Устройство для измерения упругих и неупругих свойств материалов

 

О П И С А "Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистическик

Республик

I«)729501 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (51)М. Кл. (22) Заявлено 061276 (21) 2427442/25-28 с присоединением заявки М—

G 01 N 29/00

G 01 N 11/16

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (23) ПриоритетОпубликовано 250480. Бюллетень Hо1 5

Дата опубликования описания 28.0480 (53) УДК 620. 172 . 22 (088. 8) (72) Авторы изобретен и я

В,A. Судник, В.A. Ерофеев и В.С. Горбунов (71) Заяв ителн

Тульский политехнический институт и Тульский машиностроительный завод им. В.М. Рябинова (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УПРУГИХ

И НЕУПРУГИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к определению физических, а именно упругих (модуль Юнга, модуль сдвига) и неупругих (внутреннее трение) свойств материа5 лов с помощью резонансных испытательных установок и предназначено для использования в практике лабораторий металлургических .и машиностроительных заводов и других предприятий.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения упругих и неупругих свойств материалов, содержащее последовательно соединенные приемник колебаний, усилитель,фаэовращатель, регулятор амплитуды и возбудитель механических колебаний, образца, систему стабилизации амплитуды колебаний образца, вход которого подключен к 20 выходу усилителя, а выход — к управляющему входу регулятора амплитуды (1}.

Кроме того, устройство содержит термопару, термопреобразователь и 25 двухкоординатный самопишущий прибор, входы которого подключены к термопаре и выходу термопреобразователя, а вход термопреобразователя — к возбу- дителю. 30

Невысокая точность измерения изменения упругих и неупругих свойств материалов при их нагреве, заключается в пассивной настройке фазовращателя на определенный угол только.в начале измерений. При нагреве образца его модуль упругости снижается, что приводит к- снижению частоты собственных колебаний образца. Так как фазовый сдвиг в известных устройствах постоянен, а частота колебаний образца изменяется, то в устройстве возбуждаются колебания, частота которых отличается от частоты свободных колебаний образца, что искажает результат измерений.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Это достигается тем, что предлагаемое устройство снабжено системой стабилизации фазы возбуждающих колебаний, содержащей генератор низкочастотных колебаний, выпрямитель, вход которого подключен к выходу фазовращателя, низкочастотный фильтр, вход которого подключен к выходу выпрямителя, блок вычитания, входы которого подключены к выходам выпрямителя и низкочастотного фильтра, фазо729501 вый дискриминатор входы которого подключены к выходам блока вычитания и генератора низкочастотных колебаний, интегратор, вход которого подключен к к выходу фазового дискриминатора, и сумматор, входы которого подключены к выходам интегратора и генератора низкочастотных колебаний, а выход связан с управляющим входом фазовращателя, На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 — диаграмма, поясняющая работу системы фаэовой стабилизации °

Устройство для измерения упругих и неупругих свойств материалов содержит возбудитель 1 механических колебаний в образце 2 исследуемого материала, приемник 3 механических колебаний, подключенный к усилителю 4, последовательно с которым включены фазовращатель 5 и регулятор 6 ампли- 20 туды возбуждающей силы, связанный с возбудителем 1.

Система стабилизации-амплитуды колебаний 7 состоит иэ выпрямителя 8, подключенного к выходу усилителя 4, блока сравнения 9 и интегратора 10, выход которого соединен с управляющим входом регулятора амплитуды возбуждающей силы 6, Система фаэовой стабилизации 11 состоит иэ генератора 12 низкочастотных колебаний, выпрямителя 13, подключенного к возбудителю 1, низкочастотного фильтра 14, блока 15 вычитания, фазового дискриминатора 16, ин- тегратора 17 и сумматора 18, выход которого соединен с управляющим входом фаэовращателя 5.

В процессе регистрации внутреннего трения и модуля упругости синусоидальное напряжение приемника 3 коле- 4О баний образца 2 усиливается усилителем 4 и сдвигается фаэовращателем 5 на некоторый угол, задаваемый сигналом на управляющем входе фазовращателя. Величина сдвинутого по фазе си- gg нусоидального напряжения регулируется регулятором 6 в зависимости от сигнала, формируемого интегратором

10 под действием сигнала блока сравнения 9 между заданным и измеренным при помощи выпрямителя 8 амплитудным значением колебаний образца 2. Это обеспечивает такое значение напряжения на выходе регулятора 6, поступающего на возбудитель 1, при котором амплитуда колебаний образца 2 постоянна.

Величина возбуждающей силы, необходимая для поддержания заданного значения амплитуды колебаний образца

2, зависит от рассеяния энергии в об- Щ разце и сдвига фазы возбуждающей силы относительно колебаний образца, Зави"имость A (фиг. 2) возбуждающей силы от этого сдвига фазы имеет минимум при фазовом угле, равном Л/2, соответствующем возбуждению на частоте свободных колебаний образца 2.

Вследствие измерения частоты свободных колебаний образца 2 при его нагреве сдвиг фазы в контуре возбуждения отклоняется от экстремального значения.

Выбор направления, необходимого для восстановления этого значения сдвига фазы, осуществляется следующим образом, Генератор 12 вырабатывает низкочастотное синусоидальное напряжение G низкой частоты, много меньшей скорости срабатывания системы стабилизации амплитуды колебаний образца

2, которое складыв.ается в сумматоре

18 с сигналом 1 интегратора 17. Суммарный сигнал f поступает на управляющий вход фазовращателя 5, который под действием синусоидальной составляющей периодически изменяет сдвиг фазы в контуре возбуждения на небольшую величину. Так как амплитуда колебаний образца 2 подцерживается постоянной периодическое изменение сдвига фазы приводит к периодическому изменению напряжения F поступающего на возбудитель .1. Переменная составляющая а амплитудного значения этого напряжения F выделяется блоком 15 вычитания, на один вход которого поступает выпрямленное напряжение F а на другой — среднее значение напряжения F возбуждения, формируемое низкочастотным фильтром 14, который подключен К выпрямителю 11, В зависимости от отклонения в ту или иную сторону сдвига фазы в контуре возбуждения переменная составляющая ь амплитудного значения возбуждающего напряжения F или совпадает по фазе с напряжением G низкочастотного генератора 1 2, или находится в противофазе с ним.

Переменная составляющая л возбуждающего напряжения F и напряжение G низкочастотного генератора 12 поступает на входы фазового дискриминатора

14, на выходе которого формируется сигнал, величина и знак которого определяется величиной и направлением сдвига фазы в контуре возбуждения.

Под действием сигнала Ч дискриминатора 16 интегратор 17 изМеняет сигнал 1 на своем выходе, который является средним значением сигнала, управляющего сдвигом фазы в контуре возбуждения, в сторону уменьшения напряжения

F на возбудителе 1. Изменение сигнала 1 происходит до полной компенсации возникшего отклонения сдвига фазы в контуре возбуждения при нагреве образца 2 исследуемого материала.

О величине внутреннего трения судят по величине напряжения, поступающего на возбудитель 1 механических колебаний в образце 2, а о величине модуля упругости материала образца—

rio частоте колебаний образца 2, пре729501 образуемых приемником 3 механических колебаний в частоту электрического тека.

Формула изобретения устройство для измерения упругих и неупругих свойств материалов, содержащее последовательно соединенные приемник колебаний, усилитель, фазовращатель, регулятор амплитуды и возбудитель механических колебаний, систему стабилизации амплитуды колебаний образца, вход которой подключен к выходу усилителя, а выход — к управляющему входу регулятора амплитуды, отличающееся тем,что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено системой стабилизации фазы возбуждающих колебаний, содержащей генератор низкочастотных колебаний, выпрямитель, вход которого подключен к выходу фаэовращателя, низкочастотный фильтр, вход которого подключен к выходу выпрямителя, блок вычитания, входы которого подключены к выходам выпрямителя и низкочастотного фильтра, фазовый дискриминатор, входы которого подключены к выходам блока вычитания и генератора низкочастотных колебаний, интегратор, вход которого подключен к выходу фазового дискриминатора, и сумматор, входы которого подключены к выходам интегратора и генератора низкочастотных колебаний, а выхОд, связан с управляющим входом фазовращателя, Источнини информации, принятые во внимание при экспертизе

1 . Авторское свидетельство СССР

В 161559, кл, G 01 N 19/00, 1962 (прототип) .

729501

Фазами угу

Тираж 1019 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 1254/38

Филиал ППП Патент, г.. ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Т. Айсии

Редактор Л. Народная Техред A.Ùåïàíñêàÿ Корректор Е. Папп