, Е Ео+5Д- суммарная величина относительных изменений сопротивлений плеч тензомоста 3 за счет воздействия образцового резистора EQ и магнитострикции S Л (Л тензочувствительность рабочего тензорезистора 4). Если длительность одного такта равна Т, то выходной сигнал усилителя 8 в четырёх тактах, предшествующих i-тому, равен Vi. Vo + d.t+dlt Vi.2 KE+VO- - oL( t-T) + A7( t-T) i-3 Vo + d(t-2T3 + oL2(t-2T) , Vi.4 KE+Vo+ot;,(t-3T) + oLi(t-3T) . Этот сигнал с выхода усилителя одновременно поступает на вход вычислительных устройств 9 и 11. Выходной сигнал вычислительного устройства 9, формируемый в начале

каждого четного такта, например, i-ro как

л - V - Vi-1- - . 2

и, следовательно, равный ug KE-{liT поступает на первый вход сумматора 12, где осуществляется запоминание его уровня до начала следующего четного такта. Выходной сигнал вычислительного устройства 11, формируемый в начале каждого нечётного так,та, например, i-1-ого, как . „ 112

и, следовательно, равный&,,KE-fcL.Т , поступает на второй вход сумматора 12, где осуществляется запоминание его уровня до начала следующего нечетного такта. Выходной сигнал суммтора j формируемый как

И, следовательно, равный , подается на вход блока 10, который изменяет сопротивление образцового резистора 1 на величину,, пропорциональную текущему значению див направлении (Л ).

Цикл измерения продолжается до тех пор, пока выходной сигнал сумматора не станет равен нулю (изменени сопротивления образцового резистора прекращается), при этом

(Ео+ЗЛ)0, т.е..

Откуда видно, что измеряемая вели- чина магнитострикции и ее знак определяются величиной установившегося значения сопротивления образцового резистора 1 и направлением его изменения в процессе измерения.

Способ испытан при измерении магнитострикции на стальных-образцах. Результаты испытаний показали, что использование изобретения позволяет в 1,5-2 раза повысить точность измерения магнитострикционных деформаций.

Формула изобретения

15

Тензорезисторный способ измерения статической магнитострикции образца по авт.св. 602891, о т л и-ч а ющ и и с я тем, что, с целью повышения точности, к разностному сиг0налу, формируемому в начале каждого четного такта, начиная с четвертого, прибавляют дополнительный сигнал, формируемый в начале каждого нечетного такта путем вычитания результата поверки нуля, фиксируемого в предыдущем нечетном такте, из полусуммы результатов элементарных измерений, фиксируемых в двух соседних с ним четных тактах.

0

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 602891, кл. G 01 R 33/18, 1978.