PL196647B1 - posób pomiaru i monitorowania lokalnych odkształceń termicznych obiektów - Google Patents

Abstract

Sposób pomiaru i monitorowania lokalnych odkształceń termicznych obiektów, polegający na tym, że w żądanych miejscach i kierunkach pomiaru odkształceń termicznych do obiektu przymocowuje się element wzorcowy a odkształcenia termiczne w stosunku do wymiarów w temperaturze odniesienia mierzy się i monitoruje przez pomiar zmiany długości wybranego odcinka obiektu w porównaniu do długości elementu wzorcowego, znamienny tym, że jako element wzorcowy stosuje się pręt (1) o znaku rozszerzalności cieplnej zgodnym lub odwrotnym do znaku rozszerzalności cieplnej obiektu (6) a pręt (1) zamocowany jest w stożkowych gniazdach przymocowanych do obiektu (6), przy czym końce pręta (1) zakończone są powierzchniami kulistymi, korzystnie metalowymi kulkami (1.1).

Description

RZECZPOSPOLITA

POLSKA

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 196647 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 345011 (51) Int.Cl.

G01B 5/30 (2006.01) G01N 25/16 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 10.01.2001 (54) Sposób pomiaru i monitorowania lokalnych odkształceń termicznych obiektów

	(73) Uprawniony z patentu:
(43) Zgłoszenie ogłoszono:	Politechnika Warszawska,Warszawa,PL
15.07.2002 BUP 15/02	(72) Twórca(y) wynalazku:
	Maciej Szafarczyk,Warszawa,PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
31.01.2008 WUP 01/08	(74) Pełnomocnik:
	Joanna Bocheńska

⁽⁵⁷⁾ Sposób pomiaru i monitorowania lokalnych odkształceń termicznych obiektów, polegający na tym, że w żądanych miejscach i kierunkach pomiaru odkształceń termicznych do obiektu przymocowuje się element wzorcowy a odkształcenia termiczne w stosunku do wymiarów w temperaturze odniesienia mierzy się i monitoruje przez pomiar zmiany długości wybranego odcinka obiektu w porównaniu do długości elementu wzorcowego, znamienny tym, że jako element wzorcowy stosuje się pręt (1) o znaku rozszerzalności cieplnej zgodnym lub odwrotnym do znaku rozszerzalności cieplnej obiektu (6) a prę t (1) zamocowany jest w stoż kowych gniazdach przymocowanych do obiektu (6), przy czym końce pręta (1) zakończone są powierzchniami kulistymi, korzystnie metalowymi kulkami (1.1).

PL 196 647 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru i monitorowania lokalnych odkształceń termicznych obiektów, poprzez pomiar zmian odległości między wybranymi punktami odkształcających się obiektów.

Odkształcenia termiczne, które polegają na zmianie wymiarów i kształtów struktur mechanicznych pod wpływem zmiany temperatury, odgrywają istotną rolę w technice. Mogą one dotyczyć np. odkształceń obrabiarki powodujących zmiany wymiarów przedmiotu obrabianego w miarę nagrzewania się różnych zespołów obrabiarki w czasie jej pracy lub odkształceń mostu pod wpływem temperatury otoczenia. Zmiany te wymagają często pomiarów i monitorowania w celu wykrycia niedopuszczalnych odchyłek i ewentualnej ich korekcji.

Do pomiaru i monitorowania odkształceń termicznych można stosować sposób według polskiego opisu patentowego nr 181995. Istotą tego sposobu jest pomiar odkształceń termicznych monitorowanego obiektu w wybranych kierunkach poprzez pomiar zmiany długości wzorcowego odcinka cięgna, np. taśmy lub drutu, w porównaniu do długości odpowiadającego mu odcinka obiektu. Cięgno wstępnie napina się i przymocowuje końcami do obiektu w żądanych miejscach i kierunkach pomiaru odkształceń termicznych. Cięgno wykonane jest z materiału o innym niż obiekt ale posiadającym ten sam znak, korzystnie zerowym lub bardzo małym współczynniku rozszerzalności cieplnej. Odkształcenia termiczne w stosunku do wymiarów w temperaturze odniesienia można mierzyć i monitorować przez pomiar zmiany długości rozciąganego wzorcowego odcinka cięgna w porównaniu do długości odpowiadającego mu odcinka obiektu lub pomiar naprężeń w odcinku wzorcowym cięgna odpowiadający tym względnym zmianom długości.

Wadą opisanego sposobu jest trudność uzyskania cięgna o bardzo małym współczynniku liniowej rozszerzalności cieplnej. Zbliżony do zera współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej pozwala na uniknięcie błędów wynikłych z innej temperatury elementu wzorcowego niż temperatura monitorowanego obiektu.

Istotą wynalazku jest zastosowanie jako elementu wzorcowego pręta o zerowym lub bardzo małym współczynniku liniowej rozszerzalności cieplnej o znaku zgodnym lub odwrotnym niż znak liniowej rozszerzalności cieplnej obiektu. Pręt można uzyskać na przykład poprzez zastosowanie włókien węglowych połączonych żywicą epoksydową. Zakończony powierzchniami kulistymi, korzystnie metalowymi kulkami pręt jest ściskany, na przykład płaską sprężyną, wyznaczając linię prostą między stożkowymi gniazdami, przymocowanymi do mierzonego obiektu. Zmiany długości odcinka obiektu między stożkowymi gniazdami w stosunku do długości łączącego je pręta są miarą odkształceń obiektu.

W przypadku prę ta, który ma dł ugość L [mm] w temperaturze odniesienia i współ czynnik rozszerzalności cieplnej A1 [°C^-1 ] a po ogrzaniu o Δ T [°C] wykazuje zmianę długości w stosunku do odcinka obiektu o Δ LW [mm] odkształcenie cieplne obiektu Δ L można uzyskać ze wzoru 1:

Δ L = Δ^ + LxΔTxA₁ (1)

Sposób według wynalazku pozwala na pomiar odkształceń termicznych za pomocą prostych urządzeń, przy czym odcinki pręta wyznaczają odcinki linii prostej między wybranymi punktami mierzonego obiektu niezależnie od jego odkształceń.

Sposób według wynalazku jest pokazany na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pręt zamocowany do obrabiarki, fig. 2a i fig. 2b przedstawia powiększone końce pręta w wersji z zakończeniami kulistymi a fig. 3a i fig. 3b przedstawia powiększone końca pręta zakończonego kulkami metalowymi.

P r z y k ł a d. Na fig. 1 przedstawiono przykład pomiaru odkształceń ż eliwnego korpusu 6 tokarki za pomocą pręta 1 wykonanego z włókien węglowych połączonych żywicą epoksydową, którego jeden koniec jest osadzony w gnieździe sztywnego uchwytu 2 w pobliżu prowadnic, a drugi koniec w gnieździe osadzonym w płaskiej sprężynie 4 stanowią cej część uchwytu 3, w pobliżu wrzeciona, przy czym napięty pręt 1 usytuowany jest w kierunku przemieszczeń wrzeciona tokarki względem noża umieszczonego w uchwycie na suporcie przesuwającym się po prowadnicach. Pomiar odkształceń termicznych korpusu polega na pomiarze za pomocą tensometrów 5, naklejonych na sprężynę 4 przemieszczeń Δ Lw osadzonego w niej gniazda względem korpusu 6. Przemieszczenie względne Δ Lw można również uzyskać stosując inny niż tensometry czujnik pomiaru przesunięcia gniazda względem korpusu tokarki. Na fig. 2a i fig. 2b pokazano powiększone końce pręta 1, których zakończenia kuliste dociskane są do otworów stożkowych, z jednej strony w sztywnym uchwycie 2 a z drugiej w tulei 7, osadzonej w sprężynie 4. Na rysunku fig. 3a i fig. 3b pokazano powiększone końce pręta 1, przy innym rozwiązaniu, w którym pręt 1 zakończono kulkami metalowymi 1.1 w celu zmniejszenia tarcia.

PL 196 647 B1

Współczynnik odkształceń termicznych żeliwa wynosi Ao = 10,5 x 10^-6 [°C^-1].

Współczynnik odkształceń termicznych materiału kompozytowego wynosi A1 = -0,5 x10^-6 [°C^-1]. Odcinek pręta ma długość L = 300 [mm].

Początkowa temperatura korpusu wrzeciennika T0 = 18°C.

Temperatura korpusu po 3 h pracy tokarki wynosi Tk = 50°C.

Zmierzone odkształcenie względne Δ Lw = 0,06 [mm].

Lokalne odkształcenie termiczne wrzeciennika w wybranym kierunku można obliczyć ze wzoru 1: Δ L = 0,101 + 300 x 32 x (-0,5 x 10^-6) = 0,101 - 0,0048 = 0,10052 [mm].

Przy równomiernym wzroście temperatury korpusu o 32 [°C] jego odcinek zmieniłby się o:

Δ L = 300 x 32 x 10,5 x 10^-6 = 0,1008 [mm].

Błąd pomiaru spowodowany inną niż założona temperaturą pręta wynosi, przy temperaturze mniejszej o 5 [°C]:

Δ LB = 300 x (-5) x (-0,5 x 10^-6 ) = 0,00075 [mm] a procentowo

Δ LB/Δ L x 100 = 0,00075/0,1008 x 100 = 0,7%.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób pomiaru i monitorowania lokalnych odkształceń termicznych obiektów, polegający na tym, że w żądanych miejscach i kierunkach pomiaru odkształceń termicznych do obiektu przymocowuje się element wzorcowy a odkształcenia termiczne w stosunku do wymiarów w temperaturze odniesienia mierzy się i monitoruje przez pomiar zmiany długości wybranego odcinka obiektu w porównaniu do długości elementu wzorcowego, znamienny tym, że jako element wzorcowy stosuje się pręt (1) o znaku rozszerzalności cieplnej zgodnym lub odwrotnym do znaku rozszerzalności cieplnej obiektu (6) a pręt (1) zamocowany jest w stożkowych gniazdach przymocowanych do obiektu (6), przy czym koń ce pręta (1) zakończone są powierzchniami kulistymi, korzystnie metalowymi kulkami (1.1).