Прибор для измерения статических поверхностных напряжений в стали

 

Класс 421», 20д, М 95201

СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНЙЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Б. Б. Тимофеев

ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СТАТИЧ

ПОВЕРХНОСТНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В

Заявлено 1 ноября 1950 r. за № 7803/437649 в Гостехнпку СССР

Опубликовано в «Бюллетене изобретений» № 3 за 1953 г.

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 "ðìàòóðû, вызванного механическим воздействием.

Известные электрические приб»ры для измерения растягивающих напряжений в металлических коп. с-.рукциях, основанные H÷ определении магнитоупругих свойств стали, имеют тот недостаток, что вследствие малой чувствительности 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 †потенциальн ые эл с ктр оды.

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 J, от источника переменного тока проходит через участок исследуемогообразца стали, используемого в качестве датчика 1, первичную обмогку воздушного трансформатора 2 (без железного сердечника) и регулировочный реостат для установления требуемой силы тока, измеряемого амперметром 8.

Вторичная обмотка воздушного трансформатора замкнута на реохорд 4, последовательно соединенный с эталонным сопротивлением 5. Реохорд и сопротивление позволяют получить необходимую синусоидальную разность потенциа№ 95201 лов от 0 до 0,1 вольта с точностью . до 5 10 вольта, исходя из того, что по реохорду можно надежно отсчитывать / деления. Полученная .разность потенциалов сравнивается с основной гармонической составляющей падения напряжения в датчике (в результате изменения его магнитной проницаемости) посредством последовательно включенной в электрическую цепь рамки чув-ствительного электродинамического ваттметра б.,Предохранительная кнопка 7 служит для предохранения прибора от черезмерно больших токов при наладке схемы. Неподвижные катушки электродинамического ваттметра приключены к отдельной экранированной обмотке воздушного трансформатора.

Известно,что вторичный ток соответствующим образом рассчитанного и нагруженного воздушного трансформатора отстает от первичного тока на 90". Поэтому, если первичный ток синусоидален, то падение напряжения на чисто активном сопротивлении, включаемом в цепь вторичной оомотки воздушного трансформатора, будет отставать от первичного тока на 90 .

Так как ток в неподвижных катушках электродинамического ватт-метра совпадает по фазе с падением напряжения во вторичной цепи, то рамка ваттметра будет развивать вращающий момент исключительно при протекании через нее тока, расходящегося по фазе на 90 с первичным током J . 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 диаграмма (фиг. 2) поясняет сказанное.

Сила тока в первичной обмотке воздушного трансформатора, изображенная вектором J,, отстает от основной гармонической составляющей падения напряжения на дат чике на некоторый угол р, Проекция вектора 1 „изображенная вектором V., совпадающим по фазе с вектором тока, представляет собой активное падение напряжения. Вектор V„, представляющий собой реактивную составляющую напряжения, опережает вектор 3, на 90 .

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

На фиг. 3 изображена схема секционирования первичной обмотки воздушного трансформатора. Параллельное, смешанное и последовательное соединение показанных на схеме восьми секций дает возможность получить четыре коэффициента тр а нсфор маци и, а име нно:

J,:J =5, I0, 20 и 40

В силу значительных по своей величине полей рассеяния воздушного трансформатора прямые и обратные провола 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 воздушного трансформатора, обмотка, питающая неподвижные катушки ваттметра, заключается в металлический экран, показанный на схеме (фиг. 1) пунктирными линиями. № 95201

Предмет изобретения

Фиг. 1

1 7

1, Прибор для измерения статических поверхностных напряжений в стали и, в частности, 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, вк..почаемого в электрическую схему прибора в качестве датчика, о т л и ч а ю щ и йс 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 трансформагора с вторичной оомоткой, замкнутой íà реохорд, последовательно соединенный с эталонным ступенчатым coll t) o THBлением, 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 н шряжения в подводящих проводах и переходных кон гакгах прибора. № 95 01

Фиг, 2

Фиг. 3

Отв. редактор Е, П. Калязин

Стандартгиз. Поди. к печ. 7/1-1957 г. Объем 0,25 и. л. Тираж 2000. Цена 50 коп.

Гор. Алатырь, типография Иа 2 Хинистерстаа культуры Чувашской АССР. Зак. 2158