CS219635B1

CS219635B1 - A method for measuring crack growth in electrically conductive materials and apparatus for performing such a method

Info

Publication number: CS219635B1
Application number: CS870680A
Authority: CS
Inventors: Jaroslav Kunt
Original assignee: Jaroslav Kunt
Priority date: 1980-12-11
Filing date: 1980-12-11
Publication date: 1983-03-25

Abstract

Vynález se týká způsobu a zařízení k měření růstu trhlin v elektricky vodivých materiálech při nízkých a vysokých teplotách, zejména při laboratorních mechanických zkouškách vzorků materiálů. Do měřeného vzorku se přivádí proud nejméně dvou různých frekvencí a napětí snímané ze vzorků se vyhodnocuje nejméně ve dvou selektivních zesilovačích. Ke zkušebnímu vzorku je připojen výkonový generátor proudu a k snímacím elektrodám měřeného vzorku je pro každou zvolenou frekvenci proudu připojena soustava selektivních zesilovačů naladěných na požadovanou frekvenci. K soustavě zesilovačů je dále připojena soustava vyhodnocovacích prvků. Soustava selektivních zesilovačů se skládá ze selektivního řízeného zesilovače měřicí části, zesilující potenciál měřeného vzorku, a popřípadě ze selektivního zesilovače řízení citlivosti, který stabilizuje údaj o měřeném vzorku v případě změny teploty vzorku. Soustava vyhodnocovacích prvků se skládá z výstupního měřidla, zapisovače měření hodnoty a úrovňového členu, umožňujícího signalizaci.The invention relates to a method and device for measuring crack growth in electrically conductive materials at low and high temperatures, in particular during laboratory mechanical tests of material samples. A current of at least two different frequencies is supplied to the measured sample and the voltage sensed from the samples is evaluated in at least two selective amplifiers. A power current generator is connected to the test sample and a system of selective amplifiers tuned to the required frequency is connected to the sensing electrodes of the measured sample for each selected current frequency. A system of evaluation elements is further connected to the amplifier system. The system of selective amplifiers consists of a selective controlled amplifier of the measuring part, amplifying the potential of the measured sample, and optionally of a selective sensitivity control amplifier, which stabilizes the data on the measured sample in the event of a change in the sample temperature. The system of evaluation elements consists of an output meter, a value measurement recorder and a level element enabling signaling.

Description

Vynález se týká způsobu a zařízení k měření růstu trhlin v elektricky vodivých materiálech při nízkých a vysokých teplotách, zejména při laboratorních mechanických zkouškách vzorků materiálů.The invention relates to a method and apparatus for measuring crack growth in electrically conductive materials at low and high temperatures, in particular in laboratory mechanical testing of material samples.

Do měřeného vzorku se přivádí proud nejméně dvou různých frekvencí a napětí snímané ze vzorků se vyhodnocuje nejméně ve dvou selektivních zesilovačích.A current of at least two different frequencies is supplied to the measured sample and the voltage sensed from the samples is evaluated in at least two selective amplifiers.

Ke zkušebnímu vzorku je připojen výkonový generátor proudu a k snímacím elektrodám měřeného vzorku je pro každou zvolenou frekvenci proudu připojena soustava selektivních zesilovačů naladěných na požadovanou frekvenci. K soustavě zesilovačů je dále připojena soustava vyhodnocovacích prvků. Soustava selektivních zesilovačů se skládá ze selektivního řízeného zesilovače měřicí části, zesilující potenciál měřeného vzorku, a popřípadě ze selektivního zesilovače řízení citlivosti, který stabilizuje údaj o měřeném vzorku v případě změny teploty vzorku. Soustava vyhodnocovacích prvků se skládá z výstupního měřidla, zapisovače měření hodnoty a úrovňového členu, umožňujícího signalizaci.A power generator is connected to the test sample and a set of selective amplifiers tuned to the desired frequency is connected to the sensing electrodes of the measured sample for each selected current frequency. A set of evaluation elements is further connected to the amplifier system. The selective amplifier system consists of a selectively controlled amplifier of the measuring portion amplifying the potential of the sample to be measured, and optionally a selective sensitivity control amplifier that stabilizes the measured sample reading in case the sample temperature changes. The set of evaluation elements consists of an output meter, a value measurement recorder and a level element enabling signaling.

Vynález se týká způsobu a zařízení k měření a registraci růstu trhlin při nízkých a vysokých teplotách, zejména při laboratorních mechanických zkouškách vzorků materiálu.The invention relates to a method and apparatus for measuring and registering crack growth at low and high temperatures, in particular in laboratory mechanical testing of material samples.

Při laboratorních mechanických zkouškách materiálu prováděných při normální, nižší i vyšší teplotě je třeba zjišťovat růst trhliny z předem upraveného vrubu na zkoušeném vzorku nebo- sledovat růst trhliny při průběhu zkoušky. Běžně se sledování provádí opticky, což je namáhavé a v případě umístění vzorku v teplotní komoře velmi obtížné. V tomto případě se provádí vyhodnocení zkoušky až po jejím zakončení na základě zátěže vzorku a času, po který zátěž při stanovené teplotě působila. Obdobná situace je při sledování růstu trhlin na exponovaném místě strojních zařízení a součástek, jestliže jsou v místě při provozu nesnadno přístupném.In laboratory mechanical tests of the material carried out at normal, lower and higher temperatures it is necessary to detect crack growth from a pre-treated notch on the test sample or to monitor the crack growth during the test. Normally, monitoring is performed optically, which is strenuous and very difficult if the sample is placed in a temperature chamber. In this case, the test shall be evaluated up to the end of the test on the basis of the sample load and the time at which the load was applied at the specified temperature. A similar situation is in monitoring crack growth at the exposed site of machinery and components if they are difficult to access at the site during operation.

K měření a registraci růstu trhlin lze s výhodou použít potenciometrickou metodu aplikovanou pomocí stejnosměrného nebo střídavého proudu.A potentiometric method applied by direct or alternating current can be advantageously used for measuring and registering crack growth.

Stejnosměrná potenciometrická metoda vyžaduje, aby měřeným vzorkem procházel stejnosměrný proud o- intenzitě cca 100 A a aby měřený vzorek byl izolován od zkušebního stroje. Další nevýhodou uvedeného způsobu měření je, že nejsou kompenzovány vlivy změny teploty vzorku na výsledek měření.The DC potentiometric method requires that a DC current of about 100 A is passed through the measured sample and that the measured sample is isolated from the test machine. A further disadvantage of said measurement method is that the effects of the temperature change of the sample on the measurement result are not compensated.

Při aplikaci střídavé potenciometrická metody je proud, procházející povrchem vzorku, cca 1 A, což je příznivé i pro možnost stabilizace tohoto proudu. Vzorek není nutno* izolovat od zkušebního stroje a termoelektriká napětí se vzhledem k jejich stejnosměrnému charakteru neuplatňují.When using the alternating potentiometric method, the current passing through the sample surface is about 1 A, which is also favorable for the possibility of stabilizing this current. It is not necessary to isolate the sample from the testing machine and the thermoelectric voltages do not apply due to their DC character.

Na základě využití střídavé potenciometrické metody je založeno zařízení (podle popisu vynálezu k čs. autorskému osvědčení č. 173 491], umožňující sledovat a registrovat růst trhlin v elektricky vodivých materiálech při nízkých i vysokých teplotách. Pomocí tohoto zařízení lze při dosažení předpokládané délky trhliny zastavit zkušební stroj.Using an alternating potentiometric method, a device (according to the description of the invention for the author's certificate no. 173 491) is established to monitor and register crack growth in electrically conductive materials at both low and high temperatures. testing machine.

V některých případech, zvláště při únavových zkouškách materiálu, je třeba měřit na jednom, rozměrově malém vzorku růst dvou a více trhlin v různých místech vzorku, například tvaru ploché tyče, nebo ve více místech vrubu na kulatém vzorku, jestliže je vzorek malý nebo jsou sledované trhliny umístěny v bezprostřední blízkosti, není možno použít většího počtu popsaných zařízení, protože by se údaje přístrojů vzájemně ovlivňovaly vlivem rozptylu pracovních proudů po povrchu vzorku způsobeného povrchovým jevem.In some cases, particularly in fatigue testing of material, it is necessary to measure the growth of two or more cracks on a single, dimensionally small sample at different points in the sample, for example a flat bar shape, or at multiple notch points on a round sample if cracks placed in the immediate vicinity, it is not possible to use a large number of described devices, because the instrument data would influence each other due to the dispersion of working currents along the surface of the sample caused by the surface effect.

Uvedené nevýhody a nedostatky odstraňuje způsob a zařízení k měření a registraci růstu trhlin v elektricky vodivých materiálech při nižších i vyšších teplotách, pra4 cující na základě vícefrekvenční potenciometrické metody.These disadvantages and drawbacks are eliminated by a method and apparatus for measuring and registering crack growth in electrically conductive materials at both lower and higher temperatures, based on the multi-frequency potentiometric method.

Podstata způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že se do měřeného vzorku přivádí proud nejméně dvou různých frekvencí. Napětí snímané ze vzorku se vyhodnocuje nejméně ve dvou selektivních zesilovačích. Podstata zařízení k převádění tohoto způsobu měření je, že se skládá jednak z generátoru proudu pro každou ze zvolených frekvencí a jednak z měřicího a z vyhodnocovacího modulu. Podle dalšího význaku se měřicí modul skládá ze selektivního měřicího zesilovače a ze selektivního· zesilovače řízení citlivosti. Vyhodnocovací modul se skládá z výstupního měřidla, zapisovače měřené hodnoty a úrovňového členu.The principle of the method according to the invention consists in that a current of at least two different frequencies is supplied to the measured sample. The voltage sensed from the sample is evaluated in at least two selective amplifiers. The essence of the device for converting this measurement method is that it consists of a current generator for each of the selected frequencies and a measuring and evaluation module. In another aspect, the measurement module comprises a selective measurement amplifier and a selective sensitivity control amplifier. The evaluation module consists of an output meter, a measured value recorder and a level element.

Výhoda způsobu a zařízení podle vynálezu spočívá zejména v tom, že umožňuje měřit a registrovat růst trhlin na základě vícefrekvenční potenciometrické metody, a to i v případech, kdy se jedná o více trhlin na jednom, rozměrově malém vzorku. Dále je možno při delší trhlině měřit v různých místech její růst, a to každé místo samostatně. Vícefrekvenční potenciometrickou metodu je možno aplikovat jak s diferenčním zapojením snímačů, například pět vývodů ze vzorku, tak i se zapojením pro přímé měření růstu trhliny, tj. použitím čtyř vývodů.The advantage of the method and apparatus according to the invention lies in the fact that it makes it possible to measure and register crack growth by means of a multi-frequency potentiometric method, even when there are several cracks on a single, dimensionally small sample. Furthermore, in the case of a longer crack, its growth can be measured at various locations, each site separately. The multi-frequency potentiometric method can be applied both with differential sensor connections, for example, five leads from the sample, as well as with a circuit for direct crack growth measurement, ie using four leads.

Vhodnou volbou frekvence pracovního proudu je možno využít různé hloubky vniku proudu do vzorku při těchto frekvencích pro* měření v požadovaných oblastech hloubky vzorku, například při nízké frekvenci (50 Hz) na jedné měřicí soustavě lze získat informaci o chování materiálu před čelem trhliny ve větší hloubce materiálu, přičemž na druhé měřicí soustavě při vyšší frekvenci (3 kHz) bude potom vzhledem k malé hloubce vniku proudu k dispozici informace z čela trhliny. Tohoto jevu lze využít při lomových zkouškách materiálu, při zkouškách materiálu dynamicky namáhaného i při zkouškách materiálu namáhaného tečením. Pro připojení více měřicích kanálů lze při sledování trhliny v různé hloubce materiálu využít stejných vývodů na vzorku.By suitable selection of the working current frequency it is possible to use different depths of current penetration into the sample at these frequencies for measuring in the required areas of the sample depth, for example at low frequency (50 Hz) on one measuring system. In the second measuring system at a higher frequency (3 kHz), due to the low depth of current penetration, information from the crack front will then be available. This phenomenon can be used in material fracture tests, in dynamically stressed material tests and in creep stressed material tests. To connect multiple measuring channels, the same outlets on the sample can be used to monitor the crack at different material depths.

Při zkouškách vzorků lze při použití vhodných frekvencí pracovního proudu obdržet informaci o změně v materiálu jen na povrchu nebo ve zvolené části průřezu vzorku.When testing samples, using appropriate operating current frequencies, information on material changes can only be obtained on the surface or in a selected portion of the sample cross-section.

Zařízení podle vynálezu lze v případě potřeby použít k měření několika různých vzorků, a to i na různých strojích.The device according to the invention can be used to measure several different samples, if necessary, even on different machines.

PříkladExample

Příkladné zařízení podle vynálezu je schematicky znázorněno na výkresu.An exemplary device according to the invention is shown schematically in the drawing.

K měřenému vzorku 1 je připojen generátor 2 proudu požadované frekvence, který dodává do vzorku 1 proud o intenzitě cca 1 A. Ke vzorku 1 v místě očekávaného rozvoje trhliny je připojen měřicí modul 3, jehož zesilovače jsou naladěny na požadova219835 nou frekvenci v rozsahu například 50 Hz až 10 kHz. Volba frekvence je dána požadovanou hloubkou vniku proudu do materiálu, volba odstupu frekvencí je dána selektivitou měřicích zesilovačů. V měřicím modulu 3 je zařazen jednak selektivní měřicí zesilovač 5, který zesiluje potenciál, vznikající na vzorku 1 v místě vzniku trhliny, a dále selektivní zesilovač B řízení citlivostí, který stabilizuje údaj o měřené trhlině v případě změny teploty vzorku 1. Na výstup měřicího· modulu 3 je zapojen vyhodnocovací modul 4, který se skládá z výstupního¹ měřidla 7, umožňujícího okamžitou informaci o měřeném vzorku 1, dále ze zapisovače 8 měřené hodnoty určeného k vyhodnocení měření prováděného v nepřítomnosti obsluhy stroje a z úrovňového členu, umožňujícího signalizaci při dosažení požadované délky trhliny, nebo zajišťující při jejím dosažení vypnutí zkušebního stroje.To the measured sample 1 is connected the current frequency generator 2, which supplies to the sample 1 a current with an intensity of about 1 A. To the sample 1 at the site of expected crack development is connected measuring module 3 whose amplifiers are tuned to the required frequency Hz to 10 kHz. The choice of frequency is given by the required depth of current penetration into the material, the choice of frequency separation is given by the selectivity of the measuring amplifiers. In the measuring module 3 there is included a selective measuring amplifier 5, which amplifies the potential occurring on the sample 1 at the point of crack formation, and a selective sensitivity control amplifier B, which stabilizes the measured crack reading in case the sample temperature changes. module 3 is connected to the evaluation module 4, which consists of output ^{1 of the} meter 7, allowing immediate information about the measured sample 1, the measured value recorder 8 for evaluation of measurements performed in the absence of machine operator and a level element enabling signaling cracks or to ensure that the test machine is switched off when it is reached.

Postup měření je následující. V místě vrubu měřeného vzorku 1 nebo v místě, kde lze očekávat rozvoj trhliny, je nutno připojit — s výhodou bodovým přivařením — elektrod. Do krajních elektrod je zaveden proud z generátoru 2. Prostřední elektroda je spojena s nulovým bodem přístroje a úsekThe measurement procedure is as follows. Electrodes must be connected - preferably by spot welding - at the point of the notch of the measured sample 1 or at the point where crack development is expected. Current from the generator 2 is applied to the outer electrodes. The middle electrode is connected to the instrument's zero point and section

Claims

SUBJECT

Method for measuring crack growth in electrically conductive materials, characterized in that a current of at least two different frequencies is supplied to the measured sample and the voltage sensed from the sample is evaluated in at least two selective amplifiers.

Device for carrying out the measurement method according to claim 1, characterized in that it consists of a current generator (2) for each of the selected frequencies and a measurement between this point and the electrode welded next to the crack growth point connected to the selective measurement input. The electrode welded between the zero point and the sample comparison point is connected to the input of the selective sensitivity control amplifier 6.

The treated sample is placed in a test machine where it is subjected to the prescribed stresses. If the crack growth, increase the output voltage measuring amplifiers ¹ 5, which is indicated by an evaluation module 4 and preferably deducted on the recorder 8. If necessary, turn off when reaching expectancy crack tier member of the 9 test machine. The voltage from the comparative section connected to the input of the sensitivity control amplifier 6 makes it possible to refine the data recorded by the measuring module 3 in case of a change in the sample temperature or a change in the measuring current into the sample. The measurement system for potentiometric crack growth measurement shall be connected to the measured sample as many times as required for the measured crack growth data, each system having to be tuned to a different frequency pertaining only to that system.

the invention of the module (3) and the evaluation module (4).

Device according to claim 2, characterized in that the measuring module (3) consists of a selective measuring amplifier (5) and a selective sensitivity control amplifier (6).

Device according to Claims 2 and 3, characterized in that the evaluation module (4) comprises an output meter (7), a measured value recorder (8) and a level element (9).

1 sheet of drawings