Способ измерения параметров механической нагрузки на ферромагнитное тело и устройство для его осуществления Советский патент 1982 года по МПК G01B7/24 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерениям усилий и механических напряжений, и может использоваться для испытаний деталей и конструкций из ферромагнитных материалов при динамических нагрузках, а также для выявления текучести, ра.сслоения и тому подобных явлений при постоянных нагрузках.

Известен способ измерения механических напряжений, заключающийся в том, что в ферромагнитной детали возбуждают постоянное магнитное поле, измеряют индукцию и по полученным результатам определяют механические напряжения. Устройство для измерения механических напряжений содержит магнитопровод незамкнутой формы, часть которого выполнена в виде постоянного магнита, и измеритель индукции магнитного поля в виде феррозонда, размещенного между полюсами магнитопровода Г.

Однако при таком осуществлении способа и устройства не могут измеряться скорости изменения механических напояжений.

Известен также способ измерения скорости изменения механической нагрузки на ферромагнитное тело, заключающийс я в том, что в теле возбуждают постоянное магнитное поле, измеряют скорость изменения магнитного потока и по полученным результатам определяют скорость изменения нагрузки на ферромагнитное тело.

10 Устройство для измерения скорости изменения механической нагрузки содержит нагружаемый замкнутый магнитопровод с крестообразным центральнь1м участком возбуждающую обмотку,

15 охватывающую крестообразный участок и питаемую постоянным током, а также измерительную обмотку, охватывающую крестообразный участок крест-накрест с возбуждающей обмоткой

Однако такое осуществление способа и устройства не обеспечивает получения высокой точности результатов измерений. Это объясняется тем, что магнитнкй поток в магнитопроводе

25 и его изменение в каждый момент времени неоднозначно зависят от нагрузки, поскольку они зависят и от характера предшествовавших процессов как перемагничивания, так и механической нагрузки, которые совместно оказывают влияние на состояние доменной структуры магнитопровода,

Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению является способ измерения параметров механической нагрузки на ферромагнитное тело, заключающийся в том, что возбуждают в теле стационарное переменНое магнитное поле и нестационарное переменное затухающее магнитное поле с начальной амплитудой, насыщающей тело, измеряют напряженность стационарного магнитного поля после затухания нестационарного магнитного поля, и по результатам измерений определяют параметр нагрузки на ферромагнитнре тело - действующее усилие , Устройство для измерения параметров механической нагрузки на ферромагнитное тело содержит в качестве ферромагнитного тела замкнутый магнитопровод, возбуждающую и дополнительную обмотки, охватывающие магнитопровод, блок питания в виде источника переменного тока, соединенного с возбуждающей обмоткой, источник затухающего переменного тока с выключателем на выходе, соединенный с дополнительной обмоткой, и измерительный элемент. Причем источник затухающего переменного тока выполнен в виде конденсатора, периодически подключаемого то к источнику постоянного тока, то к дополнительной обмотке, а измерительный элемент выполнен в виде резистора, включенного последовательно с обмоткой возбуждения З..

При таком осуществлении способа и

устройства материал магнитопровода с помощью нестационарного затухающего магнитного поля подвергается размагничиванию и механическому ударному воздействию, приводящему его доменную структуру в энергетически устойчивое состояние, благодаря чему обеспечивается повышенная точность результатов измерений. Однако известное техническое решение не позволяет получать необходимую

в некоторых случаях информацию о скорости изменения механической нагрузки и других величин, поскольку дифференцирование огибающей синусоидального выходного сигнала с удовлетворительной точностью затруд||ительно. Кроме того, известное устройство не позволяет производить измерения параметров нагрузки на различных ферромагнитных телах по выбору, так как нагружаемым телом в нем является магнитопровод - несменяемая часть устройства.

Целью изобретения является обеспечение возможности измерения

скорости изменения нагрузки на различных ферромагнитных телах.

Для достижения этой цели согласно способу измерения параметров механической нагрузки на ферромагнитное

тело, заключающемуся в том, что в теле возбуждают стационарное магнитное поле и переменное затухающее полес начальной амплитудой, насыщающей тело, измеряют параметр стационарного магнитного поля и по полученным результатам определяют параметры механической нагрузки на ферромагнитное тело, стационарное магнитное поле выбирают постоянным

5 с напряженностью, обеспечивающей обратимость магнитных свойств тела, а в качестве измеряемого параметра стационарного магнитного поля используют скорость изменения магнитQ ного потока,

В устройстве для измерения пара, метров механической нагрузки на ферромагнитное тело, содержащем магнитопровод, возбуждающую обмотку, охватывающую магнитопровода, блок питания, соединенный с возбуждающей обмоткой, источник затухающего переменного тока с выключателем на выходе и измерительный элемент, послед0 НИИ выполнен в виде измерительной обмотки, охватывающей магнитопровод, блок питания выполнен в виде источника постоянного тока, источник затухающего переменного тока соединен с возбуждающей обмоткой, а магнитопровод выполнен разомкнутым с полюсами, накладываемыми на ферромагнитное тело с возможностью скольжения,

0 Магнитопровод может быть выполнен из отдельных одинаковых пластин,размещенных осесимметрично, а все обмотки могут быть выполнены цилиндрическими.

5 На чертеже изображено устройство для измерения параметров механической нагрузки на ферромагнитное тело.

Устройство содержит магнитопровод 1, который выполнен разомкнутым, с полюсами, накладываемыми на ферромагнитное тело 2 с возможностью скольжения. Магнитопровод 1 охватывают возбуждающая 3 и измерительная 4 обмотки. С возбуждающей обмоткой 3 соединен блок питания, выполненный в виде источника 5 постоянного тока, и источник 6 затухающего переменного тока с выключателем на выходе. Соединение источников 5 и 6 с обмоткой 3 осуществлено

0 преобразователь 7.

Магнитопровод 1 может быть выполнен из-отдельных одинаковых пластин, размещенных осесимметрично вокруг тела 2, а обмотки 3 и 4 выполнены

5 цилиндрическими. К измерительной обмотке 4 подключен блок 8 преобразователей для последующей обработки выходного сиг нала. В него входят усилитель 9 сигнала, усилитель 10 с интеграторо усилитель с интегратором и фильтром 11 низких частот, усилитель с интегратором и фильтром 12 высоких частот. Предлагаемый способ реализуется работой устройства следующим образо Магнитопровод 1 устанавливают полюсами на ферромагнитное тело 2. Включают блок 5 питания и источник б переменного-затухающего тока, чем возбуждают в ферромагнитном теле 2 стсщионарное постоянное магнитное поле и переменное затухающее магнит ное поле. Йапряженность постоянного iмагнитного поля соответствует нахождению магнитных свойств тела в зоне их обратимости, а начальная амплитуда напряженности переменного затухающего поля обеспечивает насыщение тела. Затухающее магнитное поле подвер гает размагничиванию материал тела и за счет явления магнитострикции механическим воздействиям. В резуль тате этого доменная структура ферро магнитного тела переходит в энергетически устойчивое однозначное состояние, не зависящее от предыстории намагничивания и нагружения тела. После затухания переменного поля магнитное состояние ферромагнитного тела, например индукция магнитного поля, будет однозначно определяться лишь нагрузкой Р на него и напряжен ностью постоянного магнитного поля. При изменении нагрузки Р во времени магнитный поток Ф в теле 2 и магнитопроводе 1 будет изменяться пропорционально нагрузке. По этой причине на измерительной обмотке 3 будет наводиться ЭДС, пропорциональ ная скорости изменения магнитного потока Ф в магнитопроводе и, соот.ветственно, скорости изменения нагрузки Р. Измеряя эту ЭДС,определяют скорость изменения магнитного пото ка стационарного магнитного поля и по полученным результатам определяют скорость изменения нагрузки. Использование предлагаемого способа и устройства для его осуществления позволяет повысить точность результатов измерений скорости изме нения напряженного состояния при динамических испытаниях деталей. конструкций и т.п., изготовленных из ферромагнитных материалов. Формула изобретения 1.Способ измерения параметров механической нагрузки на ферромагнитное тело, заключающийся в том, что возбуждают в теле стационарное магнитное поле и переменное затухающее магнитное поле с начальной амплитудой,- насыщающей тело, измеряют параметр стационарного магнитного поля после затухания переменного магнитного поля и по полученным результатам определяют параметры механической нагрузки, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью обеспечения возможности измерения скорости изменения механической нагрузки, стационарное магнитное поле выбирают постоянным с напряженностью, обеспечивающей обратимость магнитных свойств ±ела, а в качестве измеряемого параметра стационарного магнитного поля используют скорость изменения его магнитного потока. 2.Устройство для измерения параметров механической нагрузки на ферромагнитное тело, содержащее магнитопровод, возбуждающую обмотку, охватывающую магнитопровод, блок питания, соединенный с возбуждающей обмоткой, источник затухающего переменного тока с выключателем на выходе и измерительный элемент, о тлй ч а-юще е ся тем, что измерительный элемент выполнен в виде измерительной обмотки, охватывающей магнитопровод, блок питания выполнен в виде источника постоянного тока, источник затухающего переменного тока соединен с возбуждающей обмоткой, а магнитопровод выполнен разомкнутьпч с полюсами, накладываемыми на ферромагнитное тело с возможностью скольжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 120670, кл. G 01 В 7/24, 1958. 2.Автоматические устройства с магнитоупругими преобразователями. М., Энергия, 1974, с. 61, рис.26.2. 3.АвторскЪе свидетельство СССР 547652, кл. G 01 L 1/12, 1975 (прототип).

HI1j.

Ф