DD253685A1

DD253685A1 - MEASURING HEAD TO DETERMINE MECHANICAL VOLTAGES

Info

Publication number: DD253685A1
Application number: DD29634386A
Authority: DD
Inventors: Tomasz Piech; Horst-Dieter Tietz
Original assignee: Zwickau Ing Hochschule
Priority date: 1986-11-17
Filing date: 1986-11-17
Publication date: 1988-01-27

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Nachweis und/oder zur Ermittlung der absoluten Groesse der mechanischen Spannungen in ferromagnetischen Werkstoffen. Der Messkopf ist zur Dehnungsmessung mittels Barkhausen-Rauschen geeignet. Die Erfindung kann im Maschinenbau zum Messen von belasteten Maschinenteilen und Konstruktionen, belasteten Seilen und Draehten, bei Zug- und Druckverformung waehrend der Umformung sowie zur Ermittlung von Eigenspannungen angewendet werden. Aufgabe der Erfindung ist es, einen von der Ankopplung weitestgehend unabhaengig arbeitenden Messkopf zur Ermittlung von mechanischen Spannungen zu schaffen. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass eine Messspule und ein ferromagnetischer Spannungsumsetzer in einem nichtferromagnetischem Gehaeuse angeordnet sind, wobei die Messspule um einen ferromagnetischen Schalenkern gewickelt ist und sich im Inneren eines magnetischen Schirmes zwischen den Polen eines Magnetisierungsjoches und den Enden des magnetischen Spannungsumsetzers befindet. Fig. 1The invention relates to a device for detecting and / or determining the absolute magnitude of the mechanical stresses in ferromagnetic materials. The measuring head is suitable for strain measurement using Barkhausen noise. The invention can be used in mechanical engineering for measuring loaded machine parts and structures, loaded ropes and wires, during tensile and compressive deformation during forming as well as for the determination of residual stresses. The object of the invention is to provide a largely independently of the coupling working measuring head for the determination of mechanical stresses. According to the invention, the object is achieved by arranging a measuring coil and a ferromagnetic voltage converter in a non-ferromagnetic housing, wherein the measuring coil is wound around a ferromagnetic shell core and is located inside a magnetic shield between the poles of a magnetization yoke and the ends of the magnetic voltage converter. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Field of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Nachweis und/oder zur Ermittlung der Größe der mechanischen Spannungen in ferromagnetischen Werkstoffen. Des weiteren ist der Meßkopf zur Dehnungsmessung mittels Barkhausen-Rauschen geeignet. Die Erfindung kann im Maschinenbau zum Messen von belasteten Maschinenteilen und Konstruktionen, betasteten Seilen und Drähten, beim Ziehen von Stäben und Drähten, bei Zug- und Druckverformung während der Umformung sowie zur Ermittlung von Eigenspannungen angewendet werden.The invention relates to a device for detecting and / or determining the magnitude of the mechanical stresses in ferromagnetic materials. Furthermore, the measuring head is suitable for strain measurement by means of Barkhausen noise. The invention can be used in mechanical engineering for measuring loaded machine parts and constructions, felted cables and wires, when pulling rods and wires, during tensile and compressive deformation during forming and for determining residual stresses.

Characteristic of the known technical solutions

Nach der DD-PS 147581 ist ein Prüfkopf zum Messen mechanischer Spannungen in ferromagnetischen Werkstoffen bekannt.According to DD-PS 147581 a probe for measuring mechanical stresses in ferromagnetic materials is known.

Zur Aufnahme des Barkhausen-Rauschens werden bei dieser Lösung ein — oder mehrere Magnetisierungs- und Empfängerspulen gemeinsam im Prüfkopf zur Analyse von zweiachsigen Spannungszuständen verwendet.To accommodate the Barkhausen noise, this solution uses one or more magnetization and receiver coils together in the test head to analyze biaxial stress conditions.

Als Nachteil hat sich bei dieser Einrichtung die Aufnahme der Relativwerte erwiesen, so daß immer ein Bezug zum entlastetenAs a disadvantage, the inclusion of relative values has been found in this device, so that always relieved a reference to

Zustand erforderlich ist. /Condition is required. /

Bei der Anwendung der bekannten Dehnmeßstreifen hängt der elektrische Widerstand des Draht- oder Foliengitters von' derIn the application of the known strain gauges depends the electrical resistance of the wire or foil grid of 'the

Dehnung ab. "Stretching off. "

Nachteilig ist dabei, daß die Meßwerte von einer Reihe von oft beträchtlichen Fehlereinflüssen abhängen.The disadvantage here is that the measured values depend on a series of often considerable error influences.

Eine weitere Möglichkeit der Ermittlung von mechanischen Spannungen ist mit Hilfe der Spannungsoptik möglich, welche sich aber auf durchsichtige Werkstoffe beschränkt. Diese durchsichtigen Werkstoffe, aufgeklebt in dünnen Schichten auf Konstruktionsteile, haben eine sehr geringe Meßempfindlichkeit.Another possibility of determining mechanical stresses is possible with the aid of the voltage optics, which is limited to transparent materials. These transparent materials, glued in thin layers on construction parts, have a very low sensitivity.

Bei der Anwendung des Ultraschalls hängt die Meßunsicherheit von der Güte der Ankopplung des Prüf kopfes und der Wanddicke ab, so daß auch bei diesem Verfahren in der Praxis als Nachteil eine große Meßunsicherheit auffällt.In the application of ultrasound, the measurement uncertainty depends on the quality of the coupling of the test head and the wall thickness, so that even in this method in practice as a drawback a large uncertainty striking.

Alle diese genannten bekannten Verfahren ermitteln immer nur den Relativwert der mechanischen Spannung im Vergleich zum unbelasteten Zustand.All these known methods always determine only the relative value of the mechanical stress in comparison to the unloaded state.

Bei der bisherigen Auswertung des Barkhausen-Rauschens zur Messung von Spannungen wird die elektrische Spannung gemessen, die in einer Meßspule induziert wird. Der Meßort des Prüflings wird durch ein magnetisches Wechselfeld periodisch ummagnetisiert. Dabei wird das Magnetfeld durch eine Durchlaufspule oder ein Magnetjoch (Tastspule) erzeugt. Bei dieser Methode wirken viele Störeinflüsse, z. B. durch den Luftspalt zwischen Joch und Probe, der durch die Rauigkeit hervorgerufen wird, durch die Abmessungen des Prüflings und durch die Permeabilität der Probe, die von wesentlichen Einfluß auf die Meßunsicherheit sind.In the previous evaluation of Barkhausen noise for measuring voltages, the electrical voltage is measured, which is induced in a measuring coil. The measuring location of the test object is periodically re-magnetized by an alternating magnetic field. The magnetic field is generated by a continuous coil or a magnetic yoke (Tastspule). With this method many disturbing influences, z. B. by the air gap between the yoke and sample, which is caused by the roughness, by the dimensions of the specimen and by the permeability of the sample, which are of substantial influence on the measurement uncertainty.

Des weiteren sind auch bei diesen Meßköpfen bisher nur Relativwerte gemessen worden.Furthermore, so far only relative values have been measured even with these measuring heads.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines Meßkopfes, der o.g. Fehlereinflüsse nicht aufweist und Absolutwerte der Spannungen, d.h. die Spannungen ohne die Notwendigkeit des Entlastens, mißt.The aim of the invention is the development of a measuring head, the o.g. Does not have error effects and absolute values of the voltages, i. the tensions without the need of relieving measures.

Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, einen von der Ankopplung unabhängig arbeitenden Meßkopf zu schaffen, der Absolutwerte der mechanischen Spannung in ferromagnetischen Werkstoffen ermittelt.The object of the invention is to provide a measuring head which operates independently of the coupling and determines the absolute values of the mechanical stress in ferromagnetic materials.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Meßspule und ein magnetischer Spannungsumsetzer in einem nichtferromagnetischem Gehäuse angeordnet sind, wobei die Meßspule um einen ferromagnetischen Schalenkern gewickelt ist und sich im Inneren eines magnetischen Schirmes zwischen den Polen des Magnetisierungsjoches und den Enden des magnetischen Spannungsumsetzers, einer Rogowski-Spule, befindet der die Spannung zwischen den Enden der Rogowski-Spule konstant hält.According to the invention the object is achieved in that a measuring coil and a magnetic voltage converter are arranged in a non-ferromagnetic housing, wherein the measuring coil is wound around a ferromagnetic shell core and inside a magnetic shield between the poles of the magnetization yoke and the ends of the magnetic voltage converter, a Rogowski coil, which keeps the voltage between the ends of the Rogowski coil constant.

Des weiteren ist der Meßkopf dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche der beiden Pole des Magnetisierungsjoches zwei Einsätze aus nichtferromagnetischer Folie mit großer elektrischer Leitfähigkeit befestigt sind, die die im Joch entstehenden Barkhausen-Sprünge abschirmen.Furthermore, the measuring head is characterized in that on the surface of the two poles of the magnetization yoke two inserts of non-ferromagnetic foil are attached with high electrical conductivity, which shield the resulting Barkhausen jumps in the yoke.

Dabei dient das Meßsignal aus dem magnetischen Spannungsumsetzer der Steuerung des Magnetisierungsstromes und der Prüfung der optimalen Arbeitsparameter des Meßkopfes.The measuring signal from the magnetic voltage converter is used to control the magnetizing current and to test the optimum operating parameters of the measuring head.

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die dazugehörige Zeichnung zeigt eine Form des erfindungsgemäßen Meßkopfes.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. The accompanying drawing shows a form of the measuring head according to the invention.

Der Meßkopf besteht aus einem nichtferromagnetischem Gehäuse 1, das den elektrostatischen Schirm bildet, in dem das Magnetisierungsjoch 2, welches aus einem Werkstoff mit großer Permeabilität wie z.B. Armco-Eisen besteht und die Magnetisierungsspule 3.The measuring head consists of a non-ferromagnetic housing 1, which forms the electrostatic screen, in which the magnetization yoke 2, which is made of a material with high permeability, e.g. Armco iron and the magnetization coil 3.

Die Meßspule 4, die auf dem ferromagnetischen Schalenkern 5 gewickelt ist, befindet sich innerhalb des Permalloyschirms 6, und einen magnetischen Spannungsumsetzer 7, der in Form einer befilaren Wicklung auf einem nichtleitendem Werkstoff angeordnet ist.The measuring coil 4, which is wound on the ferromagnetic core 5, is located inside the permalloy screen 6, and a magnetic voltage converter 7, which is arranged in the form of a befilaren winding on a non-conductive material.

Auf der Oberfläche der Pole des Magnetisierungsjoches 2 sind aus Aluminium- oder Kupferfolie zwei Einsätze befestigt, die die im Joch 2 entstehenden Barkhausen-Sprünge abschirmen.On the surface of the poles of the Magnetisierungsjoches 2 two inserts are attached made of aluminum or copper foil, which shield the resulting Barkhausen jumps in the yoke 2.

Claims

1. Measuring head for the determination of mechanical stresses in structural parts made of ferromagnetic materials, characterized in that a measuring coil (4) and a magnetic voltage converter (7) in a non-ferromagnetic housing (1) are arranged, wherein the measuring coil (4) to a ferromagnetic shell core (5) and is located inside a magnetic shield (6), between the poles of the magnetization yoke (2) and the ends of the magnetic voltage converter (Rogowski coil) (7), which measures the voltage between the ends of the Rogowski coil (7) keeps constant.

2. Measuring head according to claim 1, characterized in that on the surface of the two poles of the magnetization yoke (2) two inserts (8) made of nonferromagnetic film are attached with high electrical conductivity, which shield the yoke (2) resulting Barkhausen jumps.