RU2690972C1 - Method of measuring specific electrical resistance of a metal sample during its stretching - Google Patents

Method of measuring specific electrical resistance of a metal sample during its stretching Download PDF

Info

Publication number
RU2690972C1
RU2690972C1 RU2018132108A RU2018132108A RU2690972C1 RU 2690972 C1 RU2690972 C1 RU 2690972C1 RU 2018132108 A RU2018132108 A RU 2018132108A RU 2018132108 A RU2018132108 A RU 2018132108A RU 2690972 C1 RU2690972 C1 RU 2690972C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sample
potential
potential electrode
stretching
electrode
Prior art date
Application number
RU2018132108A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Петр Николаевич Шкатов
Владимир Сергеевич Грама
Михаил Анатольевич Киселев
Илья Георгиевич Роберов
Ярослав Владимирович Морошкин
Андрей Юрьевич Чекин
Дмитрий Константинович Фигуровский
Ирина Георгиевна Кузуб
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС")
Priority to RU2018132108A priority Critical patent/RU2690972C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2690972C1 publication Critical patent/RU2690972C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance

Landscapes

  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

FIELD: test equipment.SUBSTANCE: invention relates to the field of test equipment and can be used for measurement of specific electric resistance of metal specimens during stretching during mechanical tests. When the specimen is stretched, the distancebetween its arbitrary points 1 and 2 increases, and cross section S – decreases. Both effects lead to increase in electrical resistance between points 1 and 2, which is considerably greater than change of p. This makes it impossible to determine its value from results of measuring voltage Ubetween points 1 and 2 at a given current value without taking into account change in geometry of the sample during its deformation. Complexity of problem consists in small changesS and ρ, making parts of percentage. According to the invention, variation ofand S during stretching is compensated by convergence of points 1 and 2 of measurement of electric voltage U. For this purpose potential electrodes 1 and 2 are made with possibility of movement along axis of sample 4 at maintaining electric contact with it, prior to expansion of sample 4 potential electrode 1 is fixed at a given distance relative to transverse plane of sample 4, passing through initial point of potential electrode 2, and potential electrode 2 – relative to transverse plane of sample 4, passing through initial point of potential electrode 1, relative deformation is determined ε of sample and by recorded voltage Un, taking into account known values of current I, cross section S=Sandbefore stretching, determined value of specific electric resistance of metal sample is determined by formulaTo determine value ε potential electrode 3 fixed in transverse plane of initial installation of potential electrode 1 and fixation of electrode 2 is used, voltage Ubetween potential electrode 3 and potential electrode 1 and corresponding relative deformation is determined by formulaEFFECT: high accuracy of measurements by eliminating operations associated with determining geometrical dimensions of the sample, which change during its stretching.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для измерения удельного электрического сопротивления металлических образцов в процессе растяжения при механических испытаниях.The invention relates to the field of testing equipment and can be used to measure the electrical resistivity of metal samples in the process of stretching during mechanical testing.

Взаимосвязь между степенью деформации металла и соответствующим изменением его удельного электрического сопротивления важна для оценки технического состояния соответствующих конструкций в процессе эксплуатации и позволяет определить степень повреждения металла по изменению его удельного электрического сопротивления.The relationship between the degree of deformation of the metal and the corresponding change in its electrical resistivity is important to assess the technical condition of the respective structures during operation and allows you to determine the degree of damage to the metal by changing its electrical resistivity.

Известен способ измерения удельного электрического сопротивления линейно протяженных металлических образцов с постоянным поперечным сечением, например, проволок заключающийся в том, что измеряют величину S поперечного сечения, пропускают постоянный электрический ток вдоль образца, устанавливают потенциальные электроды на поверхности образца в точках 1 и 2, на фиксированном расстоянии

Figure 00000001
друг от друга вдоль продольной оси образца, измеряют напряжение U12, равное разности потенциалов V1 - V2 между точками 1 и 2, определяют величину электрического сопротивления
Figure 00000002
и по нему вычисляют удельное электрическое сопротивление ρ образца, как
Figure 00000003
[Резистометрическое исследование сплавов на медно-никелевой основе /В.Р. Бараз, А.Ю. Волков, В.А. Стрижак, С.С. Герасимов, М.Ф. Клюкина, О.С. Новикова // Материаловедение. - 2012. - №6. - С. 29-33.].There is a method of measuring the electrical resistivity of linearly long metal samples with a constant cross section, for example, a wire consisting in measuring the cross-sectional value S, passing a constant electric current along the sample, installing potential electrodes on the sample surface at points 1 and 2, on a fixed the distance
Figure 00000001
from each other along the longitudinal axis of the sample, measure the voltage U 12 equal to the potential difference V 1 - V 2 between points 1 and 2, determine the amount of electrical resistance
Figure 00000002
and it calculates the electrical resistivity ρ of the sample, as
Figure 00000003
[Resistometric study of alloys on a copper-nickel basis / V.R. Baraz, A.Yu. Volkov, V.A. Strizhak, S.S. Gerasimov, M.F. Klyukina, O.S. Novikov // Materials Science. - 2012. - №6. - pp. 29-33.].

Недостаток известного способа состоит в невозможности его применения для измерения удельного электрического сопротивления ρ образцов в процессе их механических испытаний на растяжение. Это связано с тем, что при растяжении образца расстояние между его произвольными точками 1 и 2 увеличивается, а поперечное сечение S - уменьшается. Оба эффекта приводят к увеличению электрического сопротивления R12 между точками 1 и 2, существенно большему, чем изменение ρ, что не позволяет определить его величину по результатам измерения.The disadvantage of this method is the impossibility of its use for measuring the specific electrical resistance ρ of samples in the process of their mechanical tensile tests. This is due to the fact that when the sample is stretched, the distance between its arbitrary points 1 and 2 increases, and the cross section S decreases. Both effects lead to an increase in electrical resistance R 12 between points 1 and 2, substantially larger than the change in ρ, which does not allow determining its value from the measurement results.

Проблема определения ρ с учетом изменения геометрии образца осложняется весьма малыми изменениями, как геометрических параметров образца, так и его удельного электрического сопротивления ρ в диапазоне, представляющем наибольший практический интерес, а именно, при удлинении, приводящем к началу пластической деформации металла. При этом изменение относительного удлинения образца

Figure 00000004
где
Figure 00000005
- удлинение образца, а
Figure 00000006
- его начальная длина, составляет менее 1%, а изменение ρ - не более 0,1%.The problem of determining ρ taking into account the change in the sample geometry is complicated by very small changes in both the geometric parameters of the sample and its electrical resistivity ρ in the range of the greatest practical interest, namely, at elongation leading to the onset of plastic deformation of the metal. The change in the relative elongation of the sample
Figure 00000004
Where
Figure 00000005
- sample elongation, and
Figure 00000006
- its initial length is less than 1%, and the change in ρ is not more than 0.1%.

Наиболее близок к предложенному, принятый за прототип, способ измерения удельного электрического сопротивления линейно протяженного плоского металлического образца в процессе механических испытаний на растяжение, заключающийся в том, что предварительно на поверхности образца рисуют сетку из прямоугольных элементов, закрепляют на поверхности образца в зонах, близких к участкам, предназначенным для захвата зажимами испытательной машины, токовые провода, подключенные к источнику стабильного постоянного тока и закрепляют на поверхности образца между точками ввода тока два потенциальных электрода, подключенных к измерителю напряжения. Затем испытуемый образец закрепляют в зажимах испытательной машины и растягивают. В процессе растяжения по образцу непрерывно пропускают ток заданной величины, периодически изменяют напряжение U12 между потенциальными электродами и регистрируют соответствующее ему изображение поверхности образца с помощью цифровой камеры высокого разрешения. Затем используют полученные изображения для коррекции изменения регистрируемого сигнала за счет изменения геометрических размеров образца и вычисляют изменение удельного электрического сопротивления металла образца за счет его растяжения [Zhang S.J., Xia Q.X, Li W. and Zhou X. Ductile damage measurement and necking analysis of metal sheets based on digital image correlation and direct current potential drop methods. - International Journal of Damage Mechanics 2014, Vol. 23(8). - 1133-1149.]. При коррекции изменение толщины выделенных прямоугольных элементов образца принимают обратно пропорциональным изменению их длины, исходя из неизменности объема деформируемого металла.Closest to the proposed, adopted for the prototype, a method of measuring the electrical resistivity of a linearly long flat metal sample in the process of mechanical tensile testing, which consists in drawing a grid of rectangular elements on the sample surface, is fixed on the sample surface in areas close to the areas intended for gripping by the clips of the testing machine, the current leads connected to the source of stable direct current and fixed to the surface and between the current input sample points two potential electrode connected to the voltage meter. Then the test sample is fixed in the clips of the testing machine and stretch. In the process of stretching a sample, a current of a given value is continuously passed through, the voltage U 12 is periodically changed between potential electrodes and the corresponding image of the sample surface is recorded with a high-resolution digital camera. Then, the obtained images are used to correct the change in the recorded signal due to a change in the geometric dimensions of the sample and calculate the change in the electrical resistivity of the metal of the sample due to its stretching [Zhang SJ, Xia QX, Li W. and Zhou X. based on digital image - International Journal of Damage Mechanics 2014, Vol. 23 (8). - 1133-1149.]. When correcting, the change in the thickness of the selected rectangular elements of the sample is inversely proportional to the change in their length, based on the invariance of the volume of the deformable metal.

Недостаток известного способа заключается в сложности его реализации, требующей большого количества прецизионных измерений геометрических размеров выделенных элементов (10 измерений в секунду) и последующих вычислений с операциями, включающими определение разности близких чисел. Выполнение подобных операций может стать источником погрешности, сопоставимой с искомой величиной.The disadvantage of this method lies in the complexity of its implementation, requiring a large number of precision measurements of the geometric dimensions of the selected elements (10 measurements per second) and subsequent calculations with operations, including the determination of the difference of close numbers. Performing such operations can be a source of error comparable to the desired value.

Технический результат настоящего изобретения заключается в уменьшении трудоемкости и погрешности измерений, за счет исключения операций, связанных с определением геометрических размеров образца, изменяющихся в процессе его растяжении.The technical result of the present invention is to reduce the complexity and measurement error, due to the exclusion of operations associated with the determination of the geometric dimensions of the sample, changing in the process of stretching.

Указанный технический результат в способе измерения изменения удельного электрического сопротивления металлического образца при его испытаниях на растяжение, заключающемся в том, что измеряют геометрические размеры образца до растяжения, электрически соединяют токовые провода от источника стабильного постоянного тока с образцом в зонах, расположенных вблизи головок, предназначенных для захвата зажимами испытательной машины, устанавливают на образце два потенциальных электрода в точках, размещенных на известном расстоянии

Figure 00000007
друг от друга между зонами соединения образца с токовыми проводами, фиксируют головки образца в зажимах испытательной машины, растягивают образец, одновременно пропускают по нему ток I от источника стабильного постоянного тока, регистрируют напряжение U12 между первым и вторым потенциальными электродами и выполняют операции для коррекции влияния изменения в процессе растяжения образца его поперечного сечения S и расстояния
Figure 00000008
между потенциальными электродами на результат измерения, достигается благодаря тому, что при измерениях на образце с постоянным начальным поперечным сечением S0 вдоль всей его рабочей части потенциальные электроды размещают в зоне с равномерным распределением плотности тока по поперечному сечению образца, а коррекцию осуществляют следующим образом: выполняют потенциальные электроды с возможностью перемещения вдоль оси образца при сохранении электрического контакта с ним, фиксируют перед растяжением образца на заданном расстоянии первый потенциальный электрод относительно поперечной плоскости образца, проходящей через исходную точку установки второго потенциального электрода, а второй потенциальный электрод - относительно поперечной плоскости образца, проходящей через исходную точку установки первого потенциального электрода, определяют относительную деформацию
Figure 00000009
образца и по регистрируемому напряжению U12, с учетом известных значений тока I, поперечного сечения S=S0 и
Figure 00000010
до растяжения, определяют искомую величину удельного электрического сопротивления металлического образца по формуле:
Figure 00000011
Дополнительно, указанный технический результат достигается благодаря тому, что для определения величины ε используют третий потенциальный электрод, зафиксированный в поперечной плоскости начальной установки одного из потенциальных электродов и фиксации другого, регистрируют в процессе растяжения образца напряжение U3 между третьим потенциальным электродом и потенциальным электродом, находившимся в одной с ним плоскости до начала растяжения, и определяют соответствующую относительную деформацию по формуле:
Figure 00000012
This technical result in the method of measuring the change in the electrical resistivity of a metal sample during its tensile testing, which consists in measuring the geometric dimensions of the sample before stretching, electrically connect the current wires from the stable direct current source to the sample in areas located near the heads intended for gripping the clips of the testing machine, install two potential electrodes on a sample at points located at a known distance
Figure 00000007
from each other between the sample connecting zones with current wires, fix the sample heads in the terminals of the testing machine, stretch the sample, simultaneously pass a current I from a stable DC source through it, register the voltage U 12 between the first and second potential electrodes and perform operations to correct the effect changes in the process of stretching a sample of its cross section S and distance
Figure 00000008
between potential electrodes on the measurement result is achieved due to the fact that when measuring on a sample with a constant initial cross section S 0 along the entire working part of the potential electrodes are placed in an area with a uniform distribution of current density over the cross section of the sample, and the correction is carried out as follows: potential electrodes with the ability to move along the axis of the sample while maintaining electrical contact with him, fixed before stretching the sample at a given distance n The first potential electrode relative to the transverse plane of the sample passing through the initial point of installation of the second potential electrode, and the second potential electrode relative to the transverse plane of the sample passing through the initial point of installation of the first potential electrode, determine the relative deformation
Figure 00000009
sample and the recorded voltage U 12 , taking into account the known values of the current I, the cross section S = S 0 and
Figure 00000010
before stretching, determine the desired value of the electrical resistivity of the metal sample by the formula:
Figure 00000011
Additionally, this technical result is achieved due to the fact that to determine the value of ε using the third potential electrode, fixed in the transverse plane of the initial installation of one of the potential electrodes and fixing the other, in the process of stretching the sample, the voltage U 3 between the third potential electrode and the potential electrode in the same plane with him before the start of stretching, and determine the corresponding relative deformation by the formula:
Figure 00000012

На фиг. 1 показана одна из возможных схем измерения для реализации заявляемого способа. На фиг. 2 схематично показан вид с боку на испытуемый образец с положением вдоль его оси потенциальных электродов и точек фиксации зажимов.FIG. 1 shows one of the possible measurement schemes for the implementation of the proposed method. FIG. 2 shows a schematic side view of the test specimen with the position of potential electrodes and fixation points of the clamps along its axis.

Схема для измерения удельного электрического сопротивления металлического образца в процессе его испытаний на растяжение содержит потенциальные электроды 1, 2 и 3, установленные на плоском металлическом образце 4 между точками 5 и 6, к которым подключены токовые провода 7 и 8, соединенные с выходом источника 9 стабильного постоянного тока. Потенциальный электрод 1 выполнен с возможностью перемещения вдоль оси образца 4 при сохранении электрического контакта с ним и фиксирован с помощью тяги 10 и зажима 11 на заданном расстоянии относительно поперечной плоскости образца 4, проходящей через исходную точку установки потенциального электрода 2. Аналогично, потенциальный электрод 2 выполнен с возможностью перемещения вдоль оси образца 4 при сохранении электрического контакта с ним и фиксирован с помощью тяги 12 и зажима 13 на заданном расстоянии относительно поперечной плоскости образца 4, проходящей через исходную точку установки потенциального электрода 1. Обеспечение электрического контакта между образцом 4 и электродами 1, 2 достигается благодаря тому, что тяги 10 и 12 выполнены пружинящими и прижимают соответствующий электрод 1 или 2 к поверхности образца 4. Потенциальный электрод 3 зафиксирован в поперечной плоскости начальной установки потенциального электрода 1 и фиксации потенциального электрода 2, путем совмещения с зажимом 11. Потенциальные электроды 1, 2 подключены к входу измерителя 14 напряжения, а потенциальные электроды 1, 3 - к входу измерителя 15 напряжения. Зажимы 11 и 13 рекомендуется выполнять в виде скоб из диэлектрического материала с фиксирующими винтами с обеих сторон. Расстояния вдоль продольной оси образца 4 от точки фиксации зажима 11 до механически соединенного с ним электрода 1 и, соответственно, от точки фиксации зажима 11 до механически соединенного с ним электрода 1 равны

Figure 00000013
До растяжения образца 4 его поперечное сечение, определяемое начальной толщиной Т0 образца и его шириной В0 имеет величину S0 = В0×Т0, расстояние вдоль оси образца 4 между потенциальными электродами 1 и 2 равно
Figure 00000014
а электроды 1 и 3 размещены в общей плоскости, перпендикулярной продольной оси образца 4.A circuit for measuring the electrical resistivity of a metal sample during its tensile test contains potential electrodes 1, 2 and 3 mounted on a flat metal sample 4 between points 5 and 6, to which current wires 7 and 8 are connected, connected to the output of source 9 of stable direct current. The potential electrode 1 is made to move along the axis of the sample 4 while maintaining electrical contact with it and fixed with the help of thrust 10 and clamp 11 at a predetermined distance relative to the transverse plane of the sample 4 passing through the initial installation point of the potential electrode 2. Similarly, the potential electrode 2 is made with the ability to move along the axis of the sample 4 while maintaining electrical contact with him and fixed with thrust 12 and clamp 13 at a given distance relative to the transverse plane o specimen 4 passing through the initial point of installation of potential electrode 1. Electric contact between sample 4 and electrodes 1, 2 is achieved due to the fact that thrust 10 and 12 are spring-loaded and press the corresponding electrode 1 or 2 to the surface of sample 4. Potential electrode 3 is fixed in the transverse plane of the initial installation of the potential electrode 1 and fixing the potential electrode 2, by combining with the clamp 11. The potential electrodes 1, 2 are connected to the input of the voltage meter 14, and the potential Single electrodes 1, 3 - to the input of the voltage meter 15. Clips 11 and 13 are recommended to be made in the form of brackets made of dielectric material with fixing screws on both sides. The distances along the longitudinal axis of the sample 4 from the fixation point of the clamp 11 to the electrode 1 mechanically connected to it and, respectively, from the fixation point of the clamp 11 to the electrode 1 mechanically connected to it are
Figure 00000013
Before stretching a sample 4, its cross section, determined by the initial thickness T 0 of the sample and its width B 0, has the value S 0 = B 0 × T 0 , the distance along the axis of the sample 4 between the potential electrodes 1 and 2 is equal to
Figure 00000014
and the electrodes 1 and 3 are placed in a common plane perpendicular to the longitudinal axis of the sample 4.

Точки 5 и 6 ввода тока расположены вблизи головок 16 и 17 образца, соответственно. Расстояние между точками 5 и 6 до ближайших к ним потенциальных электродов 1, 3 и 2, соответственно, выбирается не менее ширины В0 образца. При этом условии ток распределяется равномерно по сечению S0 образца в зоне установки потенциальных электродов 1, 2, 3 и между ними. При равномерном распределении плотности тока электрический потенциал V постоянен в любой точке поперечного сечения образца.Point 5 and 6 of the input current are located near the heads 16 and 17 of the sample, respectively. The distance between points 5 and 6 to the potential electrodes 1, 3 and 2 closest to them, respectively, is chosen to be not less than the width B 0 of the sample. Under this condition, the current is distributed uniformly over the cross section S 0 of the sample in the installation area of potential electrodes 1, 2, 3 and between them. With a uniform distribution of current density, the electric potential V is constant at any point of the sample cross section.

Заявляемый способ реализуется следующим образом.The inventive method is implemented as follows.

Головки 16 и 17 образца 4 закрепляют в зажимах испытательной машины (не показана). При наличии электрического соединения между зажимами испытательной машины рекомендуется электрически изолировать головки 16 и 17 образца 4 относительно зажимов, например, с помощью диэлектрических пластин, наклеиваемых на поверхность, по меньшей мере, одной из головок образца 4 с обеих сторон. Это необходимо для исключения влияния шунтирующего влияния цепи, создаваемой испытательной машиной при соединении образца 4 с ее зажимами.The heads 16 and 17 of sample 4 are fixed in the clamps of a testing machine (not shown). In the presence of an electrical connection between the clips of the testing machine, it is recommended to electrically insulate the heads 16 and 17 of sample 4 relative to the clamps, for example, using dielectric plates glued to the surface of at least one of the heads of sample 4 on both sides. This is necessary to eliminate the influence of the shunting effect of the circuit created by the testing machine when sample 4 is connected to its clips.

Перед растяжением образца 4 измеряют его поперечное сечение S0, пропускают по нему стабильный постоянный ток заданной величины I и регистрируют с помощью измерителей 14 и 15 напряжения U12 и U3 между электродами 1,2 и 1,3 - соответственно. При размещении электродов 1 и 3 строго в одной плоскости, перпендикулярной к оси образца 4, должно выполняться условие U3 = 0. При отклонении U3 от нулевого значения рекомендуется путем малых осевых перемещений зажима 11 добиться нуля. Это обеспечит размещение электродов 1 и 3 строго в одной плоскости.Before stretching the sample 4, its cross section S 0 is measured, a stable constant current of a given value I is passed through it and the voltages U 12 and U 3 between the electrodes 1.2 and 1.3 are recorded between the electrodes 1.2 and 1.3, respectively. When placing the electrodes 1 and 3 strictly in the same plane perpendicular to the axis of the sample 4, the condition U 3 = 0 should be met. When U 3 deviates from zero, it is recommended to achieve zero by small axial movements of the clamp 11. This will ensure that electrodes 1 and 3 are placed strictly in the same plane.

В процессе растяжения образца 4 расстояния вдоль его оси между потенциальными электродами 1-3, а также между точками фиксации зажимов 11 и 13 непрерывно изменяются. На фиг. 2 положение потенциальных электродов до растяжения показано позициями 1, 2 и 3, а в процессе растяжения - позициями 1', 2' и 3'. Положение точек фиксации зажимов до растяжения показано позициями 11 и 13, а в процессе растяжения - позициями 11' и 13'. Механические связи между электродом 1 в позиции 1' и точкой фиксации в позиции 13', а также между электродом 2 в позиции 2' и точкой фиксации в позиции 11' показаны на фиг. 2 двойной пунктирной линией.In the process of stretching the sample 4, the distances along its axis between the potential electrodes 1-3, as well as between the fixation points of the clamps 11 and 13, continuously change. FIG. 2, the position of potential electrodes before stretching is indicated by positions 1, 2, and 3, and in the process of stretching, positions 1 ', 2', and 3 '. The position of the fixation points of the clamps to stretching is shown by the positions 11 and 13, and in the process of stretching - the positions 11 'and 13'. The mechanical connections between electrode 1 at position 1 'and the fixation point at position 13', as well as between electrode 2 at position 2 'and the fixation point at position 11' are shown in FIG. 2 double dotted line.

Поскольку значения I,

Figure 00000015
и S0 в исходном состоянии известны по измеренной с помощью измерителя 14 величине U12,0 можно вычислить начальное значение удельного электрического сопротивления ρ0 образца 4. Напряжение U12,0 между электродами 1 и 2 в исходных позициях равноSince the values of i,
Figure 00000015
and S 0 in the initial state is known from the U 12.0 value measured by the meter 14; it is possible to calculate the initial value of the electrical resistivity ρ 0 of sample 4. The voltage U 12.0 between the electrodes 1 and 2 in the initial positions is equal to

Figure 00000016
Figure 00000016

ТогдаThen

Figure 00000017
Figure 00000017

В процессе растяжения образца 4 происходит смещение электрода 1, относительно электрода 2, и электрода 3 относительно электрода 1.In the process of stretching the sample 4, the electrode 1 is displaced relative to the electrode 2 and the electrode 3 relative to the electrode 1.

Напряжение U12 между электродами в позициях 1' и 2' примет значениеThe voltage U 12 between the electrodes in positions 1 'and 2' will take the value

Figure 00000018
Figure 00000018

где ρ и S - соответствующие значения удельного электрического сопротивления и поперечного сечения образца при изменении его длины.where ρ and S are the corresponding values of the electrical resistivity and the cross section of the sample as its length changes.

Напряжение U3 между электродами 1 и 3 в позициях 1' и 3' примет значение

Figure 00000019
The voltage U 3 between the electrodes 1 and 3 in positions 1 'and 3' will take the value
Figure 00000019

Заметим, что относительная деформация 8 образца 4 связана с изменением длины между электродами 1 и 3 соотношениемNote that the relative deformation 8 of sample 4 is associated with the change in length between the electrodes 1 and 3 by the ratio

Figure 00000020
Figure 00000020

Это позволяет записать:This allows you to write:

Figure 00000021
Figure 00000021

При растяжении образца в пределах, представляющих интерес для технической диагностики, объем металла образца остается практически постоянным, т.е. можно считать, что

Figure 00000022
When a sample is stretched within the limits of interest for technical diagnostics, the volume of the sample metal remains almost constant, i.e. can be considered that
Figure 00000022

Тогда, с учетом (6)Then, taking into account (6)

Figure 00000023
Figure 00000023

Покажем, что по измеренным значениям U12 и U3 и ранее полученной величины начального удельного электрического сопротивления ρ0 можно вычислить величину ρ и соответствующую ему относительную деформацию ε образца 4.We will show that from the measured values of U 12 and U 3 and the previously obtained value of the initial electrical resistivity ρ 0, we can calculate the value of ρ and the corresponding relative deformation ε of sample 4.

Поделив (3) на (1), с учетом (6) и (7), получимDividing (3) into (1), taking into account (6) and (7), we get

Figure 00000024
Figure 00000024

Следовательно,Consequently,

Figure 00000025
Figure 00000025

Отметим, что с приемлемой для практики погрешностью при малых относительных деформациях можно вычислить величину ρ, регистрируя только напряжение между электродами 1 и 2, т.е.Note that with acceptable for practice error with small relative deformations, it is possible to calculate the value of ρ, registering only the voltage between the electrodes 1 and 2, i.e.

Figure 00000026
Figure 00000026

Так, например, при ε < 0,01 методическая погрешность при использовании формулы (10) составит не более 0,01%.So, for example, with ε <0.01, the methodological error when using formula (10) is no more than 0.01%.

Однако при близком к предельной величине значении ε = 0,1 погрешность возрастает до 1%. Так как изменения удельного электрического сопротивления в процессе растяжения составляют менее процента, такая погрешность здесь недопустима.However, at a value close to the limit value ε = 0.1, the error increases to 1%. Since changes in electrical resistivity in the process of stretching are less than one percent, such an error is unacceptable here.

Для определения величины е можно воспользоваться дополнительными средствами измерения, позволяющими измерить деформацию образца, например, экстензометрами. Однако проще и с достаточной точностью это можно сделать, используя измеренную величину U3.To determine the value of e, you can use additional measurement tools to measure the deformation of the sample, for example, extensometers. However, this can be done more simply and with sufficient accuracy using the measured value U 3 .

Действительно, разделив (4) на (3), получимIndeed, dividing (4) by (3), we get

Figure 00000027
Figure 00000027

илиor

Figure 00000028
Figure 00000028

Отсюда следует, чтоIt follows that

Figure 00000029
Figure 00000029

илиor

Figure 00000030
Figure 00000030

После несложных преобразований, получимAfter simple transformations, we get

Figure 00000031
Figure 00000031

Следовательно,Consequently,

Figure 00000032
Figure 00000032

Или, окончательно,Or, finally,

Figure 00000033
Figure 00000033

Уравнения (2), (9) и (17) определяют с учетом известных значений I, S0,

Figure 00000034
взаимосвязь между регистрируемыми напряжениями U12, U3 с искомыми величинами - относительной деформацией ε образца при растяжении и соответствующему ему удельному электрическому сопротивлению ρ.Equations (2), (9) and (17) are determined taking into account the known values of I, S 0 ,
Figure 00000034
the relationship between the recorded voltages U 12 , U 3 with the desired quantities - the relative deformation ε of the sample under tension and the corresponding specific electrical resistance ρ.

В явном виде через известные исходные данные и полученные напряжения U12, U3 величина ρ, с для соответствующей величины ε, определяемой уравнением (17) определяется, какExplicitly, through known source data and the resulting voltages U 12 , U 3, the value ρ, s for the corresponding value ε defined by equation (17) is defined as

Figure 00000035
Figure 00000035

Технические преимущества предлагаемого способа измерения удельного электрического сопротивления металлического образца в процессе его испытаний на растяжение заключаются в уменьшении трудоемкости и повышении точности измерений. Это достигается за счет исключения необходимости дискретизации поверхности образца и регистрации при его растяжении текущих размеров выделенных элементов для коррекции влияния изменения геометрических размеров образца на величину электрического сопротивления между потенциальными электродами. Погрешность измерений при использовании известного способа определяется как погрешностью определения геометрических размеров образца в процессе деформации, так и погрешностью соответствующих математических операций, включающей погрешность дискретизации и округления.The technical advantages of the proposed method for measuring the electrical resistivity of a metal sample during its tensile testing process consist in reducing the labor intensity and improving the measurement accuracy. This is achieved by eliminating the need to sample the sample surface and register, when it is stretched, the current dimensions of the selected elements to correct the effect of a change in the geometric dimensions of the sample on the amount of electrical resistance between potential electrodes. The measurement error when using a known method is determined by both the error in determining the geometric dimensions of the sample during the deformation process, and the error in the corresponding mathematical operations, including the sampling and rounding error.

Еще одно преимущество заявляемого способа состоит в возможности измерения по регистрируемым значениям электрических напряжений не только изменения удельного электрического сопротивления металла, но и определения относительной деформации на измеряемом участке. Это позволяет не только исключить погрешность, связанную с неравномерной деформацией образца по его длине, но и обеспечить полную автоматизацию измерений. Возможность автоматизации важна при длительных испытаниях, а также в системах мониторинга.Another advantage of the proposed method is the ability to measure the recorded values of electrical voltages not only changes the electrical resistivity of the metal, but also determine the relative deformation on the measured area. This allows not only to eliminate the error associated with the uneven deformation of the sample along its length, but also to ensure full automation of measurements. The possibility of automation is important during long-term tests, as well as in monitoring systems.

Claims (4)

1. Способ измерения удельного электрического сопротивления металлического образца в процессе его испытаний на растяжение, заключающийся в том, что измеряют геометрические размеры образца до растяжения, электрически соединяют токовые провода от источника стабильного постоянного тока с образцом в зонах, расположенных вблизи головок, предназначенных для захвата зажимами испытательной машины, устанавливают на образце два потенциальных электрода, размещенных на известном расстоянии
Figure 00000036
друг от друга в точках, размещенных между зонами соединения образца с токовыми проводами, фиксируют головки образца в зажимах испытательной машины, растягивают образец, одновременно пропускают по нему ток I от источника стабильного постоянного тока, регистрируют напряжение U12 между первым и вторым потенциальными электродами и выполняют операции для коррекции влияния изменения в процессе растяжения образца его поперечного сечения S и расстояния
Figure 00000037
между потенциальными электродами на результат измерения, отличающийся тем, что при измерениях на образце с постоянным начальным поперечным сечением S0 вдоль всей его рабочей части потенциальные электроды размещают в зоне с равномерным распределением плотности тока по поперечному сечению образца, а коррекцию осуществляют следующим образом: выполняют потенциальные электроды с возможностью перемещения вдоль оси образца при сохранении электрического контакта с ним, фиксируют перед растяжением образца первый потенциальный электрод на заданном расстоянии относительно поперечной плоскости образца, проходящей через исходную точку установки второго потенциального электрода, а второй потенциальный электрод - относительно поперечной плоскости образца, проходящей через исходную точку установки первого потенциального электрода, определяют относительную деформацию
Figure 00000038
образца и по регистрируемому напряжению U12, с учетом известных значений тока I, поперечного сечения S=S0 и
Figure 00000039
до растяжения, определяют искомую величину удельного электрического сопротивления металлического образца по формуле1. The method of measuring the electrical resistivity of a metal sample during its tensile testing, which consists in measuring the geometric dimensions of the sample before stretching, electrically connect the current wires from the source of stable direct current to the sample in areas located near the heads intended to be gripped with clips testing machine, set on the sample two potential electrodes placed at a known distance
Figure 00000036
from each other at points located between the sample connecting zones with current wires, fix the sample heads in the terminals of the testing machine, stretch the sample, simultaneously pass the current I from a stable DC source, register the voltage U 12 between the first and second potential electrodes and perform operations to correct the effect of a change in the process of stretching a sample of its cross section S and distance
Figure 00000037
between potential electrodes on a measurement result, characterized in that when measuring on a sample with a constant initial cross section S 0 along its entire working part, potential electrodes are placed in an area with a uniform distribution of current density over the cross section of the sample, and the correction is carried out as follows: electrodes with the ability to move along the axis of the sample while maintaining electrical contact with him, fix the first potential electrode for s The distance relative to the transverse plane of the sample passing through the initial point of installation of the second potential electrode, and the second potential electrode relative to the transverse plane of the sample passing through the initial point of installation of the first potential electrode, determine the relative deformation
Figure 00000038
sample and the recorded voltage U 12 , taking into account the known values of the current I, the cross section S = S 0 and
Figure 00000039
before stretching, determine the desired value of the electrical resistivity of a metal sample by the formula
Figure 00000040
Figure 00000040
 2. Способ измерения удельного электрического сопротивления металлического образца в процессе его испытаний на растяжение по п. 1, отличающийся тем, что для определения величины ε используют третий потенциальный электрод, зафиксированный в поперечной плоскости начальной установки одного из потенциальных электродов и фиксации другого, регистрируют в процессе растяжения образца напряжение U3 между третьим потенциальным электродом и потенциальным электродом, находившимся в одной с ним плоскости до начала растяжения, и определяют соответствующую относительную деформацию по формуле2. A method of measuring the electrical resistivity of a metal sample during its tensile test under item 1, characterized in that to determine the value of ε using the third potential electrode fixed in the transverse plane of the initial installation of one of the potential electrodes and fixing the other, register in the process stretching the sample voltage U 3 potential between the third electrode and a potential electrode are in one plane with it prior to stretching and define respectively Enikeev relative deformation by the formula
Figure 00000041
Figure 00000041
RU2018132108A 2018-09-07 2018-09-07 Method of measuring specific electrical resistance of a metal sample during its stretching RU2690972C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018132108A RU2690972C1 (en) 2018-09-07 2018-09-07 Method of measuring specific electrical resistance of a metal sample during its stretching

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018132108A RU2690972C1 (en) 2018-09-07 2018-09-07 Method of measuring specific electrical resistance of a metal sample during its stretching

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2690972C1 true RU2690972C1 (en) 2019-06-07

Family

ID=67037477

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018132108A RU2690972C1 (en) 2018-09-07 2018-09-07 Method of measuring specific electrical resistance of a metal sample during its stretching

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2690972C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3487301A (en) * 1968-03-04 1969-12-30 Ibm Measurement of semiconductor resistivity profiles by measuring voltages,calculating apparent resistivities and applying correction factors
SU1372252A1 (en) * 1986-03-28 1988-02-07 Московский институт тонкой химической технологии им.М.В.Ломоносова Device for determining specific volume electric resistance of polymeric materials
SU1420548A1 (en) * 1986-03-12 1988-08-30 Всесоюзный Научно-Исследовательский,Проектно-Конструкторский И Технологический Институт Источников Тока Method of measuring specific resistance
SU1749806A1 (en) * 1989-12-11 1992-07-23 Научно-производственное объединение "Композит" Device for determination of specific electrical resistances of carbon-graphite materials

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3487301A (en) * 1968-03-04 1969-12-30 Ibm Measurement of semiconductor resistivity profiles by measuring voltages,calculating apparent resistivities and applying correction factors
SU1420548A1 (en) * 1986-03-12 1988-08-30 Всесоюзный Научно-Исследовательский,Проектно-Конструкторский И Технологический Институт Источников Тока Method of measuring specific resistance
SU1372252A1 (en) * 1986-03-28 1988-02-07 Московский институт тонкой химической технологии им.М.В.Ломоносова Device for determining specific volume electric resistance of polymeric materials
SU1749806A1 (en) * 1989-12-11 1992-07-23 Научно-производственное объединение "Композит" Device for determination of specific electrical resistances of carbon-graphite materials

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Учебно-методическое пособие: "Четырехзондовый метод измерения электрического сопротивления полупроводниковых материалов", 1998. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US2377869A (en) Apparatus and method for measuring work
US4764970A (en) Method and apparatus for detecting cracks
US10107845B2 (en) Device for measuring an electric field in a conducting medium and method of calibrating such a device
RU2690972C1 (en) Method of measuring specific electrical resistance of a metal sample during its stretching
US3287637A (en) High frequency current means including capacitive probe members for determining the electrical resistance of a semiconductor layer
CN104749439A (en) Powder metallurgy sintered alloy sample conductivity measurement system and powder metallurgy sintered alloy sample conductivity measurement method
KR20140137778A (en) Method for measuring coefficient of thermal expansion and Thermal Mechanical Analyzer
KR100820311B1 (en) Correction for equiment used method and high voltage generation correction for equiment used the plate electrode
US1829793A (en) Method of determining the tensile strength of iron and steel
US9952254B1 (en) Grips for testing of electrical characteristics of a specimen under a mechanical load
US3335365A (en) Method of measuring interface resistance in electrical connections
US3365663A (en) Thickness measuring instrument for electro-conductive objects and associated methods
CN105675414B (en) Stress-electric coupling surveys crack growth rate detection method
CN104698296A (en) Space charge measurement signal attenuation and dispersion factor compensation method
JPH0545141B2 (en)
JP4007484B2 (en) Resistivity measuring method and resistivity meter
US6995575B2 (en) Apparatus and methods for measuring resistance of conductive layers
Shkatov Measurement of Changes in Electrical Resistivity of Flat Samples Under Uniaxial Tension
CN113702713B (en) Intelligent monitoring device and method for resistivity determination of grouting material
RU2525585C1 (en) Method to determine coefficient of friction of rest of surface layer of electroconducting material
CN217406056U (en) Cable straightening device for resistance detection
CN111505517B (en) Method for detecting number and assembly direction of single battery pieces of thermal battery
RU2803500C1 (en) Method for determining the strength of concrete
RU2734061C1 (en) Method of measuring total electrical resistance of a reinforced layer of articles made from metals using high frequency signals
RU2471198C1 (en) Method to detect contact difference of potentials and related device