Электромагнитный преобразовательмеханических напряжений

 

!

<1ц823839

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ô1) Дополнительное к авт. свмд-ву(22) Завалено 110379 (2f) 2736094/25-28

Союз Советских

Социаектичесмих

Уеспубвик (53)м. кл.з О 01 В 7/24 с присоединением заявимся

1 (23) Приоритет

Государственный комитет, СССР по делам изобуетеняй н открытяй 5З У@(531.781 2 (088.8) Опубликовано 230481, Бюллетень N9 15

Дата опубликования описания 230481 (54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МЕХАНИЧЕСКИХ

НАПРЯЖЕНИЙ

Изобретение относится к измерению1 механических напряжений и деформаций магнитными методами и может использоваться для исследования напряженного состояния конструкций и деталей .иэ Ферромагнитных материалов в разюычннк областях техники.

Известен электромагнитный преобразователь неэлектрических величин, в том числе механических напряжений, содержащий П-образный магнитопровод,замыкаемый испытуемой деталью или конструкцией, и размещенные на нем возбуждающую и измерительные обмотки.

Преобразователь соединен с вторич- 15 ным прибором, возбуждающей обмоткойс источником питания переменного тока, измерительной - с выпрямителем.

Во вторичном приборе имеется второй преобразователь, магнитопровод кото- 20 рого замкнут. Вйпрямяенный сигнал второго преобразователя использован для компенсации начального выходного .сигнала первого преобразователя (1).

Однако прн таком выполнении преобразователя его схема и конструкция из-эа необходимости начального выход" ного сигнала оказывается сложной.

Выходной сигнал в виде постоянного 30 напряжения неудобен для последующего. усиления °

Известен также электромагнитный преобразователь механических напряжений содержащий крестообразный магнитопровод, полюсные стержни которого замыкаются испытуемой деталью, возбуждающуЮ и измерительную обмотки, охватывающие крестообразнуюечасть магнитопровода и размещенные каждая Ф

s различных двух противолежащих углах между его стержнями. В таком преобразователе остаточный выходной сигнал скомпенсирован и равен нулю, если материал испытуемой детали изотропен по магнитным свойствам (2l.

Однако конструкционные материалы часто оказываются анизотропными по магнитным свойствам. Например, листы судостроительных сталей оказываются намагниченными в каких-то направлениях либо из-за производственной термомеханической обработки, проходящей в магнитном поле земли, либо иэ-за использования электромагнитных кранов при погрузочно-разгрузочных работах. Аниэотропия,магнитных свойств испытуемой детали вызывает появление ,на выходе преобразователя остаточ ного сигнала, содержащего основную

823839 подмагничиввющую обмотку 5 - с источником постоянно о тока (не изображена) . Измерительную обмотку 6 соединяют со вторичным прибором (не ,изображен), измеряющим выходной сиг5 "

Через контролирумую деталь в двух взаимно перпендикулярных направлениях, совпадающих с направлением полюсов магнитопровода, протекают магнитные потоки Ф1и Ф2, вызванные током возбуждающей обмотки 4. И э- за различия магнитных свойств материала детали, вследсгвие его анизоторопии, потоки Ф 1 и Ф различны. В соответствии с йринятыми в теории ферроэон15 довых преобразователей выражениями имеем где S

Р1И т„и

Н„и

З5 Кроме виде (2) где Н и НО2 — напряженности поля от (и обмотки 5 подмагничивания;

Н и Н - амплитуды напряженности переменных полей, Ж2 вызванных возбуждающей обмоткой 4, причем и высшие гармоники. При этом неодинаковость магнитной проницаемости и обуславливает наличие основной, а неодинаковость намагниченности и нелинейности кривой намагничивания высших гармоник в остаточном сигнале.

Наличие остаточного сигнала у та,кого преобразователя снижает его чувствительность, так как на фоне остаточного сигнала нельзя с удовлетворительной точностью измерять малые изменения механических напряжений.

Цель изобретения - повышение точности путем компенсации остаточного выходного сигнала преобразователя.

Указанная цель достигается тем, что в электромагнитном преобразователе место пересечения стержней маг" нитопровода выполнено в виде тела вращения, ось которого проходит через центр крестообразной части пер- 20 пендикулярно ее плоскости, преобразователь снабжен подмагничивающей обмоткой, которая охватывает ту же часть магнитопровода, что и возбуждающая обмотка, а измерительная и нодмагничивающая обмотки установлены с возможностью независимого поворота в плоскости кресообразной части магнитопровода.

Кроме того, преобразователь снабжен механизмами для регулировки углового положения измерительной и подмагничивающей обмоток.

На чертеже схематически изображен предлагаемый электромагнитный преобразователь, общий вид.

Преобразователь содержит крестообразный магнитопровод 1 с полюсами

2, размещенными перпендикулярно крестообразной части. Место пересечения стержней магнитопровода выполнено в 40 виде тела 3 вращения, например цилиндра. Возбуждающая 4 и подмагничивающая 5 обмотки охватывают крестообразную часть магнитопровода и размещены в двух противолежащих углах между полюсами магнитопровода.

Измерительная обмотка б тоже охватывает крестообразную часть магнитопровода, но размещена в двух других противолежащих углах между полюсами магнитопровода. Все, обмотки (возбуждающая 4, подмагничивающая 5 и из мерительная б) установлены на магнитопроводе с возможностью независимого поворота в плоскости его крестообразной части, для чего преобразователь снабжен механизмами 7 для регулировки углового положения этих обмоток»

Электромагнитный преобразователь работает следующим образом. d0

Преобразователь устанавливают полюсами 2 магнитопровода на испытуемую ненагруженную деталь. Возбуждающую обмотку 4 соеджияют с источником, переменного тока (не изображен), а 5 — площадь сечения маг.нитопроводов; (02 — обратимые магнитные проницаемости детали в двух взаимно перпендикулярных направлениях;

m2 - параметры, характеризующие необратимость процессов намагничивания детали;

Н вЂ” напряженности поля в

2 детали по направлению магнитопроводов. того, Н1 и Н2 записываем в

Н б1 H p ь1 и 06 ) H p2 » Í р со э ф„ ) (3)

Н ш1 Hm sin p, НП,2= Нп, саь р, где Но - напряженность, создаваемая обмоткой 5 подмагничивания;

Н,„ - амплитуда напряженности по. ля обмотки 4 возбуждения; оС - угол поворота обмотки 5 относительно направления одного иэ магнитопроводов; — угол поворота обмотки 4 от-носительно того же направления.

Поставив в уравнение (1) выражения (2) и (3), находим в соответствии с

823839

Формула и зобретения

ВНИИПИ Заказ .2082/53 Тираж 642 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 законом электромагнитной индукции

ЭЛС, наводимую на измерительной обмотке 6, если она повернута на угол относительно направления принятого за начало углов поворота всех обмоток, получаем е= и5Цф„,m„,ж,ф.соби-1 ({ц р,жф) в»д Дх

"сОъ(Ьф{м» taz c pi) сои -S(Q>,щ ф,ф.s»n g jx

"соь2яЪ+(С{р».в„,к,и-cosy-Ñ(ð,,в а,ф sing)eos3д(, О (4) где А,В и С - некоторые функции от аргументов р, m,@,, P.

Из выражейия (4) видно, что выбором трех углов C„P, g можно добиться

Ьбращения в нуль трех первых гармоник, остаточного сигнала при отличающихся значениях {П» ир, п „ип)...

Для этого, наблюдая за остаточным выходным сигналом, попеременно регу- 20 .лируют положение обмоток (то возбуждающей 4, то йодмагничивающей 5, то измерительной 6), добиваясь на каждом этапе минимума остаточного сиг нала. 25

Величина остаточного сигнала обычно не превышает. 10% величины напряжения питания обмотки возбуждения.

Подбором углов поворота обмоток.возбуждения, подмагничивания.и измерительной обмотки остаточный сигнал удается снизить в 8-10 раз.

1. Электромагнитный преобразователь механических напряжений, содержащий крестообразный магнитопровод, возбуждающую и измерительную обмотки, охватывающие крестообразную часть магнитопровода и размещенные каждая в различных двух противолежащих углах между его стержнями, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью новышения чувствительности путем компенсации остаточного выходного сигнала, место пересечения стержней магнитопровода выполнено в виде тела вращения, ось которого проходит через центр крестообразной части перпендикулярно ее плоскости, прелбразователь снабжен подмагничивающей обмоткой, которая охватывает ту же часть магнитопровода, что и возбуждающая обмотка, а измерительная и поцмагничивающая обмотки установлены с возможностью независимого поворота в плоскости крестообразной части -магнитопровода.

2. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что он снабжен механизмами для регулировки углового положения измерительной и подмагничивающей обмоток.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Валитов А.М-3. и Шилов Г.И.

Приборы и методы контроля толщины покрытий. M. Машиностроение,, 1970, с. 44 рис. 32.

2. Механцев Ю.Я. Магнитоупругие датчики .для исследования остаточных напряжений. — Сб. Остаточные напряжения в заготовках и деталях крупных машин . Под. ред, О.Н. Михайлова, Свердловск, НИИТяжмаш, Уралмашзавод, 1971,с. 103, рис. 9б (прототип).