Автоматизация процесса тарировки тензодатчиков

Внедрение: 2016 г.

В Иркутском национальном исследовательском техническом университете (ИРНИТУ) разработана установка УДИОН-2 для определения технологических остаточных напряжений (ТОН), распределения их по глубине материала и последующего выявления напряженно-деформированного состояния (НДС)  (рисунок 1).

Рисунок 1. Общий вид установки УДИОН-2: 1 – приспособление для закрепления образцов; 2 – кронштейны для приспособлений; 3 – вытяжной шкаф; 4 – ванна с раствором для травления и термостатирующая ванна; 5 – устройство подъема ванн; 6 – Установка измерительная LTR-EU-2-5.

Принцип работы данной установки базируется на основах механического метода определения ТОН при непрерывном удалении слоев с исследуемого образца путем его химического травления в растворе электролита и одновременной записи, происходящих при этом деформаций изгиба и кручения образца. Исследуемые образцы, кронштейны для их крепления, а также тензометрические датчики монтируются на специальном приспособлении (рисунок 2).

Рисунок 2. Приспособление для закрепления образцов.

В процессе химического травления образца происходит высвобождение остаточных напряжений, что приводит к деформации изгиба (кручения) исследуемого образца, и через двуплечий рычаг воздействие передается на тензометрический датчик.

Тензометрические датчики (рисунок 3 слева) являются унифицированными и состоят из гибкой стальной пластины, по обеим сторонам которой приклеиваются тензорезисторы КФ 5 П1-20-400-А-12, один из которых компенсационный. На рисунке 3 справа представлена схема расположения тензорезисторов на стальной пластине, расстояние слева отводится для фиксации пластины между двумя текстолитовыми планками для последующего ее закрепления в приспособлении (рисунок 2). У каждого датчика имеется чувствительная точка, через которую посредством двуплечего рычага датчику передается деформация от образца.

Рисунок 3. Унифицированный тензометрический датчик.

Для ручной тарировки тензодатчиков было разработано приспособление (рисунок 4), состоящее из металлического основания, индикатора часового типа Mitutoyo 2119S-10 2, тарируемого датчика и микровинта.

Рисунок 4. Тарировочное приспособление.

Процесс тарировки тензометрических датчиков трудоемок и занимает достаточно большой объем времени, особенно при условии, что тарирование одного датчика следует повторить около 100 раз для получения статистических данных повторяемости результатов и определения среднеквадратического отклонения и ошибки измерительного канала.

В связи с этим было предложено решение по автоматизации процесса тарировки тензодатчиков. Идея автоматизации состоит в следующем (рисунок 5). Для вращения микровинта посредством ременной передачи с известным передаточным отношением используется шаговый двигатель (ШД) типа SY42STH47-1684B, соединенный через драйвер шагового двигателя A4988 с микроконтроллером (МК) PIC16F684-I. С помощью цифровой измерительной головки (И) происходит измерение угла поворота микровинта. Микроконтроллер с помощью преобразователя COM/USB типа FT232RL соединяется с ПК, на котором инсталлируется специальное ПО управления ШД.

Рисунок 5. Функциональная схема автоматизации процесса тарирования.

Сигнал с тензометрического датчика поступает в аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) крейтовой системы LTR-EU-2-5, управляемой ПО ACTest  (примеч. от L-Card: судя по описанию задачи, в крейте использовался тензометрический модуль АЦП LTR212).

Реализация описанной схемы позволяет значительно сократить затраты времени на процесс тарирования тензометрических датчиков установки УДИОН-2, а также позволяет производить расчет ошибки измерительного канала, что, в свою очередь, повышает точность измерения и определения доверительного интервала значений ТОН.

Источник: 

Тихонов А.Г., Минаев Н.В. Автоматизация процесса тарирования тензометрических датчиков от установки УДИОН-2 // Авиамашиностроение и транспорт Сибири. Сборник статей VII Всероссийской научно-практической конференции. – Иркутск. Изд-во ИРНИТУ. – 2016. – С. 75-79.

Разработчик: Тихонов А.Г., Минаев Н.В. (Иркутский национальный исследовательский технический университет)