SU95201A1 - Instrument for measuring static surface stresses in steel - Google Patents

Description

Предметом изобретени   вл етс  портативный электрический прибор дл  измерени  статических напр жений в поверхностном слое металлических конструкций и, в частности , в арматуре железобетонных конструкций. Устройство прибора основано на свойстве ферромагнитных материалов измен ть величину магнитной проницаемости в зависимости от напр женного состо ни  арматуры, вызванного механическим воздействием.The subject of the invention is a portable electrical device for measuring static stresses in the surface layer of metal structures and, in particular, in reinforcement of reinforced concrete structures. The device device is based on the property of ferromagnetic materials to vary the magnitude of the magnetic permeability depending on the stress state of the reinforcement caused by mechanical stress.

Известные электрические приборы дл  измерени  раст гивающих напр жений в металлических конструкци х , основанные н  определении магнитоупругих свойств стали, имеют тот недостаток, что вследствие малой чувствите тьности нульиндикатора показани  этих приборов не обладают требуемой устойчивостью и точностью. Кроме того, падение напр жени  в подвод щих проводниках и переходных контактах искажает показани  приборов .The known electrical devices for measuring tensile stresses in metal structures based on the determination of the magnetoelastic properties of steel have the disadvantage that, due to the low sensitivity of the null indicator, the readings of these devices do not possess the required stability and accuracy. In addition, the voltage drop in the supply conductors and transient contacts distorts the instrument readings.

Указанный недостаток устранен в предложенном приборе посредством применени  в качестве нульиндикатора чувствительного электродинамического ваттметра, а также в результате того, что дл  подвода электрического тока применены токовые электроды, а дл  измерени , падени  напр жени -потенциальные электроды.This disadvantage is eliminated in the proposed device by using a sensitive electrodynamic wattmeter as a null indicator, as well as due to the fact that current electrodes are used to supply electric current, and potential electrodes are used to measure the voltage drop.

На фиг. 1 чертежа изображена принципиальна  схема прибора; на фиг. 2-упрощенна  векторна  диаграмма; на фиг. 3-схема первичной секционированной обмотки воздушного трансформатора.FIG. 1 shows a schematic diagram of the device; in fig. 2-simplified vector diagram; in fig. 3-diagram of the primary partitioned winding of the air transformer.

Синусоидальный ток силой Jj от источника переменного тока проходит через участок исследуемого образца стали, используемого в качестве датчика 1, первичную обмотку воздушного трансформатора 2 {без железного сердечника) и регулировочный реостат дл  установлени  требуемой силы тока, измер емого амперметром 3.A sinusoidal current with a force Jj from an alternating current source passes through a portion of the steel sample being used as a sensor 1, the primary winding of an air transformer 2 (without an iron core) and an adjusting resistor to establish the required current, measured by an ammeter 3.

Вторична  обмотка воздушного трансформатора замкнута на реохорд 4, последовательно соединенный с эталонным сопротивлением 5. Реохорд и сопротивление позвол ют получить необходимую синусоидальную разность потенциалоз от О до 0,1 вольта с точностьюThe secondary winding of the air transformer is closed to a reocord 4 connected in series with the reference resistance 5. The reochord and resistance allow to obtain the necessary sinusoidal difference of potentialosis from 0 to 0.1 volt with an accuracy

О 5-10 вольта, исход  из того, что по реохордз можно надежно отсчитывать /2 делени . Полученна About 5-10 volts, based on the fact that the reohords can reliably count a / 2 division. Received

)азность потенциалов сравниваетс  с основной гармонической составл ющей падени  напр жени  в датчике (в результате изменени  его магнитной проницаемости) посредством последовательно включенной в электрическую цепь рамки чувствита1ьного электродинамическогоa) the potential potency is compared with the main harmonic component of the voltage drop in the sensor (as a result of a change in its magnetic permeability) by means of the electrodynamic sensitive frame

.раттметра 6., . .Предохранительна  кнопка 7 служит дл  предохранени  прибора от чрезмерно больших токов при наладке схемы. Неподвижные катушки электродинамического ваттметра приключены к отдельной экранированной обмотке воздушного трансформатора..metrmeter 6.,. The safety button 7 serves to protect the device from excessively large currents when setting up the circuit. Stationary electrodynamic power meter coils are attached to a separate screened winding of an air transformer.

Известно,что вторичный ток соответствующим образом рассчитанного и нагрзженного воздушного трансформатора отстает от первичного тока на 90°. Поэтому, если первичный ток синусоидален, то падение напр л ени  на чисто активном сопротивлении, включаемом в цепь вторичной обмотки воздушного трансформатора, будет отставать от первичного тока на 90°.It is known that the secondary current of a properly calculated and charged air transformer lags the primary current by 90 °. Therefore, if the primary current is sinusoidal, then the voltage drop on the purely active resistance included in the secondary circuit of the air transformer will lag behind the primary current by 90 °.

Так как ток в неподвижных катушках электродинамического ваттметра совпадает по фазе с падением напр жени  во вторичной цепи, то рамка ваттметра будет развивать вращаюндий момент исключительно при протекании через нее тока, рас-ход шегос  по фазе на 90° с первичным током Jj. Поэтому при отсутствии отклонени  рамки ваттметра падение напр жени  между ползунками реохорда и эталонного сопротивлени  будет равно реактивной составл ющей основной гармоники падени  напр жени  на датчике.Since the current in the stationary coils of an electrodynamic wattmeter coincides in phase with the voltage drop in the secondary circuit, the frame of the wattmeter will develop a rotating moment only when current flows through it, the flow rate in phase by 90 ° with the primary current Jj. Therefore, in the absence of a deviation of the power meter frame, the voltage drop between the sliders of the reichord and the reference resistance will be equal to the reactive component of the main harmonic of the voltage drop across the sensor.

Упрощенна  векторна  диаграмjMa (фиг. 2) по сн ет сказанное. Сила тока в первичной обмотке .воздушного трансформатора, изображенна  вектором Ji, отстает от основной гармонической составл ющей падени  напр жени  на датчике на некоторый угол а. Проекци  вектора Yj, изображенна  вектором Va, совпадающим по фазе с вектором тока, представл ет собой активное падение напр жени . Вектор Vp, представл ющий собой реактивную составл ющую напр жени , опережает вектор Ji на 90.The simplified vector diagram (Fig. 2) explains what has been said. The current in the primary winding of the air transformer, depicted by the vector Ji, lags behind the main harmonic component of the voltage drop across the sensor at an angle a. The projection of the vector Yj, depicted by the vector Va, coinciding in phase with the vector of current, is an active voltage drop. The vector Vp, which is the reactive component of the voltage, is ahead of the vector Ji by 90.

При сбалансированном компенсаторе вектор Va падени  напр жени  между ползунками реохорда и эталонного сопротивлени  равен по абсолютной величине и пр мо противоположен по направлению вектору Vp. Так как сопротивление цепи рамКи электродинамического ваттметра можно прин ть чисто активным , то сила тока в рамке изобразитс  вектором 1, совпадающим по фазе с вектором V;.,  вл ющимс  в данном случае геометрической суммой векторов V, и Vj. Вектор силы тока перпендикул рен вектору силы тока J;, в неподвижных катушках ваттметра, который в этом случае не даст отклонений.With a balanced compensator, the vector Va of the voltage drop between the sliders of the rheochord and the reference resistance is equal in absolute value and directly opposite in the direction to the vector Vp. Since the resistance of the electrodynamic wattmeter frame circuit can be taken purely active, the current in the frame is represented by the vector 1, which coincides in phase with the vector V ;., which in this case is the geometric sum of the vectors V, and Vj. The current vector is perpendicular to the current vector J ;, in the stationary coils of the wattmeter, which in this case will not give any deviations.

На фиг. 3 изображена схема секционировани  первичной обмотки воздущного трансформатора. Параллельное , смещанное и последовательное соединение показанных на схеме восьми секций дает возможность получить четыре коэффициента трансформации, а именно:FIG. Figure 3 shows the partitioning pattern of the primary winding of the air transformer. Parallel, offset and serial connection of the eight sections shown in the diagram makes it possible to obtain four transformation ratios, namely:

JiiJo S, 10, 20 и 40JiiJo S, 10, 20 and 40

В силу значительных по споей величине полей рассе ни  воздущного трансформатора пр мые и обратные провода всех цепей рамки электродинамического ваттметра переплетены между собой (фиг. 1). Реохорд и эталонное сопротивление снабжены компенсационными проводами , уничтожающими вли ние посторонних магнитных потоков. Дл  того чтобы уничтожить вли ние на работу прибора токов утечки , протекающих между обмотками воздущного трансформатора, обмотка , питающа  неподвижн.ые катущки ваттметра, заключаетс  в металлический экран, показанный на схеме (фиг. 1) пунктирными лини ми.Owing to the fields of the air transformer which are significant in terms of their magnitude, the forward and return wires of all the circuits of the electrodynamic power meter frame are intertwined (Fig. 1). Reohord and reference impedance are equipped with compensation wires that destroy the influence of extraneous magnetic fluxes. In order to eliminate the effect on the device of leakage currents flowing between the windings of the air transformer, the winding that feeds the stationary meter wattmeter coils is enclosed in a metal screen shown in the diagram (Fig. 1) with dashed lines.

Предмет изобретени Subject invention

Claims (1)

1. Прибор дл  измерени  статических поверхностных напр н ений в стали и, в чаетвости, в арматуре железобетонных конструкций, основанный на свойстве ферромагнитных материалов измен ть величину магнитной проницаемости в зависимости от напр женного состо ни  в результате механического воздействи , с использованием переменного электрического тока дл  питани  прибора и исследуемого образца стали, включаемого в электрическую схему прибора в качестве датчика, отличающийс   тем, что, с целью повышени  устойчивости и точности показаний прибора, в качестве нульиндикатора применен последовательно включенный электродинамический ваттметр, неподвижные катушки которого приключены к экранированной обмотке воздушного трансформатора с вторичной обмоткой, замкнутой на реохорд, последовательно соединенный с эталонным ступенчатым сопротивлением .1. A device for measuring static surface stresses in steel and, in part, in reinforcement of reinforced concrete structures, based on the property of ferromagnetic materials to change the magnitude of magnetic permeability as a result of mechanical stress, using alternating electric current for powering the instrument and the sample of steel to be included in the electrical circuit of the instrument as a sensor, characterized in that, in order to increase the stability and accuracy of the readings The device used as a null indicator is a series-connected electrodynamic power meter, the fixed coils of which are attached to the shielded winding of an air transformer with a secondary winding closed on a reochord connected in series with the reference step resistance. 2, В приборе по п. 1 применение токовых электродов дл  подвода электрического тока к датчику и потенциальных электродов дл  измерени  падени  напр жени  дл  устранени  искажающего вли ни  падени  напр жени  в подвод щих проводах и переходных контактах прибора.2, In the device according to claim 1, the use of current electrodes for supplying electric current to the sensor and potential electrodes for measuring the voltage drop to eliminate the distorting effect of the voltage drop in the supply wires and transient contacts of the device. Фиг. 1FIG. one Vi X)2,/2Vi X) 2, / 2 Фиг. 2FIG. 2 J3 JzJ3 jz УгUg Фиг. 3 FIG. 3