УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ПОВЫШЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ

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:
3
3
E=pl/4Ybh,
2
где Е - модуль упругости образца, Н/м;
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.