Измерители прочности материалов в народном хозяйстве

June 8, 2015 by admin Комментировать »

Одной из важных механических характеристик различных конструкций и сооружений является прочность применяемых для их изготовления материалов. Прочность зависит от ряда факторов, основными из которых являются структурные особенности материалов (характер связи между отдельными частицами) и характер распределения механических напряжений по отдельным элементам конструкций. Структурные особенности большинства материалов хорошо изучены и в процессе эксплуатации сооружений контролируется только в исключительных случаях. Характер распределения механических напряжений в отдельных элементах конструкций не всегда ясен и в ряде случаев, особенно при исследовании новых конструктивных элементов, требует постоянного контроля и наблюдения. О характере распределения напряжений судят по деформациям соответствующих конструктивных элементов.

Среди многочисленных методов измерения деформаций наибольшее распространение получили тензометрические методы, основанные на использовании тензорезнсторов. Это связано с тем, что проволочные (ленточные) тензорезисторы с помощью соответствующей аппаратуры позволяют проводить наблюдения одновременно в нескольких точках, в отдаленных и труднодоступных местах, регистрировать быстрые изменения деформаций во времени. Данные тензометрических наблюдений можно записывать на диаграммные ленты, что особенно важно при исследовании механических напряжений на объектах, испытание которых связано с опасностью для жизни человека.

Шестиканальный тензометрический усилитель ПТУ-5 (автор конструкции И. Ф. Сорин). Прибор состоит из трех одинаковых узлов. Блок-схема одного из инх показана на рис. 1-31. Каждый узел

Рис 1-31.

состоит из двух одинаковых каналов усиления и общего для них усилителя мощности сиги ал а несущей частоты 6, к выходам которого подключены измерительные мосты /. Одно из плеч каждого моста / представляет собой измерительный тензодатчик, а соседнее плечо — компенсационный тензодатчик. В схеме можно использовать и четыре тензодатчика. Мост питается переменным напряжением частотой 3500 Гц. Сигнал разбаланса моста поступает на входное устройство 2, представляющее собой фильтр для защиты от наводок—помех промышленной частоты и далее на усилитель 3. С выхода усилителя сигнал поступает на вход фазового демодулятора 4, на второй вход которого поступает сигнал с отдельного выхода усилителя 6. Фазовый демодулятор служит для определения фазы сигнала, зависящей от вида деформации (сжатие или растяжение), и представляет собой фазочувствительный выпрямитель. С фазового демодулятора сигнал проходит на выходное устройство 5, предназначенное для подавления сигнала несущей частоты и выделения сигнала модуляции, т. е. частоты деформации. С выходного устройства сигнал поступает на вход соответствующего канала шлейфового осциллографа 8.

Помимо трех измерительных узлов, блок-схему одного из которых мы рассмотрели, в схеме установки предусмотрены, показанные на том же рисунке, общие для всей конструкции блоки: задающий генератор 7, блок питания и измерительное устройство для начальной балансировки мостов 9. Кроме того, в схеме имеется устройство для автоматической тарировки чувствительности. Прибор выполнен на транзисторах. Питается прибор от сети через выпрямитель и стабилизатор или от источника постоянного тока (аккумулятор или батареи). Потребляемая мощность 8 Вт.

Принципиальная схема отдельного узла с общими для всех узлов устройствами изображена на рис. 1-32. Задающий генератор выполнен по двухтактной схеме на транзисторах Τι и Т2. С третьей обмотки трансформатора Тр2 сигнал поступает на базы транзисторов Т$ и Τ’* усилителя мощности. С четвертой и пятой обмоток трансформатора Тр2 сигналы поступают на базы транзисторов усилителей мощности второго и третьего узлов прибора, которые на рисунке не показаны. Усилитель мощности выполнен на транзисторах Г3 и Г4 по двухтактной схеме. Со второй обмотки трансформатора Трг сиг* нал поступает в диагональ измерительного моста. С противоположной диагонали сигнал разбаланса через фильтр, выполненный на конденсаторах С С5 и катушке индуктивности Lu и делитель напряжения, выполненный на резисторах Ra4> Ли и переключатель посыпает на вход усилителя. Усилитель выполнен по схеме RC на транзисторах Т5—Т2. С выхода усилителя сигнал поступает на вход фазового демодулятора, собранного на транзисторах Тю и Гц. Напряжение сигнала разбаланса сравнивается по фазе с напряжением, снимаемым с третьей обмотки трансформатора Трг■ Разностный сигнал с демодулятора через фильтр ^катушки L2y La н конденсаторы С13—Cis) подается на регистрирующий блок. Регистрирующий блок состоит из стрелочного индикатора И2 и цепей коммутации, выполненных на переключателях Па и #4. С помощью переключателя Па выходной сигнал подается либо на стрелочный индикатор (через переключатель #*), либо на соответствующие зажимы шлейфового осциллографа.

В схеме прибора предусмотрено вспомогательное устройство, служащее для начальной балансировки измерительного моста. Это устройство состоит из переключателя /7г, осуществляющего подключение к его входу соответствующего канала измерения, змнттерного подторителя, выполненного на транзисторе 7«, и чувствительного стрелочного индикатора (микроамперметр на 100 мкА). Индикатор И% представляет собой миллиамперметр на 5 мА с нулем посредине шкалы.

Рассмотренная схема тензометрического усилителя достаточна проста и в то же время универсальна. Для проверки чувствительности прибора используется резистор R\t подключаемый кнопкой параллельно одному из плеч моста. В качестве тензорезисторов мо< гут использоваться проволочные тензометры сопротивления на 150— 200 Ом.

Контроль затвердевания различных материалов в ходе производственного процесса является довольно трудно разрешимой задачей, имеющей, однако, большое народнохозяйственное значение. Это связано с тем, что при массовом выпуске изделий, например, из полиэфируретановых каучуков (красочные валики и другие изделия) знание момента полного затвердевания материала позволяет пол·* ностью исключить брак, возникающий от недодержек изделий в формах, где происходит затвердевание, и увеличить оборачиваемость’ форм, не допуская передержек изделий в термостатах. Кроме того, контроль затвердевания позволяет без дополнительного физико-механического испытания судить о соответствии прочности контролируемого материала техническим условиям.

Прибор для контроля затвердевания изделий из полиэфируретановых каучуков ПКВ-2 (авторы конструкции Д. А. Назаров! Л. Я. Шиманский, В. С. Толстяков). Принципиальная схема его представлена на рис. 1-33, внешний вид с датчиком — на рис. 1-34;

Рис. 1 -34

Прибор позволяет контролировать ход процесса затвердевания (вулканизацию) жидких полиэфируретановых каучуков, твердость конечного продукта которых находится в пределах от 5 до 50 по Шору. Принцип действия прибора основан на измерении резонанса частотно-механического колебательного контура, образованного элементами электромеханического вибратора и определенным объемом вулканизуемого материала, в который погружен вибратор. Резонансная частота такого контура зависит от динамического модуля сдвига затвердевающего материала.

Форму, заполненную исследуемым полиэфируретановым каучуком, помещают в термостат. В исследуемом материале, который в начальной стадии находится в жидком состоянии, колеблется зонд вибратора. По мере хода процесса затвердевания возрастает динамический модуль сдвига, что приводит к изменению добротности контура и к изменению резонансной частоты системы вибратор—исследуемая среда. Эти изменения вычерчиваются самописцем на диаграммной ленте в виде-кривой. Наклон кривой характеризует скорость протекания процесса в каждой ее точке. Окончание процесса затвердения характеризуется постоянным модулем сдвига и соответственно постоянной резонансной частотой.

Прибор состоит из следующих основных узлов: автогенератора электрических колебаний, частота которых определяется параметрами механического колебательного контура, частотомера-самописца типа Н-340 и стабилизированного источника питания.

Автогенератор выполнен на транзисторе Т$ и трансформаторе Тр% Контурными катушками служат обмотки электромеханических преобразователей ЭМП-1 и ЭМП-2. Для стабилизации амплитуды колебаний зонда вибратора в вулканизуемом материале при изменении его прочностных характеристик в автогенераторе предусмотрена цепь отрицательной обратной связи по напряжению питания через вспомогательный усилитель (транзистор Т2), питаемый через общий с резистор #7.

Частотомер с автоматической записью частоты электрических колебаний автогенератора состоит из усилшеля-ограничителя (транзистор Т4), конденсатора С5, выпрямителя получаемых после С5 разнополярных импульсов (Де—Д12) и самописца. Источником питания служит мостовой выпрямитель на диодах Д]—Д4 со стабилизатором напряжения (транзистор Ти диоды Д5—Д7).

Конструктивно прибор состоит из двух блоков: датчика с формой, где затвердевает испытуемый материал, и измерительного блока. Датчик представляет собой вибратор с зондом, погружаемым в исследуемый материал. Колебательная система состоит из электромеханических преобразователей типов ЭМП-1 и ЭМП-2. Датчик прикреплен к цилиндру литьевой формы (или к лабораторному стакану) при помощи вилки, надеваемой на верхний торец формы и прижимаемой к торцу двумя болтами. Во избежание влияния на показания прибора изменений объема полиуретана при его вулканизации зонд датчика снабжен перфорированным защитным кожухом.

Электронный блок с измерительным записывающим устройством размещен в металлическом кожухе, на передней лицевой панели которого расположены: шкала самописца с диаграммной лентой и тумблеры включения мотора самописца и прибора. На задней панели расположен разъем для подключения датчика.

Одним из методов, позволяющих оперативно оценить прочностные свойства контролируемых конструкций из ферромагнитных материалов, является метод, основанный на использовании магнитоупругого эффекта. Магнитоупругий эффект проявляется в изменении магнитной проницаемости μ или магнитной индукции В ферромагнитных тел под действием приложенных механических сил или напряжений. Радиолюбители широко используют в своих конструкцич ях преобразователи (датчики), принцип действия которых основан на использовании магнитоупругого эффекта. На основе применения таких датчиков они создают приборы для измерения механических напряжений усилий* давлений, различные конструкции электронных весов и других приборов аналогичного применения. Более того, свойственный только ферромагнитным материалам магнитоупругий эффект радиолюбители использовали для изучения напряженного состояния неферромагнитных материалов.

Прибор для исследования бетонных конструкций, основанный на применении магнитоупругого эффекта (авторы конструкции К. В. Качурнн п др.). Авторы конструкции нашли удачный выход из, казалось бы, безвыходного положения. На поверхность контролируемых бетонных изделий они в точках, где необходимо проводить контроль, наклеили пластинки из тонкого листового пермаллоя. Напряжения, возникавшие в бетонных конструкциях, вызывали вторичные напряжения в пермаллоевых пластинках, которые улавливались с помощью магнитоупругих датчиков обычным образом. (Примеры приборов для измерения напряженного состояния конструкций, принцип действия которого основан на применении магнитоупругого эффекта, мы рассмотрим далее в гл. 5.)

Источник: Смирнов А. Д., Радиолюбители — народному хозяйству. — 2-е изд., перераб. и доп. — М: Энергия, 1978. — 320 с., ил.— (Массовая радиобиблиотека; Вып. 957).

Оставить комментарий

Устройство витков выходе генератора импульсов микросхемы мощности нагрузки напряжение напряжения питания приемника пример провода работы радоэлектроника сигнал сигнала сигналов сопротивление схема теория транзистора транзисторов управления усиления усилитель усилителя устройства частоты