МЭИ(ТУ)

Кафедра ЭИ

Лабораторная работа №1

Получение калибровочных зависимостей при измерении глубины

трещины электропотенциальным методом

Выполнили студенты

группы А-15-0

.

.

200 г.

Схема контроля электропотенциальным методом:

Из-за симметричности образца достаточно провести расчет только для четверти его центрального сечения:

Модель этой задачи взята из файла drp.dat. Изображение модели выглядит следующим образом:

Искомые значения потенциалов определяются в элементах, прилегающих к верхней или нижней границе области исследования. В качестве граничных условий задаются:

а) для источника напряжения (используется скалярный потенциал):

- высокий (100 В) потенциал в узлах из элемента сети, прилегающего к левой границе области,

- низкий (0 В) потенциал – в узлах вертикальной линии под трещиной (с учетом симметрии образца);

б) для источника тока (используется векторный потенциал):

• 1 А/м вдоль верхней части границы модели,

• 0 А/м вдоль нижней части границы модели,

(верхняя и нижняя части разделяются положением электродов источника и вертикальной линией под трещиной).

С помощью модели можно измерять потенциал в точках расположения измерительных электродов, менять положение контакта электрода источника и глубину трещины.

Программа численных исследований:

1. Для фиксированного положения электродов снять зависимость напряжения от глубины трещины.

2. Для фиксированного положения электрода и глубины трещины (50% от максимально возможной) снять зависимость показаний вольтметра от координаты точки измерения потенциала на верхней границе области. Повторить при отсутствии трещины.

3. Повторить 2 на нижней границе области.

4. Повторить пункты 1-3 для различных положений электрода источника.

Картина эквипотенциалей для половины трещины при первоначальном положении электродов

Картина распределения плотности тока для половины трещины при первоначальном положении электродов

Источник напряжения

Рассмотрим сначала влияние положения электродов источника на калибровочную характеристику:

Рассмотрим следующие положения Снимаем значение напряжения

электродов источника: в следующем положении:

Зависимость напряжения от глубины трещины

Видно, что максимальная чувствительность (0,6662 В/%) – в положении IV, но характеристика при этом нелинейна с максимальным коэффициентом нелинейности (0,0058 В/%^2). Но поскольку нас интересует больше именно чувствительность (т.к. нелинейность градуировочной характеристики можно учесть в приборе) далее в работе нелинейность не рассматривается.

2. Зависимость показаний вольтметра от координаты точки измерения потенциала на верхней границе области:

а) половина трещины б) нет трещины

I

II

III

IV

V

VI

VII

3. Зависимость показаний вольтметра от координаты точки измерения потенциала на нижней границе области:

а) половина трещины б) нет трещины

I

II

III

IV

V

VI

VII

Рассмотрим теперь влияние положения измерительных электродов на калибровочную характеристику:

Точки измерения:

Из представленных данных видно, что максимальная чувствительность (0,509 В/%) – при V положении источника, причем при точке измерения «117,5».

Зависимость напряжения от положения точки измерения при различных глубинах трещины

Зависимость напряжения от глубины трещины при различных точках измерения

Глубина трещины, %

Точки

измерения

Зависимость напряжения от положения точки измерения при различных глубинах трещины

Зависимость напряжения от глубины трещины при различных точках измерения

Глубина трещины, %

Точки

измерения

Зависимость напряжения от положения точки измерения при различных глубинах трещины

Зависимость напряжения от глубины трещины при различных точках измерения

Глубина трещины, %

Точки

измерения

Зависимость напряжения от положения точки измерения при различных глубинах трещины

Зависимость напряжения от глубины трещины при различных точках измерения

Глубина трещины, %

Точки

измерения

Зависимость напряжения от положения точки измерения при различных глубинах трещины

Зависимость напряжения от глубины трещины при различных точках измерения

Глубина трещины, %

Точки

измерения

И

I положение источника

V положение источника

сточник тока

С

II положение источника

оответствующие графики:

Ч

I положение

источника

V положение

источника

II положение

источника

увствительность максимальна (0,37 нВ/%) при II положении электродов источника и 1 точке измерения.

Выводы

Следует использовать источник напряжения, если его внутреннее сопротивление много меньше, чем у ОК. В нашем случае сопротивление ОК (проводника) крайне мало, поэтому использование источника напряжения в данном случае неприемлемо (хотя соответствующие теоретические расчеты с использованием численных методов, естественно, остаются возможными).

Если сопротивление ОК мало, то рекомендуется использовать источник тока. Но, когда сопротивление ОК крайне мало, как в нашем случае, то требуется очень большой ток (а большие значения тока в т.ч. ужесточают требования электробезопасности), чтобы получить на этом малом сопротивлении напряжение, достаточно большое, чтобы его можно было измерять.

Поэтому при данных условиях этот метод остается «теоретическим» и на практике применяется крайне редко.