RU1776976C

RU1776976C - Specimen strain measurement method

Info

Publication number: RU1776976C
Application number: SU904862646A
Authority: RU
Inventors: Виктор Борисович Морозов; Александр Алексеевич Санников; Иван Владимирович Терентьев; Владимир Дмитриевич Ковалев
Original assignee: Даугавпилсское высшее военное авиационное инженерное училище противовоздушной обороны им.Яна Фабрициуса
Priority date: 1990-08-27
Filing date: 1990-08-27
Publication date: 1992-11-23

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике дл определени прочностных свойств материалов. Цель изобретени - повышение точности определени деформации образца. Указанна цель достигаетс тем, что в способе определени деформации образца, заключающемс в том, что нагружают исследуемый образец, заключающемс в том, что нагружают исследуемый образец, измер ют контактную разность потенциалов может поверхност ми исследуемого и эталонного образцов до и после нагружени , сравнивают результаты измерений и определ ют вид поверхностных деформаций, производ т дополнительно измерение контактной разности потенциалов и в процессе нагружени исследуемого образца,при этом воздушный промежуток между поверхност ми образцов ионизируют и определ ют полный поверхностный потенциал . 2 ил.The invention relates to measuring technique for determining the strength properties of materials. The purpose of the invention is to increase the accuracy of determining the deformation of a sample. This goal is achieved by the fact that in the method for determining the deformation of the sample, which consists in loading the test sample, which consists in loading the test sample, measure the contact potential difference by the surfaces of the test and reference samples before and after loading, compare the measurement results and determine the type of surface deformations, additionally measure the contact potential difference during the loading of the test sample, while the air gap between ionize the surfaces of the samples and determine the total surface potential. 2 ill.

Description

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл неразрушающего контрол при определении прочностных свойств материалов под действием механических нагрузок.The invention relates to measuring technique and can be used for non-destructive testing when determining the strength properties of materials under the action of mechanical loads.

Известен способ контрол напр женно- деформированного состо ни металлических деталей, заключающийс в нагружении детали циклически измен ющейс нагрузкой , вы влении в каждом цикле момента достижени нагрузкой одного и того же стабильно воспроизводимого уровн , измерении в эти моменты времени электрического сопротивлени между двум точками детали и определении по полученным данным напр женно-деформированного состо ни материала.A known method of monitoring the stress-strain state of metal parts, which consists in loading the part with a cyclically changing load, identifying in each cycle the moment the load reaches the same stable reproducible level, measuring the electrical resistance between two points of the part at these times, and determining according to the obtained data of the stress-strain state of the material.

Недостатками известного способа контрол напр женно-деформированного состо ни металлических деталей вл ютс зависимость результатов измерений от размеров контролируемых изделий, качестваThe disadvantages of this method of monitoring the stress-strain state of metal parts are the dependence of the measurement results on the size of the controlled products, quality

контактов между электродами и изделием и вли ни состава окружающей среды, а также перенос погрешностей вы влени в каждом цикле момента достижени нагрузкой одного и того же стабильно воспроизводимого уровн в процесс измерени электрического сопротивлени и далее в определение напр женно-деформированного состо ни материала.contacts between the electrodes and the workpiece and the influence of the composition of the environment, as well as the transfer of errors in the detection in each cycle of the moment the load reaches the same stably reproducible level in the process of measuring electrical resistance and then in determining the stress-strain state of the material.

Наиболее близким к изобретению вл етс способ определени деформации образца , заключающийс в нагружении образца, измерении работы выхода электрона , причем нагрузку прикладывают к исследуемой поверхности образца, измер ют работу выхода электрона с этой поверхности до и после приложени нагрузки путем замера контактной разности потенциалов между исследуемой поверхностью и эталонным образцом, и определении по полученным данным вида поверхностных деформаций.Closest to the invention is a method for determining the deformation of a sample, which involves loading the sample, measuring the electron work function, the load being applied to the test surface of the sample, measuring the work function of the electron from this surface before and after applying the load by measuring the contact potential difference between the test surface and a reference sample, and determining the type of surface deformations from the data obtained.

(Л(L

сwith

vj vj Оvj vj o

ю х|yu x |

оabout

Однако возникающее электрическое поле между исследуемой поверхностью и эталонным образцом вли ет на перераспределение поверхностного зар да и измер ема контактна разность потенциалов не может быть интерпретирована только существованием разности работ выхода электро- на. Измеренна контактна разность потенциалов может быть равна разности работ выхода электрона исследуемой поверхности и эталонного образца в случае атомарно чистых поверхностей. Дл реальной металлической поверхности при ее деформировании должна учитыватьс полна энерги , обусловленна как разностью работ выхода электрона, так и различием концентраций электронов проводимости в исследуемом и эталонном образцах и эмиссий положительных ионов примесных атомов , которые окружают участки с большим числом дислокаций. Измерение контактной разности потенциалов осуществл етс не посто нно в процессе нагружени поверхности , а лишь до и после приложени нагрузки . При измерении контактной разности потенциалов в атмосферных услови х фон измерени определ етс изменени ми параметров окружающей атмосферы: парциальным давлением воздуха, его температурой и влажностью, процентным содержанием газовых составл ющих. Измерение контактной разности потенциалов и определение по ней вида деформации без учета данных недостатков приводит к снижению точности способа определени деформации образца.However, the emerging electric field between the test surface and the reference sample affects the redistribution of the surface charge, and the measured contact potential difference cannot be interpreted only by the existence of a difference in the electron work function. The measured contact potential difference can be equal to the difference in the work function of the electron of the investigated surface and the reference sample in the case of atomically clean surfaces. For a real metal surface, when it is deformed, the total energy must be taken into account, due to both the difference in the electron work function and the difference in the concentrations of conduction electrons in the test and reference samples and the emissions of positive ions of impurity atoms that surround areas with a large number of dislocations. The contact potential difference is not measured continuously during surface loading, but only before and after application of the load. When measuring the contact potential difference under atmospheric conditions, the background of the measurement is determined by changes in the parameters of the surrounding atmosphere: the partial pressure of the air, its temperature and humidity, and the percentage of gas components. Measurement of the contact potential difference and determination by it of the type of deformation without taking into account these disadvantages leads to a decrease in the accuracy of the method for determining the deformation of the sample.

Цель изобретени - повышение точности определени деформации образца.The purpose of the invention is to increase the accuracy of determining the deformation of a sample.

Указанна цель достигаетс тем, что в способе,заключающемс в том, что нагружают исследуемый образец, измер ют контактную разность потенциалов между поверхност ми исследуемого и эталонного образцов до и после нагружени , сравнивают результаты измерений и определ ют вид поверхностных деформаций, дополнительно измерение контактной разности потенциалов производ т и в процессе нагружени исследуемого образца, при этом воздушный промежуток между поверхност ми образцов ионизируют и определ ют полный поверхностный потенциал.This goal is achieved by the fact that in the method consisting in loading the test sample, measure the contact potential difference between the surfaces of the test and reference samples before and after loading, compare the measurement results and determine the type of surface deformations, additionally measure the contact potential difference is also produced during loading of the test sample, while the air gap between the surfaces of the samples is ionized and the total surface potential is determined.

Новыми признаками, обладающими существенными отличи ми, вл ютс :New features with significant differences are:

измерение контактной разности потенциалов в процессе нагружени исследуемого образца; ионизирование воздушного промежутка между поверхност ми образцов при измерении контактной разности потенциалов; определени полного поверхностного потенциала; определение вида поверхностной деформации по результатам сравнени значений полных поверхностных потенциалов. measurement of the contact potential difference during loading of the test sample; ionization of the air gap between the surfaces of the samples when measuring the contact potential difference; determining the total surface potential; determining the type of surface deformation by comparing the values of the total surface potentials.

Данные признаки обладают существенными отличи ми, так как в известных способах определени напр женно-деформированного состо ни материалов не обнаружены .These signs have significant differences, since no known materials were found in known methods for determining the stress-strain state of materials.

0 Применение всех новых признаков позвол ет повысить точность определени деформации образца за счет определени в процессе нагружени исследуемого образца полного поверхностного потенциала,0 The use of all new features allows to increase the accuracy of determining the deformation of the sample by determining the total surface potential during loading of the test sample,

5 включающего работу выхода электрона, электронную проводимость и положительные ионы примесных атомов вокруг участков с большими плотност ми дислокаций. В процессе деформации на замеренную рабо0 ту выхода электрона (как в прототипе) вли ет энерги положительных ионов примесных атомов, которые окружают участки с большими плотност ми дислокаций, и электронов проводимости, концентраци 5 including the electron work function, electron conductivity, and positive ions of impurity atoms around regions with high dislocation densities. In the process of deformation, the measured electron work function (as in the prototype) is influenced by the energy of positive ions of impurity atoms that surround areas with high dislocation densities, and conduction electrons, concentration

5 которых измен етс в услови х термодинамического неравновеси , поэтому замерить чистую работу выхода электрона в процессе деформации нельз . Измерение же полного поверхностного потенциала исключает5 of which varies under conditions of thermodynamic nonequilibrium, therefore, it is impossible to measure the net work function of the electron in the process of deformation. Measurement of the total surface potential excludes

0 вли ние указанных факторов на результат замера. Также позвол ет повысить точность определени деформации образца за счет снижени фона измерени , определ емого изменени ми параметров окружаю5 щей атмосферы, путем стабилизации среды в зазоре между исследуемым и эталонным образцами при его ионизации а -частицами .0 the influence of these factors on the measurement result. It also makes it possible to increase the accuracy of determining the deformation of the sample by reducing the measurement background, determined by changes in the parameters of the surrounding atmosphere, by stabilizing the medium in the gap between the test and reference samples during its ionization by a particles.

На фиг. 1 изображена функциональна In FIG. 1 shows a functional

0 схема устройства дл реализации способа; на фиг. 2 - схема зависимости изменени полного поверхностного потенциала от деформации , отслежива диаграмму раст жени образца.0 diagram of an apparatus for implementing the method; in FIG. 2 is a diagram of the dependence of the change in the total surface potential on the strain, tracking the tensile diagram of the sample.

5 Устройство дл осуществлени способа определени деформации образца содержит эталонный образец 1 и инструментальный усилитель 2, при этом вход инструментального усилител 2 подключен5 The device for implementing the method for determining the deformation of the sample contains a reference sample 1 and an instrument amplifier 2, while the input of the instrument amplifier 2 is connected

0 к эталонному образцу 1, внешний экран 3, выполненный с открытым торцом со стороны эталонного образца 1 и электрически контактирующий с поверхностью 4 исследуемого образца, источник 5 ионизирующего0 to the reference sample 1, the external screen 3, made with an open end from the side of the reference sample 1 and electrically in contact with the surface 4 of the test sample, the ionizing source 5

5 излучени , размещенный между эталонным образцом 1 и внешним экраном 3 и установленный Соосно эталонному образцу 1, защитный токопроводный контур 6, расположенный по периметру эталонного образца 1, электрически соединенный с источником 5 ионизирующего излучени и выходом инструментального усилител 2, индикатор 7, вход которого подключен к выходу инструментального усилител 2.5 radiation, located between the reference sample 1 and the external screen 3 and installed Coaxially with the reference sample 1, a protective conductive circuit 6 located along the perimeter of the reference sample 1, electrically connected to the ionizing radiation source 5 and the output of the instrument amplifier 2, an indicator 7, the input of which is connected to the output of the instrumentation amplifier 2.

Внешний экран 3 датчика обеспечивает электрический контакт прибора с поверхностью 4 исследуемого образца и защиту внутреннего контура от воздействи на него электромагнитных полей. Одновременно, он вл етс корпусом датчика, выполнен в виде металлического цилиндра, в верхнем закрытом торце которого размещен источник 5 ионизирующего излучени , а в нижнем открытом торце - эталонный образец 1.The external screen 3 of the sensor provides electrical contact of the device with the surface 4 of the test sample and protects the internal circuit from exposure to electromagnetic fields. At the same time, it is a sensor housing made in the form of a metal cylinder, in the upper closed end of which there is an ionizing radiation source 5, and in the lower open end - a reference sample 1.

Эталонный образец 1 представл ет собой металлическую сетку, закрепленную на изол торах в нижнем открытом торце корпуса датчика. Эталонный образец 1 может быть изготовлен, например, из никелевого сплава ЖС-6У, обладающий стабильным значением работы выхода электрона и низкой адсорбционной активностью в окружающей среде, за счет образовани устойчивой оксидной пленки.The reference sample 1 is a metal mesh fixed to insulators in the lower open end of the sensor housing. The reference sample 1 can be made, for example, of a ZhS-6U nickel alloy having a stable electron work function and low adsorption activity in the environment due to the formation of a stable oxide film.

Источник 5 ионизирующего излучени а -частиц представл ет собой эмалированную металлическую подложку, на которую нанесен и зафиксирован радиоактивный препарат плутони , покрытый защитным слоем. Подложка установлена на держатель , с помощью которого при регулировке датчика возможно перемещение источника 5 вдоль его оси.The a-particle ionizing radiation source 5 is an enamelled metal substrate onto which a radioactive plutonium preparation coated and coated is coated. The substrate is mounted on a holder, with which, when adjusting the sensor, it is possible to move the source 5 along its axis.

С целью исключени взаимного вли ни материала внешнего экрана 3 и источника 5 ионизирующего излучени в экран 3 введен защитный токопроводный контур 6. На защитный контур 6 подаетс напр жение с выхода инструментального усилител 2 равное по величине и совпадающее по пол рности с напр жением сигнала, снимаемого с эталонного образца 1 и поступающего на вход инструментального усилител 2. Из-за отсутстви разности потенциалов между защитным контуром 6, источником 5 ионизирующего излучени и эталонным образцом 1 отсутствует и электрическое взаимодействие между ними.In order to exclude the mutual influence of the material of the external screen 3 and the ionizing radiation source 5, a protective conductive circuit 6 is introduced into the screen 3. The protective circuit 6 is supplied with the voltage from the output of the instrument amplifier 2 equal in magnitude and coinciding in polarity with the voltage of the signal recorded from the reference sample 1 and the input of the instrument amplifier 2. Due to the absence of the potential difference between the protective circuit 6, the ionizing radiation source 5 and the reference sample 1, there is no electric e interaction between them.

Инструментальный усилитель 2 предназначен дл согласовани высокоомного датчика с индикатором 7, на электронно-лучевой трубке которого отображаетс информации в виде аналогового сигнала.Instrumentation amplifier 2 is designed to match a high-resistance sensor with an indicator 7, on the cathode ray tube of which information is displayed in the form of an analog signal.

Способ осуществл етс следующим образом .The method is carried out as follows.

Корпус датчика, которым вл етс внешний экран 3, устанавливают на поверхность 4 исследуемого образца, (в последующем возможно перемещение его по исследуемой поверхности 4) обеспечива The sensor housing, which is the external screen 3, is mounted on the surface 4 of the test sample, (subsequently moving it along the test surface 4 is possible) providing

электрический контакт прибора с поверхностью 4. При этом эталонный образец 1 с поверхностью 4 исследуемого образца образуют плоский конденсатор, полностью экранированный внешним экраном 3. Воздушный зазор эталонный образец 1 - поверхность 4 ионизируют источником 5 ионизирующего излучени , в силу чего зазор становитс электропроводным и стабилизируют процесс ионизации среды в упом нутом зазоре до получени посто нной величины полного поверхностного потенциала . Между эталонным образцом 1 и поверхностью 4 исследуемого образца,electrical contact of the device with surface 4. In this case, the reference sample 1 with the surface 4 of the test sample form a flat capacitor completely shielded by an external screen 3. Air gap reference sample 1 - surface 4 is ionized by an ionizing radiation source 5, whereby the gap becomes electrically conductive and stabilizes the process ionizing the medium in said gap until a constant total surface potential is obtained. Between the reference sample 1 and the surface 4 of the test sample,

благодар электронам проводимости и разности работ выхода электрона, создаетс разность поверхностных потенциалов А°пп, котора усиливаетс инструментальным усилителем 2 и подаетс на индикатор 7.Due to the conduction electrons and the difference in the electron work function, a surface potential difference A ° pn is created, which is amplified by instrumental amplifier 2 and supplied to indicator 7.

Одновременно на защитный токопроводный контур 6 с инструментального усилител 2 подаетс напр жение,равное по величине и совпадающее по пол рности с напр жением сигнала, снимаемого с эталонного образца 1. Далее прикладывают нагрузку к поверхности 4 исследуемого образца и одновременно измер ют разность поверхностных потенциалов А1Пп с эталонного образца 1. Дл определени вида поверхностной деформации анализируют значение (5Апп Ann-А°пп, если д Ann -О, то деформации имеют упругий характер, если д Ann 0, то деформирование пластическое (фиг. 2). При достижении предела текучестиAt the same time, a voltage equal in magnitude and coinciding in polarity with the voltage of the signal taken from the reference sample 1 is applied to the protective conductive circuit 6 from the instrumental amplifier 2. Next, a load is applied to the surface 4 of the test sample and simultaneously the surface potential difference A1Pp is measured reference sample 1. To determine the type of surface deformation, analyze the value (5App Ann-A ° pn, if q Ann -O, then the deformations are elastic, if q Ann 0, then the deformation is plastic (Fig. 2). Upon reaching yield strength

изменени полного поверхностного потенциала резко увеличиваютс .changes in total surface potential increase dramatically.

Применение предлагаемого изобретени позвол ет повысить точность определени деформации образца за счет измерени The application of the invention allows to increase the accuracy of determining the deformation of the sample by measuring

полного поверхностного потенциала в процессе нагружени исследуемого образца и ионизации среды в зазоре между исследуемым и эталонным образцами.full surface potential during loading of the test sample and ionization of the medium in the gap between the test and reference samples.

Claims

The claims

The method for determining the deformation of the sample, which consists in loading the test sample, measure the contact potential difference between the surfaces of the test and reference samples

before and after loading, the measurement results are compared and the type of surface deformations is determined, characterized in that, in order to increase the accuracy, the measurement of the contact potential difference

they are also produced during loading of the test sample, while the air gap between the surfaces of the samples is ionized and the total surface potential is determined.

Shgal