Устройство для определения модуля упругости конструкционных магнитных материалов при повышенных температурах

Устройство относится к испытательной и измерительной технике и может быть использовано для контроля параметров конструкционных магнитных материалов и также для прогнозирования поведения этих материалов при различных условиях эксплуатации.

Устройство для определения модуля упругости конструкционных магнитных материалов при повышенных температурах, содержащее нагружающий механизм, измеритель перемещений, снабженный механическим индикатором часового типа, систему регулирования температуры, снабженную муфельной печью, устройство для измерения и регистрации температуры, отличающееся тем, что муфельная печь выполнена в виде термостатируемой цилиндрической камеры, в боковой стенке которой выполнено прозрачное термостойкое окно, а в центре ее дна выполнено термостойкое магнитопроводящее окно, внутри корпуса на дне укреплены две призматические опоры с фиксаторами на свободных концах для закрепления исследуемого образца, кроме того, нагружающий механизм выполнен в виде магнита, расположенного под термостойким магнитопроводящим окном с возможностью перемещения магнита вверх-вниз между термостойким магнитопроводящим окном и измерителем перемещений с индикатором часового типа, расположенным под магнитом на одной вертикальной оси с ним и с термостойким магнитопроводящим окном, кроме того, на одном горизонтальном уровне с прозрачным термостойким окном и исследуемым образцом с внешней стороны муфельной печи дополнительно установлен измеритель перемещений, содержащий источник света и фотоприемник

Полезная модель относится к испытательной и измерительной технике, в частности к устройствам, определяющих параметры состояния конструкционных магнитных материалов, изменяющихся в процессе эксплуатации при повышенных температурах, и может найти применение для контроля параметров и прогнозирования поведения этих материалов при различных условиях эксплуатации. Эти параметры, в частности модуль упругости, могут быть измерены в результате бесконтактного воздействия магнита на исследуемый образец, который изменяет свою форму (прогибается) в процессе воздействия силовой и температурной нагрузки. По величине коэффициента отражения от исследуемого образца можно судить о максимальной величине прогиба Y. Полезная модель может быть использована в системах контроля прочности и прогнозирования поведения конструкционных магнитных материалов.

Известно устройство для определения модуля упругости конструкционных материалов при повышенных температурах [Патент RU 2308016 С2, МПК G01N 3/20, 2007], выбранное за прототип и служащее для тех же целей что и предлагаемое устройство, которое включает нагружающий механизм, систему регулирования температуры, устройства для измерения и регистрации температуры. Нагружающий механизм выполнен в виде нагрузочного стержня, воздействующего на середину образца конструкционного материала и измеряющего прогиб образца по перемещению нагрузочного стержня относительно фиксатора. Измеритель перемещений снабжен механическим индикатором часового типа и выполнен в виде измерителя прогиба продольной оси образца, закрепленного на двух базовых призматических опорах посредством фиксатора.

Однако у данного устройства имеются следующие недостатки:

а) в зависимости измеряемого параметра (модуля упругости) исследуемого образца от силового воздействия при повышенных температурах появляется постоянная ошибка, связанная с тем, что нагружающий стержень находится в зоне повышенных температур и получает дополнительное расширение, которое никак не учитывается, что в значительной мере влияет на точность определения параметра.

б) при повышенных температура между исследуемым образцом и нагружающим стержнем (так как они, как правило, сделаны из разных материалов) возникают контактные явления, которые также никак не учитываются, что влияет на точность измерения модуля упругости при повышенных температурах и на надежность контакта при измерениях.

Технической задачей изобретения является повышение точности и надежности устройства для определения модуля упругости конструкционных магнитных материалов при повышенных температурах.

Техническая задача достигается тем, что в устройстве для определения модуля упругости конструкционных магнитных материалов при повышенных температурах, содержащем нагружающий механизм, измеритель перемещений, снабженный механическим индикатором часового типа, систему регулирования температуры, снабженную муфельной печью, устройства для измерения и регистрации температуры, согласно полезной модели муфельная печь выполнена в виде термостатируемой цилиндрической камеры, в боковой стенке которой выполнено прозрачное термостойкое окно, а в центре ее дна выполнено термостойкое магнитопроводящее окно, внутри муфельной печи на дне укреплены две призматические опоры, с фиксаторами на свободных концах для закрепления исследуемого магнитного образца, кроме того, нагружающий механизм выполнен в виде магнита, расположенного под термостойким магнитопроводящим окном, с возможностью перемещения магнита вверх-

вниз между термостойким магнитопроводящим окном и измерителем перемещений с механическим индикатором часового типа, расположенного под магнитом на одной вертикальной оси с магнитом и с термостойким магнитопроводящим окном, кроме того, на одном горизонтальном уровне с прозрачным термостойким окном с внешней стороны муфельной печи дополнительно установлен измеритель перемещений, содержащий источник света и фотоприемник.

Отличие предлагаемой полезной модели от прототипа заключается в том, что нагружающий механизм представляет собой магнит, бесконтактным образом воздействующий на исследуемый образец, имеющий магнитные свойства, что исключает возможные погрешности измерений, связанные с действием температуры на нагружающий стержень в прототипе и повышает точность измерений, прогиб экспериментального образца измеряется по перемещению источника света и фотоприемника, определяющего максимальный коэффициент отражения от прогнувшегося образца, исключая контактные явления между исследуемым образцом и нагружающим стержнем, как это сделано в прототипе, что повышает надежность устройства. Для беспрепятственного проникновения магнитного поля в муфельную печь и действия его на образец в дне муфельной печи выполнено термостойкое магнитопроводящее съемное окно, через которое путем механического действия без влияния температуры проводится предварительная градуировка силового воздействия, а для оптического зондирования образца выполнено прозрачное термостойкое окно в боковой поверхности муфельной печи.

На фигуре показана схема предлагаемого устройства для определения модуля упругости конструкционных магнитных материалов при повышенных температурах. Устройство состоит из следующих элементов:

1 - нагружающий механизм.

2 - механический индикатор часового типа.

3 - систему регулирования температуры.

4 - устройство для измерения и регистрации температуры.

5 - муфельная печь.

6 - прозрачное термостойкое окно.

7 - термостойкое магнитопроводящее окно.

8 - призматические опоры с фиксаторами (не показаны).

9 - исследуемый магнитный образец.

10 - магнит.

11 - измеритель перемещений.

12 - источник света.

13 - фотоприемник.

Принцип работы предлагаемой полезной модели.

Предлагаемая полезная модель содержит нагружающий механизм 1, снабженный механическим индикатором 2, систему регулирования температуры 3, устройство для измерения и регистрации температуры 4, имеющих вход в муфельную печь 5, которая выполнена в виде термостатируемой цилиндрической камеры, в боковой стенке которой выполнено прозрачное термостойкое окно 6, а в центре муфельной печи выполнено термостойкое магнитопроводящее окно 7, внутри муфельной печи на дне укреплены две призматические опоры 8 с фиксаторами, которые не показаны, для закрепления исследуемого магнитного образца 9, кроме того, нагружающий механизм выполнен в виде магнита 10, расположенного под термостойким магнитопроводящим окном и измерителем перемещений, расположенным под магнитом на одной вертикальной оси с магнитом и с термостойким магнитопроводящим окном, кроме того, на одном горизонтальном уровне с прозрачным термостойким окном и исследуемым образцом дополнительно установлен измеритель перемещений 11, содержащий источник света 12 и фотоприемник 13.

Работа устройства осуществляют следующим образом. На призматические опоры 8 в корпусе термостатируемой камеры 5 устанавливают исследуемый магнитный образец 9, выполненный в виде

двухопорной балки прямоугольного сечения, и закрепляют фиксаторами. Через съемное термостойкое магнитопроводящее окно 7 нагружают исследуемый образец при нормальной температуре грузами и определяют прогиб образца через прозрачное термостойкое окно 6 с помощью источника света 12 и фотоприемника 13 по измеренному максимальному коэффициенту отражения, используя механический индикатор часового типа 2, таким образом градуируя устройство. Закрывают окно 7, устанавливают под ним магнит 10 с измерителем перемещений 1, содержащим другой механический индикатор часового типа 2, изменяя положение магнита, добиваются тех же значений коэффициента отражения, что и при механической нагрузке, т.е. устанавливают соответствие между прогибом образца и показанием индикатора, находящегося под магнитом, которые определяют величину груза. Системой регулирования температуры 3 повышают температуру до заданного значения, которое определяется устройством для измерения и регистрации температуры 4 в муфельной печи 5, где находится исследуемый образец. Добиваются установления равномерного температурного поля во всей камере путем выдержки данного режима в течение определенного времени. При фиксированном положении магнита, соответствующего определенному значению груза, определяют величину прогиба, вызванного температурным воздействием. Таким образом, получают температурную зависимость прогибов образца и затем по формуле определяют модуль упругости исследуемого образца при разных температурах.

Формула для определения модуля упругости имеет следующий вид:

E=pl³ /4Ybh³,

где Е - модуль упругости образца, Н/м²;

p - величина груза, подвешенного в центре образца, H;

l - длина образца, м;

Y - прогиб образца, м;

b - ширина образца, м;

h - высота образца, м.

Технико-экономические преимущества.

Преимущества предлагаемой полезной модели по сравнению с прототипом следующие:

а) предлагаемое устройство проще в эксплуатации и имеет меньшую погрешность определения модуля упругости за счет исключения влияния температуры на нагружающий стержень.

б) исключая контактные явления при повышенных температурах между нагружающим стержнем и исследуемым образцом за счет использования оптических методов определения прогиба образца, повышаем надежность предлагаемого устройства

Технический результат предлагаемой полезной модели связан с повышением точности определения модуля упругости конструкционных магнитных материалов при повышенных температурах, увеличении надежности и универсальности устройства за счет применения бесконтактных методов измерения и использования универсальных приборов.

Устройство для определения модуля упругости конструкционных магнитных материалов при повышенных температурах, содержащее нагружающий механизм, измеритель перемещений, снабженный механическим индикатором часового типа, систему регулирования температуры, снабженную муфельной печью, устройство для измерения и регистрации температуры, отличающееся тем, что муфельная печь выполнена в виде термостатируемой цилиндрической камеры, в боковой стенке которой выполнено прозрачное термостойкое окно, а в центре ее дна выполнено термостойкое магнитопроводящее окно, внутри корпуса на дне укреплены две призматические опоры с фиксаторами на свободных концах для закрепления исследуемого образца, кроме того, нагружающий механизм выполнен в виде магнита, расположенного под термостойким магнитопроводящим окном с возможностью перемещения магнита вверх-вниз между термостойким магнитопроводящим окном и измерителем перемещений с индикатором часового типа, расположенным под магнитом на одной вертикальной оси с ним и с термостойким магнитопроводящим окном, кроме того, на одном горизонтальном уровне с прозрачным термостойким окном и исследуемым образцом с внешней стороны муфельной печи дополнительно установлен измеритель перемещений, содержащий источник света и фотоприемник.