Преобразователь крутильных колебаний образцов с двумя степенями свободы

 

О П И С А Н И Е()665252

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 03.01.78 (21) 2563556/18-25 с присоединением заявки №вЂ” (51) М. Кл.

G 01 N 11/16 по делам изобретеиий (43) Опубликовано 30.05.79. Бюллетень № 20 (53) УДК 532.137 (088.8) и открытий (45) Дата опубликования описания 30.05.79 (72) Автор изобретения

А. А. Ахлынин ()71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ

ОБРАЗЦОВ С ДВУМЯ СТЕПЕНЯМИ СВОБОДЫ

ГосУдарствеииый комитет (23) Приоритет

Изобретение относится к области измерения параметров движения, например для измерения затухания механических колебаний образцов с двумя степенями свободы.

Оно может найти применение в лабораторной практике, например, для исследования вязкости жидких металлов, определения внутреннего трения конструкционных материалов и т. д, Известен датчик, например, крутильных 10 колебаний, описываемый в установке для исследования внутреннего трения металлов и содержащий подвеску с инерционными грузами и зеркальцем, насаженным на испытуемый образец в средней его части, à 15 также осветитель и индикаторную шкалу, на которой регистрируется перемещение отраженного от зеркальца луча (1).

Однако такой преобразователь невозможно использовать для регистрации только 20 крутильных колебаний образцов, имеющих две степени свободы, например при закреплении их в одной точке и невозможности закрепления в другой. В этом случае возникающие дополнительные колебания, на- 25 пример изгибные, приведут к искажению искомой информации.

Ближайшим техническим решением является преобразователь крутильных колебаний образцов с двумя степенями свободы, 30 содержащий колебательную систему в виде связанных между собой подвеса, стержня и тигля с исследуемой средой, помещаемых в высокотемпературную зону, систему возбуждения и измерительную тензометрическую мостовую схему )(2).

Этот преобразователь позволяет измерять затухание колебаний в системе, содержащей жидкий металл, выделяя только крутильные колебания.

Однако подвешенная на сравнительно тонком подвесе масса вызывает в ряде случаев еще дополнительные поперечные колебания. Эти колебания с более коротким периодом, чем крутильные колебания, хотя и незначительны, но вызывают в жидком металле дополнительную составляющую. Поперечные к оси подвеса колебания не вызывают эффективного изменения емкости преобразователя в прототипе и, следовательно, не могут быть учтены.

Целью изобретения является повышение точности измерений путем исключения влияния изгибных колебаний и учета влияния поперечных колебаний.

Указанная цель достигается за счет того, что подвес выполнен из высокоомного сплава, к которому подсоединены свободноподвешенные низкоомный и высокоомный токо665252 кручения; поперечгде подводы, включенные в мостовую схему в виде ее плечей.

На чертеже представлена схема преобразователя крутильных колебаний образцов с двумя степенями свободы.

Датчик крутильных колебаний состоит из участка подвеса 1, к нижнему концу которого подсоединены низкоомный токоподвод

2 и термокомпенсатор 3. Свободные концы токоподвода 2 и термокомпенсатора 3 без натяжения закреплены к изоляторам 4 и 5.

Сам подвес 1 перекинут через блок 6, предназначенный для подъема тигля 7 с металлом из печи 8. Участок подвеса 1, токоподвод 2 и термокомпенсатор 3 введены в состав мостовой тензометрической схемы 9 на выходе которой помещены фильтры 10 и 11, предназначенные для выделения крутильных колебаний и поперечных. Колебания создают с помощью катушек 12 возбуждения.

Устройство работает следующим образом. Испытываемому подвесу с тиглем катушками возбуждения 12 сообщаются крутильные колебания. Вращение тигля сопровождается изгибными и поперечными колебаниями, которые воздействуют на подвес, В последнем возникают деформации от крутильных и поперечных колебаний. Изгибные колебания при этом существенны лишь в точке подвеса и на используемый участок подвеса их влияние невелико, Отмеченные деформации подвеса 1 приводят к изменению сопротивления участка, входящего, например, в виде плеча в тензометрическую мостовую схему 9.

Поскольку период следования поперечных колебаний отличен от псриода крутильных, то с помощью фильтров 10 и 11 их достаточно выделить, а долю влияния каждого из них учесть. Влияние температуры на колебательную систему можно учесть с помощью термокомпенсатора 3, входящего также в измерительную схему 9. Поскольку токоподвод 2 и термокомпенсатор 3 подвешены свободно на изоляторах 4, 5, то их влияние на затухание колебательной системы сведено до минимума.

Процесс затухания колебаний в образце описывается известными соотношениями д= — 1п =Х

1 А; ЛФ и А+ ° 1V б — логарифмический декремент; т — число импульсов (полупериодов колебаний);

А;, А;+ — соответствующие амплиту.ды колебаний;

R — коэффициент;

Л вЂ” энергия потерь в образце;

W — подводимая энергия.

Относительная погрешность измерения 6 имеет вид:

Я (2)

А

in

А..ш

При m=const (m)2) основной вклад при4А< ЬА; носят составляющие, + .. НалиАу c+m чие крутильных и изгибных колебаний, периоды которых совпадают, без их раздель15 ного выделения приводит к появлению нестационарных измерений сигналов ЛЛ; и

ЛА;+. Известные способы усреднения значений А; за п периодов приводят к увелиЛо чению методической погрешности „, так

20 о как соотношение (1) корректно лишь при

m = 2. Естественно, что решение задачи связано с раздельным выделением отмеченных колебаний.

25 С другой стороны, нестационарное возбуждение системы с двумя степенями свободы приводит к появлению дополнительно поперечной составляющей, период которой короче отмеченных колебаний. При изучеЗО нии свойств твердых материалов, где подвес является исследуемым образцом, а система имеет две степени свободы, поперечной составляющей, как правило, пренебрегают. Для случая изучения жидких метал35 лов поперечные колебания воздействуют через стержень И тигль на объем металла.

Следовательно, происходит перераспределснис энергии затухания AW- †..ËW„.р.+

+Л% поп. или, что тоже самое

40 ° поп (3) кр. где опр,, Л% пр. — составляющие бпоп, ЛВ поп — составляющие

45 ных колебаний.

Предлагаемое изобретение решает задачу опоп выяснения отношения P=," ", Тем саRP мым оказывается возможным получение по50 лезной информации с меньшими затратами на дополнительные испытания и анализ статистических данных.

Формула изобретения

55 Преобразователь крутильных колебаний образцов с двумя степенями свободы, содержащий колебательную систему в виде связанных между собой подвеса, стержня и тигля с исследуемой средой, помещаемых

60 в высокотемпературную зону, систему возбуждения и измерительную тензометрическую мостовую схему, о т л и ч а ю щ е е с я

665252

Составитель Н. Плотникова

Техред Н. Строганова

Корректоры: Е. Хмелева и Е. Осипова

Редактор Е. Дайч

Заказ 1038/1 Изд. № 330 Тираж 1089 Подписное

ИПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2 тем, что, с целью повышения точности измерений путем исключения влияния изгибных колебаний и учета влияния поперечных колебаний, подвес выполнен из высокоомного сплава, к которому подсоединены свободноподвешенные низкоомный и высокоомный токоподводы, включенные в мостовую схему в виче ее плечей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Релаксационные явления в твердых телах. Труды IV Всесоюзной конференции.

М., «Металлургия», 1968, с. 1380.

2. Заявка № 2373043, кл. G 01 N 11/16, 1976, по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства СССР.