Магнитоанизотропный преобразователь механических напряжений и деформаций

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социалистических

Рес у

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено Ol. 08. 80 (21) 2972939/Z5-28 51 М Кл з с присоединением заявки Йо

I (23) G 01 В 7/24

Государствеииый комитет

СССР по делам иэобретеиий и открытий

Приоритет

Опубликовано 070982. Бюллетень 89 33 (33) УДК 531 ° 781. .2(088.8) Дата. опубликования описания 07.09.82 .

A.A.Ãðèãîðüåâ, Н.Е.Жадобин и Б.Н.Цырульннков .т (3, 1

Ленинградское ордена Октябрьской Революции.- -выаиааа инженерное морское училище нм.адм. С.О.Макарова (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54 ) МАГНИТОАНИЗОТРОПНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИИ И ЦЕФОРМАЦИИ. Изобретение .относится к измерениям механических напряжений и деформаций с использованием явления магнитоупругости и может быть использовано для исследований напряженного состо- яния и усталостных процессов конструкций и деталей иэ ферромагнитных материалов,.применяемых в морском, авиационном, железнодорожном и авто. ,мобильном транспорте. .Известно устройство для определения механических напряжений и дефор- маций, содержащее постоянный магнит и ферроэонд, размещенный между:полюсами магнита, с выходными зажима" ми для присоедйнения к измерительному прибору, воспринимающему вторую гармонику .(1J .

Однако такое устройство обладает малой чувствительностью, поскольку феррозонд воспринимает изменения весьма слабого магнитного поля рассеивания вне намагниченной детали.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является магнитоанизотропный преобразователь механических напряжений и деформаций, содержащий крестообразный магнитопровод с двумя парами противоле жащих полюсных стержней, две возбуждающне и две измерительные электрические обмотки, каждая из которых охватывает один полюсный стержень иэ соответствунхцей пары стержней, причем возбуждающне обмотки преднаэначены для присоединения к источнику .переменного тока (21

Повышение чувствительности известного преобразователя обеспечено. тем, что информация о напряженном состоянии конструкции.или детали . определяется по изменению достаточно сильных магнитных полей, протекаю15 щнх по конструкции или детали.

Однако использование переменного тока для питания воэбуждатощих обмоток приводит к появлению вихревых токов в испытуемой конструкции или детали, вызванных магнитным возбуждающим полем..Вихревые токи порождают поверхностный эффект и нагревают материал испытуемой конструк ции. Появление поверхностного эффек25:-та не позволяет возбуждающему магнитному полю воспринимать механические напряжения во внутренних слоях конструкции, а нагревание материала конструкции ведет к изменению

30 его свойств.

956971

Все это приводит к изменению точ. ности результатов измерений, получаемых с помощью известного преобразователя.

Целью изобретения является повышение точности результатов измерений путем исключения влияния вихревых токов магнитного возбуждающего поля.

Эта цель достигается тем, что в магнитоаниэотропном преобразователе механических напряжений и деформации, содержащем крестообразный магнитопровод с двумя парами противолежащих полюсных стержней, две возбуждающие и две измерительные электричес- 15 кие обмотки, каждая иэ которых охватывает один полюсный стержень иэ соответствующей пары стержней, магнитопровод снабжен дополнительным стержнем, соединенным концами с по- 2О люсными стержнями измерительных обмоток между полюсами этих стержней и их измерительными обмотками, размещенными на дополнительном стержне двумя дополнительными измерительны-. 25 ми обмотками, иэ которых первая соединена с одной измерительной обмоткой последовательно согласно и предназначена для совместного присоединения к источнику переменного тока, gp вторая соединена с другой измерительной обмоткой последовательно в"тречно и предназначена для совмест ного присоединения к измерительному прибору, а возбуждающие обмотки

4с предназначены для присоединения к источнику постоянного тока..

При таком выполнении преобразователя возбуждающее магнитное поле оказывается постоянным и вихревые токи от возбуждающего магнитного поля не возникают. При отсутствии вихревых токов возбуждающее магнитное поле способно воспринимать механические напряжения во внутренних слоях ферромагнитной конструкции или детали и не способно нагревать материал испытуемой конструкции. Именно этим обеспечивается повы»»ение точности результатов измерений. 50

На чертеже схематично представлен преобразователь, общий вид.

Магнитоанизотропный преобразователь механических напряжений и деформаций содержит крестообразный .магнитопровод 1 с двумя парами противолежащих полюсных стержней 2 и 3.

Лзе возбуждающих 4 и 5 и две измерительных б и 7 обмотки охватывают „ каждая слой противолежащий полюсный стержень ° Магнитопровод преобразователя снабжен дополнительным стержнем

8, соединенным своими концами с измерительными полюсными стержнями 3 в местах межцу их полюсами и из- 65 мерительнымн обмотками б и 7. На стержне 8 размещены дополнительные ,обмотки 9 и 10. Обмотка 9 соединена с измерительной обмоткой б последовательно согласно и предназначена для присоединения к источнику переменного тока (не показан). Обмотка

10 соединена с измерительной обмоткой 7 последовательно встречно и предназначена для присоединения к измерительному прибору (не показан).

Ток питания возбуждающих обмоток 4 и 5 выбран постоянным, и они должны присоединяться к источнику постоянного тока (не показан).

Преобразователь работает следующим образом. ,Вначале преобразователь устанавливают на испытуемую ферромагнитную конструкцию или деталь полюсными стержнями 2 и 3 и подключают возбуждающие обмотки 4 и 5, а также соединенные последовательно согласно обмотки 5 и 9 к своим источникам питания. В результате через испытуемую конструкцию и полюсные стержни 2 протекает постоянный магнитный поток возбуждения СР, а по замкнутой

0-образной магнитной. цепи, состоящей из участка магнитопровода 1 между полюсными стержнями 3, самих полюсных стержней 3 и стержня 8, протекает переменный магнитный поток Ф> . Поток ср не попадает через полюсные стержни 3 в испытуемый материал, поскольку он протекает по замкнутой 0-образной цепи, причем на выходных зажимах последовательно встречно соединенных обмоток 7 и 10 он не наводит выходного сигнала.

При появлении механических напряжений 6, направленных под углом к линиям, соединяющим полюса однои- менных полюсных стержней, магнитные свойства материала конструкции приобретают аниэотропию. В результате магнитное сопротивление участков конструкции между соседними полюсами, лежащими по направлению действия механйческих напряжений и поперек этого направления оказываются не одинаковыми, что вызывает появление постоянного магнитного потока »(в полюсных стержнях 3, который пропорционален величине механических напряжений.

Магнитный поток у, делясь пополам, протекает по магнитопроводу 1 и стержню 8. На магнитопроводе 1 он складывается с магнитным потоком р, а на стержне 8 выгибается..Это приводиг к тому, что появляются магнитные результирующие потоки »» 1 .и O . Поскольку материал магнитопровода обладает нелинейными свойствами, переменные составляющие магнитных потоков с(» и

Ф оказываются отличными от перво956971

Формула изобретения начального значения Р, . Поэтому через полюса стержней 3 в испытуемый материал потечет их раэностный пере менный поток, а на выходных зажимах последовательно встречно соединенных обмоток 7 и 10 появится выходной сигнал, наведенный этим раэ-. ностным потоком.

Величина выходного сигнала преобразователя может быть рассчитана аналитически лишь приближенным методом при условии малости упомянутого

1 разностного переменного потока и постоянного потока . Малость этих потоков позволяет считать линейным отрезок магнитной цепи от полюсов стержней 3 до стержня 8 и между полюсами стержней 3 по испытуемому материалу.

Ясли принять известную аппроксимирующую функцию для кривой намагничивания ферромагнитного материала магнитопровода, то для потоков Ф„ и Ф можно записать Р =аВ (Ho+H) +bS (Но+Н) к (1) ж, =aS (Н,-Н) +Ы (Н,-H), где а и Ь вЂ” константы аппраксимирую. щей зависимости;

S — сечение магнитопровода;

Н вЂ” напряженность постоянного магнитного поля;

Но — напряженность переменного магнитного поля:

Н = В в .псоС. (2)

Для разности потоков (1) получим

Ф„ -4 =2аЯН+6ЬЙНН +2ЬЯН, (3) откуда для выходного сигнала E получаем

Е= — — (Ф„-4 ) =12bSHh sin2yt. (4)

Выходной сигнал Е пропорционален напряженности Н, а напряженность Н постоянного поля в свою очередь пропорциональна механическим напряжением б .

Использование описанного магнитоанизотропиого преобразователя механических напряжений и деформаций повышенной точности позволяет достоверно судить о напряженном состоянии испытуемых конструкций, что обеспечивает более точный прогноз их срока службы.

Магнитоанизотропный преобразователь механических напряжений и

1р деформаций, содержащий крестообразный магнитопровод с двумя парами противолежащих полюсных стержней, две возбуждающие и две измерительные электрические обмотки, каждая

15 из которых охватывает один полюсный стержень из соответствующей пары стержней, о т л и ч а ю щ и й"

: с я тем, что, с целью повышения точности результатов измерений nygp тем исключения влияния вихревых токов магнитного возбуждающего поля, магнитопровод снабжен дополнительным стержнем, соединенным концами с полюсными стержнями измерительных обмоток между полюсами этих стержней и их измерительными обмотками, размещенными на дополнительном стержне двумя дополнительными измерительными обмотками, из которых первая

Зр соединена с одной измерительной обмоткой последовательно согласно и предназначена для присоединения к источнику переменного тока, вторая соединена с другой измерительной с

35 обмоткой последовательно встречно и предназначена для присоединения к измерительному прибору, а возбуждающие обмотки предназначены длй присоединения к источнику постоянно4р гО тОка.

Источники информации,,принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 120670, кл. G 01 В 7/24, 1958.

2. Авторское свидетельство CCCP

Р 145045, кл. С 01 В „7/24, 1961 (прототип).

ВНИИПИ Заказ 6579/26

Тираж 614 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул.Проектная,4