RU225822U1 - Device for measuring crack opening size - Google Patents

Device for measuring crack opening size Download PDF

Info

Publication number
RU225822U1
RU225822U1 RU2024106987U RU2024106987U RU225822U1 RU 225822 U1 RU225822 U1 RU 225822U1 RU 2024106987 U RU2024106987 U RU 2024106987U RU 2024106987 U RU2024106987 U RU 2024106987U RU 225822 U1 RU225822 U1 RU 225822U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
crack
strain gauge
measuring
crack opening
bracket
Prior art date
Application number
RU2024106987U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Дмитриевич Косачев
Андрей Александрович Веретенников
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Чайковский"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Чайковский" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Чайковский"
Application granted granted Critical
Publication of RU225822U1 publication Critical patent/RU225822U1/en

Links

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике и предназначена для замера величины раскрытия трещин в деталях, а именно в газопроводе в процессе нагружения его внутренним давлением газа. Техническая задача заключается в создании устройства, предназначенного для измерения малых величин раскрытия трещин газопровода в интервале значений 10-500 мкм. Технический результат - минимизация погрешности устройства при измерении величин раскрытия трещин в интервале 10-500 мкм за счет возможности осуществления калибровки устройства перед проведением измерения. Технический результат обеспечивается тем, что устройство для измерения величины раскрытия трещины включает тензометрический датчик, закрепленный на металлической скобе с контрольными площадками ,выполненными с возможностью их фиксации на берегах трещины. Между контрольными площадками скобы выполнен зазор, соответствующий ширине трещины, с возможностью механического нагружения контрольных площадок с помощью закрепленных над ними элементов нагружения, а тензометрический датчик выполнен с возможностью передачи показаний на тензостанцию. Согласно п.2 элементы нагружения выполнены в виде крепежного соединения гайки и болта, а тензометрический датчик выполнен с мостовой схемой соединения тензорезисторов, 1 з.п. ф-лы, 5 ил. The utility model relates to measuring technology and is intended to measure the amount of crack opening in parts, namely in a gas pipeline during loading with internal gas pressure. The technical problem is to create a device designed to measure small values of gas pipeline crack opening in the range of 10-500 microns. The technical result is the minimization of the device error when measuring crack opening values in the range of 10-500 microns due to the possibility of calibrating the device before carrying out the measurement. The technical result is ensured by the fact that the device for measuring the magnitude of the crack opening includes a strain gauge sensor mounted on a metal bracket with control platforms made with the possibility of their fixation on the sides of the crack. Between the control areas of the bracket there is a gap corresponding to the width of the crack, with the possibility of mechanical loading of the control areas using loading elements fixed above them, and the strain gauge sensor is configured to transmit readings to the strain gauge station. According to clause 2, the loading elements are made in the form of a fastening connection of a nut and a bolt, and the strain gauge sensor is made with a bridge circuit for connecting strain gauges, 1 sp. f-ly, 5 ill.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике и предназначена для замера величины раскрытия трещин в деталях, а именно в газопроводе в процессе нагружения его внутренним давлением газа. The utility model relates to measuring technology and is intended to measure the amount of crack opening in parts, namely in a gas pipeline during loading with internal gas pressure.

Известен прибор для определения расширения объекта с помощью тензометрического датчика в виде конденсаторного устройства (RU 2126535, опубл. 20.02.1999). Однако данный прибор имеет высокую погрешность измерения. A device is known for determining the expansion of an object using a strain gauge in the form of a capacitor device (RU 2126535, published 02.20.1999). However, this device has a high measurement error.

Известен также датчик для измерения величины раскрытия трещин в деталях (SU 697804, опубл. 15.11.1979), выполненный в форме полиэтиленовой трубки с чувствительным элементом в виде упругой нити со спиральными витками и замкнутой петлей в средней части. Однако датчик имеет высокую погрешность при малых изменениях величин раскрытия берегов трещины в интервале 10-500 мкм, т.к. не учитывает нелинейное изменение напряжения на активном сопротивлении датчика. There is also a known sensor for measuring the magnitude of crack opening in parts (SU 697804, publ. November 15, 1979), made in the form of a polyethylene tube with a sensitive element in the form of an elastic thread with spiral turns and a closed loop in the middle part. However, the sensor has a high error with small changes in the crack edge opening values in the range of 10-500 µm, because does not take into account the nonlinear change in voltage across the active resistance of the sensor.

Устройств, выполняющих функцию измерения с низкой погрешностью малых величин раскрытия трещин газопровода (от 10 до 500 мкм) под действием внутреннего давления газа в открытых источниках информации, не обнаружено. No devices that perform the function of measuring with low error small values of gas pipeline crack opening (from 10 to 500 microns) under the influence of internal gas pressure have been found in open sources of information.

Техническая задача заключается в создании устройства, предназначенного для измерения малых величин раскрытия трещин газопровода в интервале значений 10-500 мкм. The technical problem is to create a device designed to measure small values of gas pipeline crack opening in the range of 10-500 microns.

Технический результат - минимизация погрешности устройства при измерении величин раскрытия трещин в интервале 10-500 мкм за счет возможности осуществления калибровки устройства перед проведением измерения. The technical result is the minimization of the device error when measuring crack opening values in the range of 10-500 microns due to the possibility of calibrating the device before carrying out the measurement.

Технический результат обеспечивается тем, что устройство для измерения величины раскрытия трещины включает тензометрический датчик, закрепленный на металлической скобе с контрольными площадками, выполненными с возможностью их фиксации на берегах трещины. Между контрольными площадками скобы выполнен зазор, соответствующий ширине трещины, с возможностью механического нагружения контрольных площадок с помощью закрепленных над ними элементов нагружения, а тензометрический датчик выполнен с возможностью передачи показаний на тензостанцию. The technical result is ensured by the fact that the device for measuring the magnitude of the crack opening includes a strain gauge sensor mounted on a metal bracket with control platforms configured to be fixed on the crack sides. Between the control areas of the bracket there is a gap corresponding to the width of the crack, with the possibility of mechanical loading of the control areas using loading elements fixed above them, and the strain gauge sensor is configured to transmit readings to the strain gauge station.

Согласно п.2 формулы, элементы нагружения выполнены в виде крепежного соединения гайки и болта, а тензометрический датчик выполнен с мостовой схемой соединения тензорезисторов. According to claim 2 of the formula, the loading elements are made in the form of a fastening connection of a nut and a bolt, and the strain gauge is made with a bridge circuit for connecting strain gauges.

Исполнение устройства в виде металлической скобы позволяет жёстко присоединить его к поверхности газопровода и к берегам трещины, например, при помощи сварки, что способствует точности измерения раскрытия берегов трещины. The design of the device in the form of a metal bracket allows it to be rigidly attached to the surface of the gas pipeline and to the crack banks, for example, by welding, which contributes to the accuracy of measuring the opening of the crack banks.

Конструкция скобы с контрольными площадками позволяет предварительно откалибровать датчик для контроля деформации от чистого изгиба, возникающего в рабочей области датчика при раскрытии берегов узкой трещины. The design of the bracket with control pads makes it possible to pre-calibrate the sensor to monitor the deformation from pure bending that occurs in the working area of the sensor when the edges of a narrow crack open.

Между контрольными площадками скобы выполнен зазор, соответствующий ширине трещины, что позволяет закреплять датчик на газопроводе для предварительной калибровки его без деформации трещины на объекте. There is a gap between the control areas of the bracket that corresponds to the width of the crack, which allows you to attach the sensor to the gas pipeline for preliminary calibration without deforming the crack on the object.

Отсутствию деформации трещины на этапе калибровки устройства также способствует установка на объекте стендовых испытаний (поверхность газопровода) нагружающих элементов в виде крепёжных резьбовых элементов – гайки и болта. При осуществлении калибровки болт, проходя через резьбу гайки, приваренной к объекту испытаний, оказывает давление на незакреплённую площадку скобы, вызывая деформацию изгиба в рабочей области датчика, тем самым имитируя раскрытие берегов трещины. The absence of crack deformation at the device calibration stage is also facilitated by the installation at the bench test site (gas pipeline surface) of loading elements in the form of fastening threaded elements - nuts and bolts. During calibration, the bolt, passing through the thread of the nut welded to the test object, exerts pressure on the loose platform of the bracket, causing bending deformation in the working area of the sensor, thereby simulating the opening of the crack edges.

Резьбовое соединение обеспечивает фиксацию крепёжных элементов и регулирует степень воздействия на незакреплённую контрольную площадку скобы. Гайка и болт должны обладать одинаковыми параметрами резьбы для создания полноценного крепёжного соединения. Диаметр и шаг резьбы может варьироваться, но не должен приводить к использованию крупных крепёжных элементов, своими габаритами, не позволяющими проводить измерение раскрытия берегов микротрещины. The threaded connection ensures fixation of the fasteners and regulates the degree of impact on the loose control pad of the bracket. The nut and bolt must have the same thread parameters to create a complete fastening connection. The diameter and pitch of the thread can vary, but should not lead to the use of large fasteners, their dimensions do not allow measuring the opening of the microcrack edges.

Использование мостовой схемы соединения тензорезисторов датчика при их установке на скобе позволяет с высокой точностью измерять деформацию изгиба скобы и, соответственно, величину раскрытия берегов трещины. Погрешность измерения составляет не более 5 мкм. The use of a bridge circuit for connecting the sensor strain gauges when they are installed on the bracket allows one to accurately measure the bending deformation of the bracket and, accordingly, the amount of opening of the crack edges. The measurement error is no more than 5 microns.

Мостовая схема также обеспечивает стандартизированное подключение тензорезисторов через тензостанцию к компьютеру специалиста, проводящего измерения величины раскрытия берегов трещины. The bridge circuit also provides a standardized connection of strain gauges through a strain gauge station to the computer of a specialist who measures the opening value of the crack faces.

На фиг.1 представлена схема заявленного устройства. Figure 1 shows a diagram of the claimed device.

Фиг. 2а - вид А на фиг.1, фиг.2б - вид Б на фиг.1. Fig. 2a - view A in figure 1, fig. 2b - view B in figure 1.

На фиг.3 показано размещение микрометра на этапе калибровки. Figure 3 shows the placement of the micrometer during the calibration phase.

На фиг.4 изображена мостовая электрическая схема подключения тензорезисторов датчика к тензостанции, которая обеспечила стандартизированное подключение к компьютеру специалиста, фиксирующему изменения величины раскрытия берегов трещины. Figure 4 shows a bridge electrical circuit for connecting the sensor's strain gauges to the strain gauge station, which provided a standardized connection to a specialist's computer, which records changes in the opening value of the crack banks.

На фиг.5 на конкретном примере представлена таблица, иллюстрирующая зависимость величины смещение контрольных площадок скобы от величины отклонения микрометра от «нулевого» положения при механическом воздействии. Figure 5, using a specific example, presents a table illustrating the dependence of the magnitude of the displacement of the control pads of the bracket on the magnitude of the deviation of the micrometer from the “zero” position under mechanical influence.

На фиг.1, 2, 3, 4 представлены следующие элементы: Figures 1, 2, 3, 4 show the following elements:

1 - металлическая скоба;1 - metal bracket;

2 - рабочие области тензометрического датчика;2 - working areas of the strain gauge;

3 - ноги скобы;3 - legs of the bracket;

4 - места сгиба скобы;4 - places where the bracket bends;

5 - газопровод;5 - gas pipeline;

6 - контрольная площадка;6 - control platform;

7 - контрольная площадка;7 - control platform;

8 - зазор между площадками 6 и 7;8 - gap between platforms 6 and 7;

9 - берега трещины;9 - crack banks;

10 - места сварки;10 - welding places;

11 - гайка;11 - nut;

12 - болт;12 - bolt;

13 - микрометр;13 - micrometer;

14 - тензорезистор R1;14 - strain gauge R1;

15 - тензорезистор R2;15 - strain gauge R2;

16 - тензорезистор R3;16 - strain gauge R3;

17 - тензорезистор R4;17 - strain gauge R4;

18 - тензометрический датчик;18 - strain gauge;

19-24 - контакты тензостанции;19-24 - strain gauge station contacts;

25 - тензостанция.25 - strain gauge station.

При проведении измерений величины раскрытия трещины заявляемое устройство работает следующим образом. When measuring the crack opening value, the inventive device operates as follows.

В процессе калибровки тензорезисторы 14,17 и 15,16 датчика 18 устанавливают на рабочих областях 2, как показано на Фиг. 2а и 2б. Скобу 1 закрепляют контрольными площадками 6 одного из берегов 9 трещины сваркой. Под площадкой 7 устанавливают микрометр 13 (Фиг. 3). Над контрольной площадкой 7 скобы 1 приваривают гайку 11, в неё ввинчивают болт 12 и проворачивают его до состояния упора в площадку 7. Резьбовое соединение обеспечивает фиксацию крепёжных элементов, что позволяет регулировать степень механического воздействия на незакреплённую площадку 7 скобы 1. Зазор между площадками 6 и 7 соответствует ширине трещины. During the calibration process, strain gauges 14,17 and 15,16 of sensor 18 are installed on working areas 2, as shown in Fig. 2a and 2b. Bracket 1 is secured with control platforms 6 of one of the crack banks 9 by welding. A micrometer 13 is installed under platform 7 (Fig. 3). A nut 11 is welded above the control platform 7 of the bracket 1, a bolt 12 is screwed into it and turned until it stops in the platform 7. The threaded connection ensures the fixation of the fastening elements, which allows you to adjust the degree of mechanical impact on the loose platform 7 of the bracket 1. The gap between the platforms 6 and 7 corresponds to the crack width.

Болт 12 оказывает давление на незакрепленную площадку 7, смещая её по направлению к микрометру 13, создавая деформацию изгиба в рабочей области 2, имитируя тем самым раскрытие берегов 9 трещины. Данное смещение производят с шагом в 10 мкм. Для каждого шага смещения тензостанция 25 регистрирует изменение показаний тензометрического датчика 18 (тензорезисторов 14, 15, 16, 17). После этого формируют Таблицу (фиг.5) калибровки датчика 18, на которой отображено соответствие смещения площадок 6 и 7 относительно друг друга, выраженное как отклонение микрометра 13 от «нулевого» положения и изменения показаний тензометрического датчика 18 вследствие деформации изгиба, возникающей в результате смещения данных площадок, выраженное в таблице как показания тензометрического датчика 18 (деформация, ед.). Bolt 12 exerts pressure on the loose platform 7, displacing it towards the micrometer 13, creating bending deformation in the working area 2, thereby simulating the opening of the crack edges 9. This shift is made in steps of 10 µm. For each displacement step, the strain gauge station 25 records the change in the readings of the strain gauge 18 (strain gauges 14, 15, 16, 17). After this, a Table (Fig. 5) of the calibration of the sensor 18 is formed, which displays the correspondence of the displacement of the platforms 6 and 7 relative to each other, expressed as the deviation of the micrometer 13 from the “zero” position and changes in the readings of the strain gauge 18 due to bending deformation resulting from the displacement data areas, expressed in the table as readings of strain gauge 18 (strain, units).

После окончания этапа калибровки микрометр 13 отсоединяли от площадки 6, болт 12 вынимали из гайки 11. Площадку 7 приваривали ко второму берегу 9 раскрытия трещины. Значения показаний датчика 18 обнуляли и принимали как исходное «нулевое». After the calibration stage was completed, micrometer 13 was disconnected from platform 6, bolt 12 was removed from nut 11. Platform 7 was welded to the second side 9 of the crack opening. The readings of sensor 18 were reset to zero and accepted as the initial “zero”.

Во время стендовых испытаний газопровода при нагружении его рабочим давлением газа фиксировали значения показаний датчика 18, которые затем сравнивали со значениями, полученными на этапе калибровки (Фиг.5. Таблица). На основании данной информации определяли фактическое значение величины раскрытия берегов 9 трещины при стендовых испытаниях трубопровода. Абсолютная погрешность измерения составляла ± 5 мкм. During bench tests of the gas pipeline when it was loaded with operating gas pressure, the readings of sensor 18 were recorded, which were then compared with the values obtained at the calibration stage (Figure 5. Table). Based on this information, the actual value of the opening value of crack banks 9 during bench tests of the pipeline was determined. The absolute measurement error was ±5 µm.

Пример Example

Стендовые испытания проводили с 4-мя этапами повышения давления газа внутри газопровода. На нулевом этапе давление внутри трубы было равно атмосферному. На первом этапе давление поднимали до 3 МПа, на втором – до 6 МПа, на третьем – до 9 МПа, на четвёртом – до 12 МПа. Bench tests were carried out with 4 stages of increasing gas pressure inside the gas pipeline. At the zero stage, the pressure inside the pipe was equal to atmospheric pressure. At the first stage, the pressure was raised to 3 MPa, at the second – to 6 MPa, at the third – to 9 MPa, at the fourth – to 12 MPa.

На первом этапе на тензометрическом датчике 18 установили значение – 19 ед., на втором этапе – 38 ед., на третьем этапе– 57 ед., на четвёртом этапе – 82 ед. Таким образом, исходя из линейно-пропорциональной зависимости между показаниями датчика 18 и величиной раскрытия берегов 9 трещины можно сделать вывод о том, что изменение показаний датчика 18 за 4-м этапе испытаний составило 82 ед., что свидетельствует о величине раскрытия берегов трещины, равной 13 мкм. Информацию с датчика 18 через интерфейс USB передавали с тензостанции 25 на персональный ЭВМ оператора (не показано). At the first stage, the value was set on the strain gauge 18 - 19 units, at the second stage - 38 units, at the third stage - 57 units, at the fourth stage - 82 units. Thus, based on the linearly proportional relationship between the readings of sensor 18 and the opening value of the crack faces 9, we can conclude that the change in the readings of sensor 18 during the 4th stage of testing was 82 units, which indicates the opening value of the crack faces equal to 13 microns. Information from sensor 18 was transmitted via a USB interface from strain gauge station 25 to the operator’s personal computer (not shown).

Claims (2)

1. Устройство для измерения величины раскрытия трещины, включающее тензометрический датчик, закрепленный на металлической скобе с контрольными площадками, выполненными с возможностью их фиксации на берегах трещины, между контрольными площадками скобы выполнен зазор, соответствующий ширине трещины, с возможностью механического нагружения контрольных площадок с помощью закрепленных над ними элементов нагружения, а тензометрический датчик выполнен с возможностью передачи показаний на тензостанцию. 1. A device for measuring the magnitude of crack opening, including a strain gauge mounted on a metal bracket with control platforms designed to be fixed on the sides of the crack; between the control platforms of the bracket there is a gap corresponding to the width of the crack, with the possibility of mechanical loading of the control platforms using fixed above them there are loading elements, and the strain gauge sensor is configured to transmit readings to the strain gauge station. 2. Устройство для измерения величины раскрытия трещины по п.1, отличающееся тем, что элементы нагружения выполнены в виде крепежного соединения гайки и болта, а тензометрический датчик выполнен с мостовой схемой соединения тензорезисторов. 2. A device for measuring the magnitude of crack opening according to claim 1, characterized in that the loading elements are made in the form of a fastening connection of a nut and a bolt, and the strain gauge is made with a bridge circuit for connecting strain gauges.
RU2024106987U 2024-03-18 Device for measuring crack opening size RU225822U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU225822U1 true RU225822U1 (en) 2024-05-07

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1196676A1 (en) * 1984-06-04 1985-12-07 Ордена Трудового Красного Знамени Институт Сверхтвердых Материалов Ан Усср Strain-measuring device for determining crack opening
RU2126535C1 (en) * 1992-03-26 1999-02-20 Сименс АГ Method determining expansion of object with use of strain- gauge transducer and strain-gauge transducer for its realization
JP2003315250A (en) * 2002-04-18 2003-11-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Apparatus for testing crack progression
RU2808606C1 (en) * 2023-01-31 2023-11-30 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ" Device for controlling the opening of cracks and narrow incisions

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1196676A1 (en) * 1984-06-04 1985-12-07 Ордена Трудового Красного Знамени Институт Сверхтвердых Материалов Ан Усср Strain-measuring device for determining crack opening
RU2126535C1 (en) * 1992-03-26 1999-02-20 Сименс АГ Method determining expansion of object with use of strain- gauge transducer and strain-gauge transducer for its realization
JP2003315250A (en) * 2002-04-18 2003-11-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Apparatus for testing crack progression
RU2808606C1 (en) * 2023-01-31 2023-11-30 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ" Device for controlling the opening of cracks and narrow incisions

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110374857B (en) Oil pressure and air pressure monitoring device and method for diaphragm compressor
CN102628740A (en) Rocker arm static calibration experimental device and method of engine valve distributing mechanism
CN106768748A (en) A kind of built-in machine tool chief axis axial direction device for testing dynamic stiffness and method of testing
US2426390A (en) Straightening apparatus
CN109870269A (en) A kind of three-dimensional force plate/platform calibration method
CN115855477A (en) Device and method for testing robot joint performance
RU225822U1 (en) Device for measuring crack opening size
CN111486994A (en) Expansion pressure and expansion volume integrated test device and test method for expansion material
CN111623702A (en) Method for testing strain of welding spot of integrated circuit component
CN207850594U (en) Steel chord type anchor ergometer calibrating installation
CN112781812A (en) Fatigue testing method for metal diaphragm of diaphragm compressor
CN204556393U (en) Soil pressure testing device
CN107532958A (en) Deformation measurement torquemeter
Makinde et al. Design of a biaxial extensometer for measuring strains in cruciform specimens
CN110411332B (en) System and method for testing sensitivity coefficient of resistance strain gauge
US11131591B2 (en) FBG sensor-based bolt fastening joint surface pressure detection method
CN106679777A (en) Electronic scale temperature compensation device and compensation method thereof
RU2822310C1 (en) Gas pipeline crack opening measurement method
CN206740309U (en) torque sensor calibrating device
CN213956564U (en) Digital weighing sensor calibration device
Riegel et al. Analysis of the stress state in QFN package during four bending experiment utilizing piezoresistive stress sensor
CN202631231U (en) Engine gas distribution mechanism rocking arm static state calibrating experimental apparatus
CN208860596U (en) Aluminum enclosure bearing block Thermal-mechanical Coupling strain measurement system
CN108896234A (en) A kind of pipe pressure measurement method
CN203396526U (en) High-precision torque wrench