RU75241U1

RU75241U1 - DEVICE FOR DETERMINING THE ELASTICITY MODULE OF CONSTRUCTION MAGNETIC MATERIALS AT HIGH TEMPERATURES

Info

Publication number: RU75241U1
Application number: RU2008109327/22U
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Кузнецов
Priority date: 2008-03-11
Filing date: 2008-03-11
Publication date: 2008-07-27

Abstract

Устройство относится к испытательной и измерительной технике и может быть использовано для контроля параметров конструкционных магнитных материалов и также для прогнозирования поведения этих материалов при различных условиях эксплуатации.The device relates to testing and measuring equipment and can be used to control the parameters of structural magnetic materials and also to predict the behavior of these materials under various operating conditions.

Устройство для определения модуля упругости конструкционных магнитных материалов при повышенных температурах, содержащее нагружающий механизм, измеритель перемещений, снабженный механическим индикатором часового типа, систему регулирования температуры, снабженную муфельной печью, устройство для измерения и регистрации температуры, отличающееся тем, что муфельная печь выполнена в виде термостатируемой цилиндрической камеры, в боковой стенке которой выполнено прозрачное термостойкое окно, а в центре ее дна выполнено термостойкое магнитопроводящее окно, внутри корпуса на дне укреплены две призматические опоры с фиксаторами на свободных концах для закрепления исследуемого образца, кроме того, нагружающий механизм выполнен в виде магнита, расположенного под термостойким магнитопроводящим окном с возможностью перемещения магнита вверх-вниз между термостойким магнитопроводящим окном и измерителем перемещений с индикатором часового типа, расположенным под магнитом на одной вертикальной оси с ним и с термостойким магнитопроводящим окном, кроме того, на одном горизонтальном уровне с прозрачным термостойким окном и исследуемым образцом с внешней стороны муфельной печи дополнительно установлен измеритель перемещений, содержащий источник света и фотоприемникA device for determining the modulus of elasticity of structural magnetic materials at elevated temperatures, comprising a loading mechanism, a displacement meter equipped with a mechanical dial indicator, a temperature control system equipped with a muffle furnace, a device for measuring and recording temperature, characterized in that the muffle furnace is made in the form of a thermostatically controlled a cylindrical chamber, in the side wall of which a transparent heat-resistant window is made, and in the center of its bottom a heat-resistant m a magnetically conductive window, two prismatic supports with clamps at the free ends are fixed at the bottom for fixing the test sample, in addition, the loading mechanism is made in the form of a magnet located under a heat-resistant magnetically conductive window with the possibility of moving the magnet up and down between the heat-resistant magnetically conductive window and the displacement meter with a dial gauge located under the magnet on the same vertical axis with it and with a heat-resistant magnetic window, in addition, on the same horizontal ntalnom level with a transparent heat resistant window and a test sample on the outside of the muffle furnace set displacement meter further comprising a light source and a photodetector

Description

Полезная модель относится к испытательной и измерительной технике, в частности к устройствам, определяющих параметры состояния конструкционных магнитных материалов, изменяющихся в процессе эксплуатации при повышенных температурах, и может найти применение для контроля параметров и прогнозирования поведения этих материалов при различных условиях эксплуатации. Эти параметры, в частности модуль упругости, могут быть измерены в результате бесконтактного воздействия магнита на исследуемый образец, который изменяет свою форму (прогибается) в процессе воздействия силовой и температурной нагрузки. По величине коэффициента отражения от исследуемого образца можно судить о максимальной величине прогиба Y. Полезная модель может быть использована в системах контроля прочности и прогнозирования поведения конструкционных магнитных материалов.The utility model relates to testing and measuring equipment, in particular, to devices that determine the state parameters of structural magnetic materials that change during operation at elevated temperatures, and can be used to control the parameters and predict the behavior of these materials under various operating conditions. These parameters, in particular, the elastic modulus, can be measured as a result of the contactless action of a magnet on the test sample, which changes its shape (bends) during the action of power and temperature load. By the magnitude of the reflection coefficient from the test sample, one can judge the maximum value of the deflection Y. A useful model can be used in systems for monitoring strength and predicting the behavior of structural magnetic materials.

Известно устройство для определения модуля упругости конструкционных материалов при повышенных температурах [Патент RU 2308016 С2, МПК G01N 3/20, 2007], выбранное за прототип и служащее для тех же целей что и предлагаемое устройство, которое включает нагружающий механизм, систему регулирования температуры, устройства для измерения и регистрации температуры. Нагружающий механизм выполнен в виде нагрузочного стержня, воздействующего на середину образца конструкционного материала и измеряющего прогиб образца по перемещению нагрузочного стержня относительно фиксатора. Измеритель перемещений снабжен механическим индикатором часового типа и выполнен в виде измерителя прогиба продольной оси образца, закрепленного на двух базовых призматических опорах посредством фиксатора.A device for determining the modulus of elasticity of structural materials at elevated temperatures [Patent RU 2308016 C2, IPC G01N 3/20, 2007], selected for the prototype and serving for the same purposes as the proposed device, which includes a loading mechanism, temperature control system, device for measuring and recording temperature. The loading mechanism is made in the form of a loading rod acting on the middle of the sample structural material and measuring the deflection of the sample by moving the loading rod relative to the latch. The displacement meter is equipped with a mechanical indicator of the watch type and is made in the form of a deflection meter of the longitudinal axis of the sample, mounted on two basic prismatic supports by means of a latch.

Однако у данного устройства имеются следующие недостатки:However, this device has the following disadvantages:

а) в зависимости измеряемого параметра (модуля упругости) исследуемого образца от силового воздействия при повышенных температурах появляется постоянная ошибка, связанная с тем, что нагружающий стержень находится в зоне повышенных температур и получает дополнительное расширение, которое никак не учитывается, что в значительной мере влияет на точность определения параметра.a) depending on the measured parameter (elastic modulus) of the test sample on the force action at elevated temperatures, a constant error appears due to the fact that the loading rod is in the zone of elevated temperatures and receives additional expansion, which is not taken into account in any way, which significantly affects accuracy of parameter determination.

б) при повышенных температура между исследуемым образцом и нагружающим стержнем (так как они, как правило, сделаны из разных материалов) возникают контактные явления, которые также никак не учитываются, что влияет на точность измерения модуля упругости при повышенных температурах и на надежность контакта при измерениях.b) at elevated temperatures, contact phenomena arise between the test sample and the loading rod (since they are usually made of different materials), which also are not taken into account, which affects the accuracy of measuring the elastic modulus at elevated temperatures and the reliability of the contact during measurements .

Технической задачей изобретения является повышение точности и надежности устройства для определения модуля упругости конструкционных магнитных материалов при повышенных температурах.An object of the invention is to increase the accuracy and reliability of a device for determining the modulus of elasticity of structural magnetic materials at elevated temperatures.

Техническая задача достигается тем, что в устройстве для определения модуля упругости конструкционных магнитных материалов при повышенных температурах, содержащем нагружающий механизм, измеритель перемещений, снабженный механическим индикатором часового типа, систему регулирования температуры, снабженную муфельной печью, устройства для измерения и регистрации температуры, согласно полезной модели муфельная печь выполнена в виде термостатируемой цилиндрической камеры, в боковой стенке которой выполнено прозрачное термостойкое окно, а в центре ее дна выполнено термостойкое магнитопроводящее окно, внутри муфельной печи на дне укреплены две призматические опоры, с фиксаторами на свободных концах для закрепления исследуемого магнитного образца, кроме того, нагружающий механизм выполнен в виде магнита, расположенного под термостойким магнитопроводящим окном, с возможностью перемещения магнита вверх-The technical problem is achieved in that in a device for determining the elastic modulus of structural magnetic materials at elevated temperatures, containing a loading mechanism, a displacement meter equipped with a mechanical dial indicator, a temperature control system equipped with a muffle furnace, devices for measuring and recording temperature, according to the utility model the muffle furnace is made in the form of a thermostatically controlled cylindrical chamber, in the side wall of which a transparent heat-resistant ok but, and in the center of its bottom a heat-resistant magnetically conductive window is made, inside the muffle furnace, two prismatic supports are fixed at the bottom, with clamps at the free ends to secure the magnetic sample under study, in addition, the loading mechanism is made in the form of a magnet located under the heat-resistant magnetically-conductive window, with the ability to move the magnet up

вниз между термостойким магнитопроводящим окном и измерителем перемещений с механическим индикатором часового типа, расположенного под магнитом на одной вертикальной оси с магнитом и с термостойким магнитопроводящим окном, кроме того, на одном горизонтальном уровне с прозрачным термостойким окном с внешней стороны муфельной печи дополнительно установлен измеритель перемещений, содержащий источник света и фотоприемник.down between a heat-resistant magnetically conductive window and a displacement meter with a mechanical dial indicator located under the magnet on the same vertical axis as the magnet and with the heat-resistant magnetically-conductive window, in addition, an additional displacement meter is installed at the same horizontal level as the transparent heat-resistant window on the outside of the muffle furnace, containing a light source and a photodetector.

Отличие предлагаемой полезной модели от прототипа заключается в том, что нагружающий механизм представляет собой магнит, бесконтактным образом воздействующий на исследуемый образец, имеющий магнитные свойства, что исключает возможные погрешности измерений, связанные с действием температуры на нагружающий стержень в прототипе и повышает точность измерений, прогиб экспериментального образца измеряется по перемещению источника света и фотоприемника, определяющего максимальный коэффициент отражения от прогнувшегося образца, исключая контактные явления между исследуемым образцом и нагружающим стержнем, как это сделано в прототипе, что повышает надежность устройства. Для беспрепятственного проникновения магнитного поля в муфельную печь и действия его на образец в дне муфельной печи выполнено термостойкое магнитопроводящее съемное окно, через которое путем механического действия без влияния температуры проводится предварительная градуировка силового воздействия, а для оптического зондирования образца выполнено прозрачное термостойкое окно в боковой поверхности муфельной печи.The difference between the proposed utility model and the prototype lies in the fact that the loading mechanism is a magnet that acts in a non-contact manner on the test sample having magnetic properties, which eliminates possible measurement errors associated with the action of temperature on the loading rod in the prototype and increases the accuracy of measurements, the deflection of the experimental the sample is measured by the movement of the light source and the photodetector, which determines the maximum reflection coefficient from the bent sample, excluding the contact conditions between the test sample and the rod-loaded, as is done in the prior art, which increases reliability. For unhindered penetration of the magnetic field into the muffle furnace and its action on the sample in the bottom of the muffle furnace, a heat-resistant magnetically conductive removable window is made, through which, by mechanical action without temperature influence, a preliminary calibration of the force effect is carried out, and for optical sounding of the sample, a transparent heat-resistant window is made in the side surface of the muffle ovens.

На фигуре показана схема предлагаемого устройства для определения модуля упругости конструкционных магнитных материалов при повышенных температурах. Устройство состоит из следующих элементов:The figure shows a diagram of the proposed device for determining the modulus of elasticity of structural magnetic materials at elevated temperatures. The device consists of the following elements:

1 - нагружающий механизм.1 - loading mechanism.

2 - механический индикатор часового типа.2 - mechanical indicator of the watch type.

3 - систему регулирования температуры.3 - temperature control system.

4 - устройство для измерения и регистрации температуры.4 - a device for measuring and recording temperature.

5 - муфельная печь.5 - muffle furnace.

6 - прозрачное термостойкое окно.6 - transparent heat-resistant window.

7 - термостойкое магнитопроводящее окно.7 - heat-resistant magnetic window.

8 - призматические опоры с фиксаторами (не показаны).8 - prismatic supports with clamps (not shown).

9 - исследуемый магнитный образец.9 - investigated magnetic sample.

10 - магнит.10 - magnet.

11 - измеритель перемещений.11 - displacement meter.

12 - источник света.12 is a light source.

13 - фотоприемник.13 - photodetector.

Принцип работы предлагаемой полезной модели.The principle of operation of the proposed utility model.

Предлагаемая полезная модель содержит нагружающий механизм 1, снабженный механическим индикатором 2, систему регулирования температуры 3, устройство для измерения и регистрации температуры 4, имеющих вход в муфельную печь 5, которая выполнена в виде термостатируемой цилиндрической камеры, в боковой стенке которой выполнено прозрачное термостойкое окно 6, а в центре муфельной печи выполнено термостойкое магнитопроводящее окно 7, внутри муфельной печи на дне укреплены две призматические опоры 8 с фиксаторами, которые не показаны, для закрепления исследуемого магнитного образца 9, кроме того, нагружающий механизм выполнен в виде магнита 10, расположенного под термостойким магнитопроводящим окном и измерителем перемещений, расположенным под магнитом на одной вертикальной оси с магнитом и с термостойким магнитопроводящим окном, кроме того, на одном горизонтальном уровне с прозрачным термостойким окном и исследуемым образцом дополнительно установлен измеритель перемещений 11, содержащий источник света 12 и фотоприемник 13.The proposed utility model includes a loading mechanism 1, equipped with a mechanical indicator 2, a temperature control system 3, a device for measuring and recording temperature 4, having an entrance to the muffle furnace 5, which is made in the form of a thermostatically controlled cylindrical chamber, in the side wall of which a transparent heat-resistant window 6 is made and in the center of the muffle furnace a heat-resistant magnetically conductive window 7 is made, inside the muffle furnace at the bottom two prismatic supports 8 are fixed with clamps that are not shown, for fixing of the studied magnetic sample 9, in addition, the loading mechanism is made in the form of a magnet 10 located under a heat-resistant magnetically conductive window and a displacement meter located under the magnet on the same vertical axis as the magnet and with the heat-resistant magnetically conductive window, in addition, on the same horizontal level with a transparent a heat-resistant window and the sample under study additionally installed a displacement meter 11, containing a light source 12 and a photodetector 13.

Работа устройства осуществляют следующим образом. На призматические опоры 8 в корпусе термостатируемой камеры 5 устанавливают исследуемый магнитный образец 9, выполненный в виде The operation of the device is as follows. On the prismatic supports 8 in the body of the thermostatically controlled chamber 5 install the investigated magnetic sample 9, made in the form

двухопорной балки прямоугольного сечения, и закрепляют фиксаторами. Через съемное термостойкое магнитопроводящее окно 7 нагружают исследуемый образец при нормальной температуре грузами и определяют прогиб образца через прозрачное термостойкое окно 6 с помощью источника света 12 и фотоприемника 13 по измеренному максимальному коэффициенту отражения, используя механический индикатор часового типа 2, таким образом градуируя устройство. Закрывают окно 7, устанавливают под ним магнит 10 с измерителем перемещений 1, содержащим другой механический индикатор часового типа 2, изменяя положение магнита, добиваются тех же значений коэффициента отражения, что и при механической нагрузке, т.е. устанавливают соответствие между прогибом образца и показанием индикатора, находящегося под магнитом, которые определяют величину груза. Системой регулирования температуры 3 повышают температуру до заданного значения, которое определяется устройством для измерения и регистрации температуры 4 в муфельной печи 5, где находится исследуемый образец. Добиваются установления равномерного температурного поля во всей камере путем выдержки данного режима в течение определенного времени. При фиксированном положении магнита, соответствующего определенному значению груза, определяют величину прогиба, вызванного температурным воздействием. Таким образом, получают температурную зависимость прогибов образца и затем по формуле определяют модуль упругости исследуемого образца при разных температурах.two-beam beams of rectangular cross section, and fasten with clamps. Through the removable heat-resistant magnetically conductive window 7 load the test sample at normal temperature with loads and determine the deflection of the sample through the transparent heat-resistant window 6 using a light source 12 and a photodetector 13 according to the measured maximum reflection coefficient, using a mechanical dial indicator 2, thus calibrating the device. They close the window 7, install a magnet 10 under it with a displacement meter 1 containing another mechanical dial indicator 2, changing the position of the magnet, they achieve the same values of the reflection coefficient as under mechanical load, i.e. establish a correspondence between the deflection of the sample and the indication of the indicator under the magnet, which determine the value of the load. The temperature control system 3 increases the temperature to a predetermined value, which is determined by the device for measuring and recording the temperature 4 in the muffle furnace 5, where the test sample is located. Achieve the establishment of a uniform temperature field in the entire chamber by holding this mode for a certain time. With a fixed position of the magnet corresponding to a certain value of the load, the magnitude of the deflection caused by the temperature effect is determined. Thus, the temperature dependence of the deflections of the sample is obtained, and then the elastic modulus of the test sample at different temperatures is determined by the formula.

Формула для определения модуля упругости имеет следующий вид:The formula for determining the elastic modulus has the following form:

E=pl³/4Ybh³,E = pl ³ / 4Ybh ³ ,

где Е - модуль упругости образца, Н/м²;where E is the modulus of elasticity of the sample, N / m ² ;

p - величина груза, подвешенного в центре образца, H;p is the value of the load suspended in the center of the sample, H;

l - длина образца, м;l is the length of the sample, m;

Y - прогиб образца, м;Y is the deflection of the sample, m;

b - ширина образца, м;b is the width of the sample, m;

h - высота образца, м.h is the height of the sample, m

Технико-экономические преимущества.Technical appraisal and economic benefits.

Преимущества предлагаемой полезной модели по сравнению с прототипом следующие:The advantages of the proposed utility model in comparison with the prototype are as follows:

а) предлагаемое устройство проще в эксплуатации и имеет меньшую погрешность определения модуля упругости за счет исключения влияния температуры на нагружающий стержень.a) the proposed device is easier to use and has a smaller error in determining the modulus of elasticity by eliminating the influence of temperature on the loading rod.

б) исключая контактные явления при повышенных температурах между нагружающим стержнем и исследуемым образцом за счет использования оптических методов определения прогиба образца, повышаем надежность предлагаемого устройстваb) excluding contact phenomena at elevated temperatures between the loading rod and the test sample through the use of optical methods for determining the deflection of the sample, we increase the reliability of the proposed device

Технический результат предлагаемой полезной модели связан с повышением точности определения модуля упругости конструкционных магнитных материалов при повышенных температурах, увеличении надежности и универсальности устройства за счет применения бесконтактных методов измерения и использования универсальных приборов.The technical result of the proposed utility model is associated with increasing the accuracy of determining the modulus of elasticity of structural magnetic materials at elevated temperatures, increasing the reliability and versatility of the device through the use of non-contact measurement methods and the use of universal devices.

Claims

A device for determining the elastic modulus of structural magnetic materials at elevated temperatures, comprising a loading mechanism, a displacement meter equipped with a mechanical dial indicator, a temperature control system equipped with a muffle furnace, a device for measuring and recording temperature, characterized in that the muffle furnace is made in the form of a thermostatically controlled a cylindrical chamber, in the side wall of which a transparent heat-resistant window is made, and in the center of its bottom a heat-resistant m a magnetically conductive window, two prismatic supports with clamps at the free ends are fixed at the bottom for fixing the test sample, in addition, the loading mechanism is made in the form of a magnet located under a heat-resistant magnetically conductive window with the possibility of moving the magnet up and down between the heat-resistant magnetically conductive window and the displacement meter with a dial gauge located under the magnet on the same vertical axis with it and with a heat-resistant magnetically conductive window, in addition, on the same horiz ntalnom level with a transparent heat resistant window and a test sample on the outside of the muffle furnace set further displacement meter comprising a light source and photodetector.