Устройство для измерения реологических полимерных систем

 

(и> 448767

ОЛИ

ИЗОБ

Союз Советских

Социалистических

Республик, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б1) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 07.10.71 (21) 1702292/26-25 с присоединением заявки че (51) M. Кч G 01п 11/16

Госуларствеилый комитет

Приоритет

Совета Министров СССР ла делам изобретений и открытий

Опубликовано 15.10.75. Бюллетень Ме 38

Дата опубликования описания 11.03.76 (53) УДК 532.137(088.8) (72) Авторы изобретения Л, П. Ульянов, О. Н. Борисенков, Н. Н. Касторская, Г. В. Виноградов, Ю. Г. Яновский и С. И. Сергеенков

Центральное конструкторское бюро уникального приборостроения

АН СССР и Институт нефтехимического синтеза им. A. В. Топчиева

АН СССР (71) Заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛ ИМЕРНЫХ СИСТЕМ

Изобретение касается реологических исследований полимерных систем в диапазоне низких и инфранизких частот с помощью вынужденных крутильных колебаний.

Известен крутильный вискозиметр для исследования полимеров, содержащий генератор инфранизких частот, током которого запитывается приводная катушка, помещенная в однородное поле постоянного магнита и скрепленная с образцом, датчик с усилителем, термокамеру, регулятор температуры и регистрирующее устройство.

Ток генератора протекает по приводной катушке и, взаимодействуя с магнитным полем, создает синусоидальный крутящий момент, прикладываемый к образцу.

Под воздействием крутящего момента приводная катушка вместе с образцом совершает колебания, которые по окончании переходного процесса приобретают синусоидальный характер. Эти колебания регистрируются самопишущим прибором. Одновременно самопишущим прибором регистрируют колебания тока возбуждения, протекающего по приводной катушке. По амплитудам тока возбуждения и колебаний образца и по разности фаз между ними рассчитывают вязкоупругие характеристики образца полимера.

Цель изобретения — расширение диапазона измерений в области низких частот и сокращение времени измерений.

Это достигается тем, что предлагаемое устройство снабжено зеркальным гальваномет5 ром, расположенным параллельно приводной катушке в однородном магнитном поле и подключенным к генератору инфранизких частот, выход которого соединен с дифференциальным разложителем вектора гармонических

10 колебаний в полярных координатах, причем напротив заркал, закрепленных на приводной катушке и гальванометре, освещаемых коллимированным пучком оптического квантового генератора, установлена призма полного

15 внутреннего отражения, направляющая световой поток на два дифференциально включенных фотоэлемента, выходы которых через нагрузку, буферный усилитель подключены к входу системы управления, выход которой

20 подключен к обмотке приводной катушки и к дифференциальному разложителю вектора гармонических колебаний в полярных координатах.

На чертеже изображена схема предлагае25 мого устройства.

Приводная катушка 1 и зеркальный гальванометр 2 помещены в однородное магнитное поле постоянного магнита 3. Верхний держатель образца 4 жестко скреплен с привод30 ной катушкой 1, нижний держатель образ448767

3 ца 4 — с взвешенной подвижной кареткой 5, способной перемещаться в вертикальнои плоскости по шариковым направляюшим. Образец 4 IIoiiIeIIIe - II тсрмокамеру 6, подключенную к регулятору 7 температуры. На фотоэлементы Ь и 9 через призму 10 полного внутреннего отражения, систему зеркал, закрепленных на приводной катушке 1 и гальванометре 2, и модулятор 11 светового потока поступает коллимированный пучок света оптического квантового генератора 12. Зеркальный гальванометр 2 подключен к генератору 13 инфранизких частот.

Обмотка приводной катушки 1 подключена к выходу автоматической системы управления 14, состоящей, например, из операционного усилителя с цепями коррекции. Вход автоматической системы управления 14 через буферный усилитель 15 подключен к общей нагрузке 16 дифференциально включенных фотоэлементов 8 и 9. К выходу автоматической системы управления 14 и к генератору 13 инфранизких частот подключен дифференциальный разложитель 17 вектора гармонических колебаний в полярных координатах, снабженный устройствами отсчета фазы и амплитуды крутящего момента.

Зеркальный гальванометр 2 совершает эталонные гармонические колебания с амплитудой и частотой, заданными генератором 13 инфранизких частот. Колебания гальванометра 2 сравниваются с колебаниями приводной катушки 1. Сигнал рассогласования поступает на автоматическую систему управления 14.

В последней формируется ток, протекающий по приводной катушке 1, который и создает крутящий момент, поворачивающий катушку 1 в сторону уменьшения сигнала рассогласования, Таким образом происходит синфазное слежение приводной катушки 1 за заданными колебаниями зеркального гальванометра 2. Это позволяет проводить исследования образцов полимеров при определенных заданных относительных деформациях сдвига.

Качество автоматической системы управления определяет точность отслеживания и время установления гармонических колебаний, т. е. время переходного процесса приводной катушки. Практически оно составляет незначительную долю периода колебаний. Это позволяет начать измерения требуемых параметров, спустя незначительное время переходного процесса.

Напряжение, приложенное автоматической системой управления 14 к приводной катушке 1, пропорциональное крутящему моменту, поступает также на дифференциальный разложитель 17 вектора гармонических колебаний в полярных координатах. С него считывается разность фаз гр между током возбуждения приводной катушки и заданными колебаниями и амплитудное значение крутящего момента М. Разность фаз ср и амплитуда крутящего момента М зависят от свойств испытуемого образца полимеров и констант прибора

i3

Я

GO

65 (например, от главного центрального момента инерции, упругости и вязкости приводной катушки). Время вычисления параметров <р и М разложителем 17 вектора определяется временем переходного процесса встроенных фильтров низких частот и также составляет незначительную часть периода заданных колебаний.

Сравнение колебаний приводной катушки 1 с колебаниями зеркального гальванометра 2 происходит следующим образом.

Световой пучок оптического квантового генератора 12, промодулированный модулятором 11, отражается от зеркала, закрепленного на приводной катушке 1, на зеркало гальвапометра 2, после чего вновь поступает на зеркало катушки 1, а от него на призму 10 полного внутреннего отражения. В начальном (нулевом) положении зеркал пучок света отражается от граней призмы 10 обрат»о, и фотоэлементы 8 и 9 затемнены. При повороте зеркала гальванометра 2 в ту или иную сторону часть пучка света проходит через призму 10 на один из фотоэлементов 8 или 9.

Возникающий при этом фототок создает на нагрузке 16 падение напряжения той или иной полярности. Это напряжение усиливается буферным усилителем 15 и поступает на вход автоматической управляющей системы 14.

При компенсации угла рассогласования угол поворота катушки 1 вдвое больше угла поворота гальванометра 2.

Применение в качестве коллимированного источника света оптического квантового генератора позволяет за счет исключения хроматической аберрации и за счет малого угла расхождения пучка света (3 — 6 ) получить малую начальную освещенность фотоэлементов. Это обеспечивает высокую чувствительность устройства к углу рассогласования положения зеркал и практически исключает дрейф его от температурной и временной нестабильности фотоэлементов.

Динамические характеристики полимеров измеряются в различных температурных режимах. Для этой цели образец помещен в тсрмокамеру 6, в которой с помощью терморсгулятора 7 поддерживается заданная температура.

Для спятия нормальных напряжений в образце 4, возникающих вследствие термического расширения или сжатия, нижний держатель образца жестко скреплен с взвешенной подвижной кареткой 5, свободно перемещающейся в E.pTHKB;IbHQH плоскости по шариковым направляющим.

Устройство позволяет исследовать полимеры в диапазоне частот 10 — 10 — г гц и в интервале температур 100 — 300 С с погрешностью поддержания температуры не ниже ++ 0,5 С. Погрешность измерения фазы 1, амплитуды 1 /о.

Устройство позволяет на порядок повысить точность измерения фазы, особенно при малых тангенсах угла потерь. Это достигается ком448767

Предмет изобретения

Составитель В. Вощанкин

Техред М. Семенов Корректор И. Позняковская

P.äàêòîð Е. Караулова

Заказ 288/1 Изд. Мя 2047 Тираж 902 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2 пенсацией реакции упругой составляющей комплексного модуля сдвига образца, которая достигается введением комбинированной обратной связи параллельно (и независимо) автоматической системе управления 14. 5

Устройство для измерения реологических характеристик полимерных систем, содержа- 10 щее приводную катушку, связанную с держателем образца и помещенную в однородное магнитное поле постоянного магнита, нижний держатель образца, закрепленный на взвешенной подвижной каретке с шариковыми на- 15 правляющими, генератор гармонических колебаний, термокамеру с регулятором температуры, датчик угла колебаний приводной катушки и автоматическую систему управления, отличающееся тем, что, с целью повы- 20 шсния точности измерений и сокращения времепи установления вынужденных синусоидальных колебаний образца, оно снабжено зеркальным гальванометром, расположенным параллельно приводной катушке в однородном магнитном поле и подключенным к генератору инфранизких частот, выход которого соединен с дифференциальным разложителем вектора гармонических колебаний в полярных координатах, причем напротив зеркал, закрепленных на приводной катушке и гальванометре, освещаемых коллимированным пучком оптического квантового генератора, установлена призма полного внутреннего отражения, направляющая световой поток на два дифференциально вкл1очснных фотоэлемента, выходы которых через нагрузку, буферный усилитель подключены K входу системы упра вления, выход которой подключен к обмотке приводной катушки и к дифференциальному разложителю вектора гармонических колебаний в полярных координатах.