Устройство для измерения вязкоупругих свойств твердых тел

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОУПРУГИХ СВОЙСТВ ТВЕРДЫХ ТЕЛ, содержащее низкочастотный генератор, усилитель мощности, измерительную .ячейку, представляющую собой диск с двумя возбуждающими и двумя регистриругацими электродами и систему ре- . гистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений и обеспечения возможности исследования анизотропных образцов, исследуемый образец расположен на четьфех диэлектрических опорах в виде конусообразных выступов, находящихся в узлах стоячих волн, а возбуждающие и регистрирующие электроел ды расположены попарно в двух взаимно перпендикулярных направлениях. со со сриеЛ

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ЗдР G О1 N 11/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ (21) 3562097/18-25 (22) 10 ° 03.83 (46) 15.06.84. Вюл.922 (72) В.С. Постников, В.И.Лаврентьев и В.И. Ковалевский ,(71) Воронежский технологический институт (53) 532.137(088.8) (56) 1. Перепечко И.И. Акустические методы исследования полимеров. М., "Химия", 1973, с.63-70.

2. Абаев .М.И., Корнфельд М.И.

Измерение внутреннего трения твердых тел. -"Приборы и техника эксперимента", 1964, 82, с. 150-152 (прототип). е..SU „„1097.917 A (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ВЯЗКОУПРУГИХ СВОЙСТВ ТВЕРДЫХ ТЕЛ, содержащее низкочастотный генератор, усилитель мощности, измерительную .ячейку, представляющую собой диск с двумя возбуждающими и двумя регистрирующими электродами и систему регистрации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повыщения точности измерений и обеспечения возможности исследования аниэотропных образцов, исследуемый образец расположен на четырех диэлектрических опорах в виде конусообразных выступов, находящихся в узлах стоячих волн, а возбуждающие и регистрирующие электро-ды расположены попарно в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

1097917

Изобретение относится к устройствам для измерения вязкоупругих свойств твердых тел, а именно внутреннего трения и модуля Юнга, и может быть применено в радиотехнической, полу- 5 проводниковой, авиационной, машиностроительной и других отраслях промышленности для лабораторных исследований и заводских испытаний металполупроводниковых ционных и других материалов.

Известно устройство для измерения . вязкоупругих свойств полимерных материалов, принцип действия которого основан на электростатическом возбуждении изгибных колебаний в консольно закрепленном образце и последующем их измерении, содержащее исследуемый образец, возбуждающий и приемный преобразователи, низко-и высокочастотные генераторы, детектор или девиометр, амплитудный дискриминатор, счетчик 1 3.

Недостаток указанного устройства связан со значительным уровнем потерь энергии в зажиме образца.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения физико-механичес30 ких характеристик, содержащее низкочастотный генератор, усилитель мощности, измерительную ячейку, представляющую собой диск с двумя возбуждающими и двумя регистрирующими электродами и систему регистрации. Электроды расположены на диске в одном направлении, причем два средних используются для возбуждения изгибных колебаний в исследуемом образце, а два

40 крайних — для измерения амплитуды .этих колебаний. Исследуемый образец свободно покоится на двух стеклянных нитях толщиной 0,07 мм укрепленных с помощью отжига специальной пасты на стеклянном диске между возбуждающими

45 и регистрирующими электродами. Расстояние между нитями выбирается таким образом, чтобы они располагались в узлах стоячих волн, возбуждаемых и регистрируемых по изменению емкости между образцом и соответствующими электродами.

Устройство работает следующим образом.

Переменное напряжение с низкочастотного генератора усиливается и подается на возбуждающие электроды измерительной ячейки. Изменением частоты возбуждающего напряжения производится настройка колебаний образца в резонанс, Измерительные электроды и образец представляют собой емкость, включенную в колебательный контур высокочастотного генератора. В этом случае сигнал высокочастотного генератора модулируется собственной частотой механических колебаний образца. Затем этот сигнал детектируется, усиливается, наблюдается и фотографируется на экране осциллографа, а затем обрабатывается и математически обсч. тывается 2 J.

Недостатки данного устройства заключаются в неудобстве при исследовании ориентационной зависимости внутреннего трения и модуля Юнга, связанном с возможностью измерения необходимых величин только в одном кристаллографическом направлении, низкой точности измерений при исследовании высокодобротных, например, полупроводниковых материалов, обусловленной потерями упругой энергии в местах касания исследуемого образца со стеклянными нитями. Кроме того, как в процессе отжига пасты, так и при измерении температурных зависимостей происходит изгиб нитей из-за теплового расширения, что приводит к увеличению ошибки измерений.

Цель изобретения — повышение точности измерений и обеспечение возможности исследования анизотропных образцов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения вязкоупругих свойств твердых тел, содержащем низкочастотный генератор, усилитель мощности, измерительную ячейку, представляющую собой диск с двумя возбуждающими и двумя регистрирующими электродами и систему регистрации, исследуемый образец расположен на четырех диэлектрических опорах в виде конусообразных выступов, находящихся в узлах стоячих волн, а возбуждающие и регистрирующие электроды расположены попарно в двух взаимно перпендикулярных нао правлениях.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 — устройство измерительной ячейки.

Устройство (фиг.1) включает низкочастотный генератор 1, усилитель мощности 2, измерительную ячейку 3, .Ф

3 1097 ключ 4, фазовый детектор 5, селективный 6 и широкополосный 7 усилите ли, дискриминатор 8, счетчик 9.

Измерительная ячейка 3 (фиг.2) представляет собой кварцевый диск

10, на который напылены два возбуждающих 11, 12 и два регистрирующих

13, 14 электрода, с четырьмя диэлектрическими опорами 15 в виде конусообразных выступов высотой 0,07 мм, 1п на которых располагается исследуемый образец 16. Опоры 15 изготовлены из

° кварца того же состава и одной плавки, т.е. имеют одинаковый коэффициент линейного расширения, что и дчск 10, и вварены в него. Расстояние между опорами 15 выбрано таким, чтобы в точках их касания с образцом 16 находились узлы стоячих волн, возбуждаемых и регистрируемых с помощью электродов 11-14. Такое положение образца 16 контролируется по специальным рискам 17. Схема включения положение ключа 4 (1 и П) (фиг.1), предусматривает попарное (11,13 и 12,14) использование возбуждающих 11,t2 и регистрирующих 13, 14 электродов в двух взаимно перпендикулярных направлениях, что позволяет измерять внутреннее трение и модуль Юнга на одном образце в двух кристаллографических направлениях.

Устройство работает следующим образом.

Исследуемый образец 16 располагается на опорах 15 и центрируется по рискам t7. Ключ 4 устанавливается в положение 1.

Изгибные колебания возбуждаются от низкочастотного генератора 1 че- 40 рез усилитель мощности 2 с помощью возбуждающего электрода 11. Вариацией частоты генератора 1 производит° ф ся настройка в резонанс по максимуму амплитуды колебаний образца 16, после4 чего возбуждающая система отключает917 4 ся (система отключения не показана).

Затухающие собственные колебания об» разца 16 изменяют емкость системы

"образец — измерительный электрод 13", которая включена в колебательный контур высокочастотного генератора т.е. происходит модуляция высокочастотного сигнала низкочастотным. Этот сигнал поступает на вход детектора 5, где выделяется его низкочастотная составляющая, которая затем усиливается с помощью селективного 6 и широкополосного 7 усилителей и подается на ре-! гистрирующее устройство, состоящее из амплитудного дискриминатора 8 и счетчика 9.

Затем ключ 4 переводится в положе)ние П. В этом случае изгнбные колебания в образце 16 возбуждаются от генератора 1 через усилитель 2 с помощью возбуждающего электрода 12, а регистрируются электродом 14. Обработка этого сигнала производится по описанному способу с гомощью детектора 5, селективного 6 и широкополосного

7 усилителей, амплитудного дискриминатора 8, счетчика 9.

Таким образом, при попарном включении возбуждающего и регистрирующего электродов появляется возможность на одном и ТоМ же образце измерять вязкоупругие свойства твердых тел в двух взаимно перпендикулярных крис" таллографических направлениях. Использование диэлектрических опор позволяет заменить линейный контакт на точечный, что повышает точность измерений. Так, для прототипа фон уст-6 ройства составляет порядка 5 10 для предлагаемого устройства — 5 .10, а

:погрешность измерения внутреннего трения в интервале температур 150 800 К составляет 2-5Х против 10-.15Х у прототипа. При этом отпадает необходимость в очень сложной технологической операции подклейки нитей.

1097917

14 фЬа.Х

Составитель В. Крутин

Редактор М. Келемеш Техрйд И.Асталош Корректор В. Синицкая

Заказ 4199/36 Тиржк 823 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ушгород, ул. Проектная, 4