Устройство для определения толщины и степени деформации материалов

 

Сущность изобретения: устройство содержит корпус, электромагнитную катушку, шток перемещения, два опорных элемента, демпфирующую пружину, элемент фиксации, ферритовый сердечник, скобу, рычаг, генератор частоты сигнала, управляющий переключатель, преобразователь двухполярного сигнала в однополярный положительный сигнал, схему выделения переднего фронта сигнала, схему выделения заднего фронта сигнала, триггер Шмитта, два усилителя-ограничителя, два логических инвертора, элемент И, электронный ключ, линию задержки, счетчик импульсов, цифровой индикатор, генератор тактовых импульсов, делитель частоты, формирователь одиночного импульса, детектор напряжения, элемент памяти, два переключателя, источник напряжения питания, индикатор напряжения. 3 ил.

Изобретение относится к устройствам для определения толщины и степени деформации материалов и может быть использовано для измерения толщины кожевенных материалов.

Известно устройство для определения толщины и степени деформации материалов, содержащее корпус с опорными элементами для испытуемого образца, на одном из которых установлен демпферный элемент, кинематически связанный с индуктивным преобразователем, подключенным к генератору частоты сигнала, генератор тактовых импульсов, последовательно включенные элемент И и электронный ключ, блок вычисления степени деформации материала и узел индикации.

Недостатком известного устройства являются невысокие функциональные возможности.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей.

На фиг. 1 представлен механизм захвата исследуемого материала; на фиг. 2 - схема обработки измеренной информации; на фиг. 3 - схема организации и контроля напряжения питания, подаваемого к разным узлам и элементам устройства.

Устройство представляет собой корпус 1, в котором выполнено цилиндрическое отверстие 2 с расположенным в нем силовозбудителем. Силовозбудитель выполнен в виде размещенной внутри отверстия 2 измерительной электромагнитной катушки 3 со штоком 4 перемещения, который в нижней своей части заканчивается первым опорным элементом 5. Внутри нижней части штока 4 перемещения расположена демпфирующая пружина 6, которая сверху ограничена элементом 7 фиксации пружины, установленным в пазах штока с возможностью вертикального перемещения. На элементе 7 размещен ферритовый сердечник 8 таким образом, что обеспечивается его перемещение внутри измерительной электромагнитной катушки 3. При этом размер участка сердечника, находящегося внутри катушки, зависит от толщины измеряемого и исследуемого материала.

Собственно процедура измерения исследуемого материала заключается в его размещении на втором опорном элементе 9, расположенном на скобе 10 корпуса 1. При этом с помощью закрепленного на штоке 4 рычага 11 производится опускание на контролируемый материал первого опорного элемента 5. Электрически измерительная электромагнитная катушка 3 с ферритовым сердечником 8 входит в схему генератора 12 частоты (фиг. 2), частота выходного сигнала которого зависит от величины индуктивности. Схема обработки измеренной информации включает в себя управляющий переключатель 13, преобразователь 14 двухполярного сигнала в однополярный положительный сигнал, схемы выделения переднего 15 и заднего 16 фронтов, триггер Шмитта 17, усилители-ограничители 18, 19, логические инверторы 20, 25, логический элемент И 21, электронный ключ 22, линию 23 задержки, счетчик 24 импульсов и цифровой индикатор 26 с установочными входами 27 и 28 соответственно. Схема также содержит генератор 29 тактовых импульсов и делитель 30 частоты.

Схема организации и контроля напряжения питания (фиг. 3) состоит из формирователя 31 одиночного импульса, детектора 32 напряжения и элемента 33 памяти. В устройство также входят переключатели 34, 35, срабатывающие одновременно, источник 36 напряжения питания и индикатор 37 напряжения. На фиг. 3 также показаны контакты 38, 39 и 40 переключателей 34 и 35.

Реализация элементов изобретения не вызывает затруднений, так как генератор 29 тактовых импульсов вместе с делителем 30 частоты может быть реализован на интегральной микросхеме типа КР 1534 ПП2. Элементы 14, 15 и 16 изобретения могут быть реализованы по схемам, приведенным в книге: Щербаков В. И. и Грездов Г. И. Электронные схемы на операционных усилителях. К. : Техника, 1983, с. 117-131. Генератор 12 реализуется по схеме генератора с фазосдвигающим индуктивным элементом, которая приведена, например, в книге: Щербаков В. И. и Грездов Г. И. Электронные схемы на операционных усилителях. К. : Техника, 1983, с. 147-149 или в патенте США N 4568260, кл. H 03 B 5/20, 1986. Детектор 32 напряжения может быть выполнен так, как описано в книге: Щербаков В. И. и Грездов Г. И. Электронные схемы на операционных усилителях. К. : Техника, 1983, с. 169-173. Элемент 33 памяти представляет собой или управляемый конденсатор, или же микросхему типа КП 1643 ВЛР с автономным питанием. Реализация остальных схем устройства не представляет труда, поскольку все они широко распространены в схемотехнике.

Перед работой с данным прибором преподаватель или учащийся одним тумблером включают переключатели 34 и 35. В этом случае напряжение питания попадает на все узлы и элементы устройства, а также на вход формирователя 31 одинокого импульса, с выхода которого сформированный импульсный сигнал поступает на установочные входы 27 и 28 счетчика 24 цифрового индикатора 26 соответственно данные элементы 24 и 26 при этом обнуляются. ; Этот же сигнал элемента 31 поступает на вход детектора 32 напряжения. Поскольку при включении тумблера переключатель 34 находится на контакте 39, то в этом случае выходной сигнал элемента 31 попадает на входы элемента 33 памяти и индикатора 37 напряжения. Убедившись по индикатору 37, что напряжение питания соответствует требуемому, учащийся начинает работать на данном приборе. Следует отметить, что во время дальнейшей работы с прибором в моменты, когда приходится отключать напряжение питания, переключатель 34 находится на контакте 40 и дает возможность индицировать напряжение, которое писано в элементе 33 памяти, при этом источник 36 напряжения питания отключен от общей электрической схемы. Индикация напряжения питания необходима для обеспечения контроля за постоянством условий, обеспечивающих точность процесса измерения толщины материалов.

При проведении лабораторных работ с данным устройством учащийся должен отдавать себе отчет в том, какие задачи он рассматривает в процессе измерения толщины материалов. Если цель лабораторной работы - набрать статистические данные, которые будут использованы для оценки свойств материала, то ему следует подготовить журнал, в который заносятся данные на цифровом индикаторе 26. Мгновенные же данные учащийся может сразу считывать с элемента 26. Далее, получив от преподавателя ряд образцов исследуемых материалов, толщину которых необходимо измерить, учащийся приступает к работе. В это время все узлы и элементы схемы находятся под напряжением питания, однако переключатель 13 отключен.

Далее исследуемый образец помещают на опорный элемент скобы 10 корпуса 1. После этого учащийся с помощью рычага 11 опускает на исследуемый образец опорный элемент 5. В этот момент меняется положение штока 4 относительно корпуса 1, что приводит к вертикальному смещению вниз ферритового сердечника 8. В зависимости от положения ферритового сердечника 8 в измерительной электромагнитной катушке 3 генератор 12 начинает выдавать сигналы определенной частоты. При этом, поскольку переключатель 13 отключен, сигнал дальше по схеме не проходит. При включении переключателя 13 сигналы с выхода генератора 12 поступает на вход преобразователя 14, который двухполярные сигналы преобразует в однополярный положительный сигнал. Полученный на выходе узла 14 сигнал поступает на входы схем 15, 16. При поступлении переднего фронта напряжения однополярного положительного сигнала срабатывает схема 15 выделения переднего фронта, выходной импульс которой поступает на триггер Шмитта 17. Триггер Шмитта 17 выдает потенциальный сигнал, который усиливается усилителем-ограничителем 18 до стандартного уровня и поступает в качестве лог. "1" на один их входов элемента И 21. В это же время на выходе схемы 16 выделения заднего фронта сигнала нет, следовательно, на выходе усилителя-ограничителя 19 также сигнал отсутствует. Вследствие этого на выходе инвертора 20 будет напряжение лог. "1", которое поступает на ключ 22 и разрешает прохождение импульсов напряжения делителя 30 частоты через линию 23 задержки на счетчик 24, показания которого отображаются на цифровом индикаторе 26. В зависимости от целей лабораторной работы отсчеты цифрового индикатора 26 могут быть проградуированы или в единицах толщины, или в единицах деформации материалов. Во всех прочих случаях преподаватель дополнительно сообщает учащемуся цель лабораторной работы и дает надлежащие инструкции. При появлении на выходе преобразователя 14 заднего фронта периодического сигнала срабатывает схема 16 выделения заднего фронта, выходной импульс которой усиливается до стандартной величины и попадает на вход инвертора 20. Выходной сигнал инвертора, в данном случае сигнал лог. "0", поступает на вход элемента И 21 и тем самым приводит к появлению сигнала лог. "0" на его выходе. При этом ключ 22 закрыт, и импульсный сигнал с выхода делителя 30 частоты перестает поступать в счетчик 24. Одновременно с этим сигнал лог. "0" с выхода элемента И 21 поступает на инвертор 25 и в виде сигнала лог. "1" поступает на установочный вход 27 счетчика 24, обнуляя его содержимое. Учащийся, работая с данным прибором, производит постоянное считывание показаний индикатора 26. Далее с учетом статистической оценки полученных данных учащийся определяет толщину исследуемого материала. Более оперативная работа с данным прибором состоит в том, что учащийся ориентируется на мгновенные отсчеты, которые также дают представление о толщине исследуемого материала. (56) Патент США N 4455755, кл. G 01 B 7/02, 1984.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫ И СТЕПЕНИ ДЕФОРМАЦИИ МАТЕРИАЛОВ , содеpжащее коpпус с опоpными элементами для испытуемого обpазца, на одном из котоpых установлен демпфеpный элемент, кинематически связанный с индуктивным пpеобpазователем, подключенным к генеpатоpу частоты сигнала, генеpатоp тактовых импульсов, последовательно включенные элемент И и электpонный ключ, блок вычисления степени дефоpмации матеpиала и узел индикации, отличающееся тем, что оно снабжено последовательно включенными упpавляющим пеpеключателем и пpеобpазователем двухполяpного сигнала в однополяpный положительный сигнал, линией задеpжки, пеpвым логическим инвеpтоpом, делителем частоты, фоpмиpователем одиночного импульса, блок вычисления степени дефоpмации матеpиала имеет последовательно соединенные схему выделения пеpеднего фpонта сигнала, тpиггеp Шмитта, пеpвый усилитель-огpаничитель и последовательно включенные схему выделения заднего фpонта сигнала, втоpой усилитель-огpаничитель, и втоpой логический инвеpтоp, индуктивный пpеобpазователь имеет установленный внутpи каpкаса электpомагнитной катушки шток пеpемещения, внутpи котоpого pазмещен на демпфеpном элементе сеpдечник электpомагнитной катушки, пpи этом выход генеpатоpа частоты сигнала соединен с входом упpавляющего пеpеключателя, а выход пpеобpазователя двухполяpного сигнала в однополяpный положительный сигнал связан с входами схем выделения пеpеднего и заднего фpонтов сигнала, выходы пеpвого усилителя-огpаничителя и втоpого логического инвеpтоpа связаны с входами элемента И, выход генеpатоpа тактовых импульсов соединен чеpез делитель частоты с втоpым входом электpонного ключа, котоpый выходом подключен чеpез линию задеpжки к входу узла индикации, пpичем выход фоpмиpователя одиночного импульса связан с установочным входом узла индикации и чеpез пеpвый логический инвеpтоp дополнительно подключен к пеpвому входу электpонного ключа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3