В настоящее время значительное внимание уделяют исследованию взаимосвязи механических и электрофизических свойств конструкционных сталей, подвергнутых значительным, вплоть до разрывных, деформациям. При этом в исследуемых материалах происходит накопление дефектов, которые оказывают существенное влияние на их электрофизические свойства. Эти исследования представляют существенный интерес для специалистов неразрушающего контроля при установлении корреляции между прочностными характеристиками металлов и их электрофизическими свойствами.
Для проведения комплексных исследований механических и электрофизических свойств металлических образцов была разработана экспериментальная измерительная установка. Автоматизация средств и процессов исследования механических и электрофизических свойств материалов является неизбежной из-за большой трудоемкости, малой оперативности и низкой производительности процессов измерений и обработки экспериментальных данных. При ручном управлении процессом испытания материалов достоверность получаемых результатов в значительной мере определяется квалификацией экспериментатора и приспособленностью аппаратуры к калибровке, поверке и перестройке. В большинстве случаев ручные способы требуют чрезмерных затрат времени для получения необходимого объема информации о свойствах испытуемых материалов.
Наиболее перспективны АИК (автоматизированный исследовательский комплекс), содержащие в своем составе персональный компьютер (ПК), и представляющие собой универсальные измерительные комплексы с программированным управлением процессами испытания, измерения и обработки информации, представлением результатов в заданном виде (таблицы, графики и пр.) и хранением информации [1]. Особенностью АИК является также автоматическая калибровка по внутренним калибраторам (образцовой мере) перед каждым циклом измерения, что позволяет снизить влияние изменяющихся во времени составляющих погрешности измерения, а также исключить погрешности, вносимые оператором при ручном способе управления.
На рисунке 1 изображена структурная схема компьютеризованного исследовательского комплекса на базе серийно выпускаемых машин для испытания на растяжение, сжатие, кручение и усталость.
Для измерения и преобразования усилия в электрический сигнал используются тензометрические динамометры и трансформаторные индукционные датчики углового перемещения 5, которые являются электромеханическим устройством, вырабатывающим постоянное электрическое напряжение, пропорциональное углу поворота стрелки динамометра. Электрическое напряжение с выхода датчика через нормирующий преобразователь 8 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7 поступает в ПК 9.
Персональный компьютер ПК, имеет встроенную плату сопряжения ТР801 фирмы Tie-Pie, которая содержит цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) и АЦП, анализатор спектра, позволяет записывать переходные процессы. Плата сопряжения имеет полосу пропускания по двум каналам 50 МГц, по одному каналу - 100 МГц, амплитуда сигнала от 100 мВ до 80 В, погрешность измерения 1 %, имеет встроенную систему метрологического обеспечения и обработки результатов измерений.
Рисунок 1. - Автоматизированная установка для исследования электрофизических и механических свойств металлов:
1 - испытательная машина; 2 - испытуемый образец с проходным вихретоковым преобразователем; 3 - динамометр; 4 - индукционный датчик линейного перемещения; 5 - индукционный датчик углового перемещения; 6,8 - нормирующие преобразователи; 7 - АЦП; 9 - ПК; 10 - осциллограф; 11 - блок коммутации; 12 - блок измерительных приборов (М - мультиметр; Ф - фазометр; Ч - частотомер; Г - генератор); 13 - принтер
Плата ТР801 осуществляет связь электромагнитных преобразователей с персональным компьютером. Измерение электрофизических свойств металла образца производится проходными или накладными вихретоковыми преобразователями (ВТП). Для формирования сигнала, поступающего на обмотку возбуждения ВТП, и обработки сигнала, поступающего с измерительной обмотки ВТП, используется программный комплекс SpectraLab фирмы Sound Technology Ins. Программное обеспечение SpectraLab позволяет осуществить генерирование сигнала любой формы в диапазоне 0 ÷ 40 кГц, амплитудой 0 ÷ 2В. Осциллограф Epson - 320 позволяет визуально наблюдать и измерять амплитуду и фазу сигналов по двум каналам. Измерение электропроводности осуществлялось также с помощью цифрового электронного моста МЭН-2, имеющего диапазон измерения от 10-6 до 190 Ом с погрешностью (0,5 +0,25(Rk/Rx - 1)) %, где Rk - верхний предел измерения. Блок коммутации позволяет подключать сигнал ВТП к входу образцовых измерительных приборов, т.е. имеется возможность оценить погрешность измерительного комплекса.
Список литературы
- Коробов А.И., Бражкин Ю.А., Экономов А.Н. Автоматизированная установка для измерения упругих свойств металлических проволок в области упругих и пластических деформаций // Измерительная техника. - 2000. № 9. - С. 48-50.