ГОСТ Р 52728-2007 Метод натурной тензотермометрии. Общие требования.

     ГОСТ Р 52728-2007

Группа Т51

 НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 МЕТОД НАТУРНОЙ ТЕНЗОТЕРМОМЕТРИИ

 Общие требования

 Method of strain-and-temperature measurements in situ.

General requirements

ОКС 77.040

Дата введения 2007-10-01

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании", а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения"

Сведения о стандарте

1. РАЗРАБОТАН Институтом машиноведения Академии наук Российской Федерации (ИМАШ РАН) и Федеральным государственным унитарным предприятием "Опытное конструкторское бюро машиностроения им. И.И.Африкантова" (ОКБМ)

2. ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 132 "Техническая диагностика"

3. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 14 июня 2007 г. N 135-ст

4. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

 Введение

В настоящее время методы тензометрии широко используются для определения локальных деформаций и напряженного состояния материала технических объектов различного назначения. Существует значительное число ответственных потенциально опасных технических объектов, температура поверхности которых во время эксплуатации достигает сотен градусов. Для определения напряженно-деформированного состояния материала объектов в этих случаях традиционные приемы тензометрии оказываются непригодны, а приемлемой альтернативой им может быть метод тензотермометрии.

Настоящий стандарт служит методической основой широкого применения метода тензотермометрии при решении широкого класса инженерных задач, требующих оперативной оценки напряженно-деформированного состояния материала в составе ответственных технических объектов, эксплуатирующихся при различных температурных условиях.

      1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает основные положения метода тензотермометрических исследований напряженно-деформированного состояния элементов машиностроительного оборудования в натурных условиях, при пусконаладочных работах и в процессе эксплуатации.

Настоящий стандарт распространяется на сосуды и трубопроводы, работающие под давлением, а также на теплоэнергетическое оборудование ТЭС, эксплуатируемое при температуре не выше 450 °С.

Настоящий стандарт допускается применять при исследованиях напряженно-деформированного состояния других видов конструкций, работающих в аналогичных условиях.

      2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 12.3.002-75 Система стандартов безопасности труда. Процессы производственные. Общие требования безопасности

ГОСТ 20420-75 Тензорезисторы. Термины и определения

ГОСТ 21616-91 Тензорезисторы. Общие технические условия

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

      3 Термины, обозначения и сокращения

В настоящем стандарте применены термины, обозначения и сокращения по ГОСТ 20420, а также следующие обозначения:

- напряжения, МПа;

- модуль упругости, МПа;

- коэффициент Пуассона;

- деформация, мкм/М;

       

- чувствительность тензорезистора;

- выходной сигнал (относительное изменение сопротивления тензорезистора), мкОм/Ом;

- суммарная неинформативная составляющая выходного сигнала тензорезистора, мкОм/Ом;

- цена деления или единицы младшего разряда прибора, мкОм/Ом;

       

- значение функции влияния температуры на чувствительность тензорезистора;

       

- местные деформации, обусловленные ужесточающим влиянием тензорезистора и защитного устройства;

- температурная характеристика тензорезистора, установленного на объекте, мкОм/Ом;

- неинформативная составляющая выходного сигнала тензорезистора, обусловленная ползучестью тензорезистора, мкОм/Ом;

- неинформативная составляющая выходного сигнала тензорезистора, связанная с дрейфом выходного сигнала, мкОм/Ом;

- местные деформации, обусловленные влиянием тензорезистора и его защитного устройства на температурное поле детали;

       

- температурное приращение сопротивления тензорезистора, обусловленное разностью температур детали и тензорезистора (в предположении, что температуры чувствительного элемента и подложки одинаковы);

       

- температурный коэффициент линейного расширения, 1/°С;

- среднеквадратическая погрешность измерений или определения влияющей величины.

      4 Общие положения

4.1 Измерение деформаций выполняют методом тензометрии с применением тензорезисторов, принцип действия которых основан на тензорезистивном эффекте, т.е. изменении электрического сопротивления проводника при его деформировании.

4.2 Измерение деформаций является косвенным измерением. При воздействии на тензорезистор температуры и других влияющих факторов измеренную деформацию вычисляют по формуле

.                                                            (1)

4.3 Выходной сигнал тензорезистора для измерительного прибора с пропорциональной функцией преобразования вычисляют по формуле

,                                                         (2)

где

- сопротивление соединительных проводов (с учетом приращения от температуры);

       

- начальное сопротивление тензорезистора;

       

- разность отсчетов измерительного полумоста прибора, вызванная изменением сопротивления тензорезистора.

4.4 Структура и значение неинформативной составляющей выходного сигнала тензорезистора определяются условиями измерений (воздействием влияющих факторов) и принятой схемой измерений (способом термокомпенсации) и т.п.

4.5 При измерениях статических деформаций (стационарном режиме) параметр

может быть представлен выражением:

,                                                           (3)

где

- температурная характеристика установленного на объект тензорезистора;

       

и

- неинформативные составляющие выходного сигнала тензорезистора, связанные с ползучестью тензорезистора и дрейфом выходного сигнала.

4.6 Температурную характеристику установленного тензорезистора

рассчитывают экспериментально как разность индивидуальной характеристики неприваренного тензорезистора и средней разностной характеристики, которая определяется как разность средних значений температурных характеристик выборок (из партии) неприваренных и приваренных тензорезисторов. При натурном эксперименте

можно найти по данным тензорезисторов-свидетелей той же партии, что и рабочие тензорезисторы, и установленных на исследуемом объекте рядом с рабочими тензорезисторами на образцах из материала той же марки (плавки), что и натурный объект. Выборка тензорезисторов-свидетелей должна быть достаточной для надежной оценки

. Схема установки тензорезисторов-свидетелей приведена на рисунке 1.

1 - компенсационный терморезистор; 2 - рабочий тензорезистор;

 3 - скоба; 4 - деталь; 5 - компенсационная пластина; 6 - "салазки"

Рисунок 1 - Схема установки тензорезисторов-свидетелей

4.7 Неинформативную составляющую

, связанную с ползучестью тензорезистора, получают экспериментально по данным натурной тензотермометрии с воспроизведением реальной нагруженности исследуемого объекта. При натурной тензотермометрии

(в сумме с дрейфом начального сопротивления тензорезистора) проявляется как уход нулей, который может быть оценен сравнительным анализом показаний рабочих тензорезисторов при двух идентичных тепловых и напряженно-деформированных состояниях натурного объекта.

4.8 Неинформативную составляющую

, связанную с дрейфом выходного сигнала тензорезистора, следует определять с учетом реальной кинетики теплового состояния натурного объекта по данным тензорезисторов-свидетелей, устанавливаемых на исследуемом объекте или на стенде с воспроизведением температурных режимов натурного объекта.

4.9 При измерениях деформаций в условиях нестационарной работы натурного объекта суммарная неинформативная составляющая

получает приращение

и вычисляется по формуле

,                                                  (4)

где

- температурное приращение сопротивления тензорезистора, обусловленное разностью температур детали и тензорезистора (в предположении, что температуры чувствительного элемента и подложки тензорезистора равны).

4.10 Приращение

связано с непосредственным воздействием нестационарного теплового потока рабочей среды на тензорезистор и определяется экспериментально методом моделирования (стендовые испытания) или оценивается по данным натурной тензотермометрии с применением приближенной зависимости

,                                            (5)

где

- температурный коэффициент линейного расширения подложки тензорезистора в интервале температур

;

       

и

- температуры детали и тензорезистора (температуры чувствительного элемента и подложки тензорезистора предполагаются равными).

4.11 При применении способа компенсации температурного приращения сопротивления с установкой компенсационного тензорезистора на исследуемом объекте рядом с рабочим (схемная компенсация) неинформативную составляющую вычисляют по формуле

,                                              (6)

где

- поправка на разность значений температурных характеристик установленных рабочего и компенсационного тензорезисторов;

- поправка, учитывающая разность температурных приращений сопротивлений рабочего и компенсационного тензорезисторов, обусловленных влиянием нестационарных тепловых полей (см. 4.10);

- составляющая, обусловленная ползучестью рабочего и компенсационного тензорезисторов;

- поправка, обусловленная дрейфом выходных сигналов рабочего и компенсационного тензорезисторов.

Если компенсационный тензорезистор находится в свободном состоянии, в формулу (6) вместо

следует подставлять

, т.е. неинформативную составляющую, связанную с ползучестью рабочего тензорезистора.

Формула (1) в случае применения схемной компенсации принимает вид:

.                                                              (7)

4.12 Точность метода измерений обеспечивается за счет следующих факторов:

- применения схемной компенсации;

- подбора в пары тензорезисторов, соединяемых в полумост, по номинальным сопротивлениям, температурным характеристикам и дрейфу;

- применения тензорезисторов-свидетелей;

- синхронизации записей деформаций и температур (т.е. использование единой системы отсчета времени);

- дублирования измерительных точек;

- повторения идентичных режимов испытаний.

4.13 Точность метода определяется индивидуально для каждого натурного эксперимента с учетом реальных условий его проведения.

4.14 Окончательную оценку погрешности измерений следует проводить по данным тензорезисторов-свидетелей, учитывающих реальные нагруженность и кинетику теплового состояния натурного объекта.

Измеряемую деформацию при этом вычисляют по формуле

                                                         (8)

или

,                                                         (9)

где

- среднее значение показаний тензорезисторов-свидетелей, установленных по схеме, приведенной на рисунке 1.

Среднеквадратическую погрешность измерений вычисляют по формуле

,                 (10)

где

и

- среднеквадратические погрешности определения чувствительности и функции влияния температуры на чувствительность тензорезистора;

       

- приборная погрешность;

       

и

- среднеквадратические погрешности определения неинформативной составляющей по показаниям тензорезисторов-свидетелей и ползучести.

Допускается в формулах (9) и (10) не учитывать

и

, полагая составляющую погрешности, связанную с ползучестью, случайной. При этом необходимо обосновать принятое значение составляющей погрешности, связанной с ползучестью

.

4.15 Исследуемая деформация

, как правило, отличается от измеренной деформации

на значение местных деформаций

:

,                                                             (11)

где

определяют в соответствии с 4.1, 4.7, 4.8.

4.16 Местные деформации

обусловлены ужесточающим влиянием тензорезистора и его защитного устройства на деталь (

), а также влиянием тензорезистора и его защитного устройства на температурное поле детали (

):

.                                                          (12)

4.17

зависит от соотношения жесткостей тензорезистора (с защитным устройством) и исследуемой детали и определяется в каждом конкретном случае путем моделирования (поляризационно-оптический метод, тензометрическая модель).

4.18 Местные деформации

зависят от конкретных условий измерений, конструкции защитного устройства и могут быть определены методом моделирования (стендовые испытания моделей) или расчетно-экспериментальным путем с использованием данных по температурным полям натурного объекта в зоне установки тензорезистора.

Приближенная оценка местных деформаций

может быть произведена по формуле

,                                                             (13)

где

- разность температур детали на базе тензорезистора (защитного устройства) и вне зоны его действия;

- температурный коэффициент линейного расширения детали;

       

- эмпирический коэффициент.

      5 Требования к квалификации операторов и безопасности работ

5.1 К выполнению монтажа тензорезисторов и термопар могут быть допущены лица, имеющие профессию слесаря и сварщика (аргонодуговая и контактная сварка), с практическим опытом работы, обученные и прошедшие специальную аттестацию.