Устройство для измерения реологических характеристик материалов

 

О П И С А H И Е (ii) 434808

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Зависимое от авт. свидетельства— (22) Заявлено 12.12.72 (21) 1853302 26-25 с присоединением заявки Ме (32) Приоритет

Опубликовано 25.02.75. Бюллетень Хе 7

Дата опубликования описания 26.06.75 (оl) М. Кл. G 01п 11:16

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК 532.137(088.8) (72) Автор изобр :- синя

Jl. Й. Ульянов

Централь»ое конструкторское бюро уникального приборостроения

AH СССР (71) Зая::птсль (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЁНИЯ РЕОЛО1 ИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к исследованиям материалов, например полимерных систем, в диапазоне низких и инфранизких частот с помощью вынужденных крутильных колебаний.

Известно устройство для измерения реологических характеристик полимерных систем, содержащее приводную катушку, связанную с держателем образца и помещенную в однородное магнитное поле постоянного магнита, нижний держатель образца, закрепленный на взвешенной подвижной каретке с шариковыми направляющими, генератор гармонических колебаний, термокриокамеру с регулятором температуры, датчик угла колебаний приводной катушки, автоматическую систему упправления и дифференциальный разложитель вектора гармонических колебаний в полярных координатах.

Точность измерений обусловлена точностью разложителя вектора гармонических колебаний в полярных координатах, погрешность которого составляет +.0,5 . Это сужает круг исследуемых материалов, не позволяет проводить измерения характеристик материалов с большим соотношением динамических модулей.

Цель изобретения — повышение точности измерений характеристик материалов с большим соотношением динамических модулей.

Цель достигается тем, что автоматическая

2 система управления подключена к приводной катушке через последовательно соединенные буферный усилитель и сумматор, к которому подсоединены выходы двух прецизионных

5 ослабителей, входы которых подключены к выходам генератора инфракрасных частот, сдвинутых по фазе на 90, а анализатор передаточной функции подключен к приводной катушке через буферный усилитель и сумматор.

На чертеже показана схема предлагаемого устройства.

Приводная катушка 1 и зеркальный гальванометр 2 помещены в однородное поле по15 стоянного магнита 3. На приводной катушке

1 закреплено зеркало 4. Приводная катушка

1 штоком 5 скреплена с верхним держателем

6 образца. Нижний держатель 7 образца закреплен штоком 8 с подвижной кареткой 9, 2о взвешенной с помощью рычажных весов 10 и способной перемещаться в вертикальной плоскости по шариковым направляющим. Испытуемый образец 11 вместе с держателями 6 и 7 помещен в термокриокамеру 12, подклю25 ченную к программному регулятору температуры 13.

Луч света от оптического квантового генератора 14 с закрепленными на нем оптическим модулятором 15 отражается зеркалом 4

30 и зеркалом зеркального гальванометра 2 и

434808

3 проходит через вырезанную под критическим углом призму 16 на фотоэлементы 17 и 18.

Фотоэлементы 17 и 18 через общее сопротивление нагрузки 19 подключены к усилителю

20 переменного напряжения, нагрузкой кояорого служит демодулятор 21, подключенный к усилителю 22 постоянного напряжения со встроенными в него цепями амплитудно-фазовой коррекции. С выходом усилителя 22 связан анализатор 23 передаточной функции, соединенный с генератором 24 инфранизких частот. Усилитель 22 через буферный усилитель

25 и суммирующий усилитель 26 подключен к приводной катушке 1. К одному выходу генератора 24 инфранизких частот подсоединен прецизионный ослабитель 27, связанный с зеркальным гальванометром 2, и презиционный ослабитель 28, подключенный к сумматорному усилителю 26.--К: другому выходу генератора

24, сдвинутому по фазе на 90 относительно первого выхода, подключен прецизионный ослабитель 29,. подсоединенный к суммирующему усилителю 26. Зеркало 4 оптически связано с зеркальным гальванометром 2.

Генератор инфранизких частот задает нужную частоту, а прецизионный ослабитель 27— амплитуду колебаний зеркального гальванометра 2. В начальном (нулевом) положении приводной катушки 1 и зеркального гальванометра 2 коллимированный пучок света оптического квантового генератора 14, модулированный частотой 10 кгц бесшумовым оптическим модулятором 15, отражаясь от зеркала

4 и зеркального гальванометра 2, попадает на призму 16 и отражается обратно. В эгом лоложении фотоэлементы 17 и 18 затемнены, и на сопротивлении нагрузки 19 переменное напряжение отсутствует.

При отклонении зеркального гальванометра 2 на некоторый угол от начального часть пучка света. проходит через призму 16 и попадает на один из фотоэлементов 17 или 18.

На сопротивлении 19 возникает переменное напряжение, которое усиливается усилителем

20, выпрямляется фазочувствительным демодулятором 21 и усиливается усилителем 22, на выходе которого появляется напряжение той или иной полярности. Это напряжение через буферный усилитель 25 и суммирующий усилитель 26 прикладывается к приводной катушке 1, которая поворачивается в сторону уменьшения угла рассогласования между зеркалом 4 и зеркальным гальванометром 2.

Таким образом происходит слежение приводной катушкой 1 за колебаниями зеркального гальванометра 2. А так как приводная катушка 1 жестко связана штоком 5 и держателем 6 с испытуемым образцом 11, то замкнутый следящий контур обеспечивает колебания испытуемого образца с заданной частотой и амплитудой. Напряжение на выходе усилителя

22 пропорционально току, протекающему через приводную катушку 1, который в свою очередь пропорционален крутящему моменту, приложенному к испытуемому образцу. Это

4 напря>кение поступает на анализатор 23 передаточной функции, определяющий фазу и модуль его, я следовательно, фазу и модуль приложенного к образцу крутящего момента.

По этим данным определяют действительную и мнимую составляющие приложенного момента и рассчитывают динамические характеристики исследуемого материала.

Программный регулятор температуры 13 поддер>кивает в термокриокамере 12 заданную температуру эксперимента.

Взвешенная с помощью рычажных весов

10 подвижная каретка 9, закрепленная штоком 8 с нижним держателем образца, предназначена для снятия нормальных напряжений образца 11, возникающих при его температурных деформациях.

Для повышения точности измерений и обеспечения измерений характеристик материалов с большим содержанием динамических модулей в устройство введены два разомкнутых контура управления движением испытуемого образца, каждый из которых состоит из генератора 24 инфранизких частот, одного из ослабителей 29 или 28, суммирующего усилителя 26 и приводной катушки 1, причем ослабитель 29 первого контура подключен к выходу генератора с фазой, равной О, а ослабитель 28 второго контура — к выходу генератора с фазой 90 .

Широкодиапазонными прецизионными ослабителями 28 и 29 подбирают такой ток через приводную катушку 1, что последняя совершает заданные колебания и без участия замкнутого следящего контура, т. е. анализатор передаточной функции может быть использован в качестве индикатора нуля. Кроме того, достаточно с помощью одного из ослабителей сделать соизмеримыми действительную и мнимую составляющие напряжения на выходе усилителя 22. После этого показания ослабителей 28 и 29, предварительно отградуированных в значениях механического момента, суммируют с соответствующими показаниями действитсльной и мнимой составляющих момента анализатора передаточной функции 23 и по этим данным рассчитывают динамические характеристики материалов.

Предмет изобретения

Устройство для измерения реологических характеристик твердых материалов, содержащее приводную катушку, связанную с держателем образца и помещенную в однородное поле постоянного магнита, нижний держатель образца, закрепленный на взвешенной подвижной каретке с шариковыми направляющими, генератор гармонических колебаний, термокриокамеру с регулятором температуры, датчик угла колебаний приводной катушки, автоматическую систему управления и анализатор передаточной функции, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точ434808

Составитель В. Вощанкин

Техред О. Гуменюк

Редактор И. Орлова

Корректор Л. Брахнина

Заказ 1434,"2 Изд. ¹ 658 Тираж 902 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретешш и открытий

Москва, Ж-35, Раугнская наб., д, 4 5

Типография, пр. Сапунова, 2 ности измерений и расширения класса исследуемых веществ, автоматическая система управления подключена к приводной катушке через последовательно соединенные буферный усилитель и сумматор, к которому подсоединены выходы двух прецизионных ослаби тел ей, входы которых подключены к выходам генератора инфранизких частот, сдвинутых по фазе на 90, а анализатор передаточной функции подключен к при5 водной катушке через буферный усилитель и сумматор.