Устройство для измерения сил сцепления

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<„1767625 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву(51) M. Кл.з (22) ЗаЯвлено 140778 (21) 2645732/18-10

6 01 Н 19/04

G 01 . 1/08 с присоедииение ч заявки ¹ (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений н открытий (53) УДК 620. 172. .002.56.531. .781(088.8) Опубликовано 300980, Бюллетень ¹ 36

Дата опубликования описания 300980

A.Ì. Амельянец, Е.A. Амелина, Н.В. Перцов, Е.Д. Щукин и P.Ê. Юсупов (72) Авторы изобретения

Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного

Знамени государственный университет им. М.В. Ломоносова (71) 3aявитель :"М -, Ф (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛ СЦЕПЛЕНИЯ,) if

Изобретение относится к области технической физики, точнее к устройствам для измерения сил, и предназначено для исследования контактных взаимодействий конденсированных фаз.

Известно устройство для измерения сил, содержащее магнитоэлектрический преобразователь и снабженное оптическ"м микроскопом д я увеличения очное-10 ти измерений путем учета реакции пружины преобразователя (11.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения сил контактных взаимодействий конденсированных фаз (2). Оно содержит электромеханический превбраэователь магнитоэлеКтрической системы и источник тока, подключенный к его рамке через измеритель тока. Для учета реакции пру- 20 жины преобразователя и регистрации .силы разъединения образцов преобразователь с образцами помещен в рабочую полость сканирующего электронного микроскопа.

Цель достигается тем, что устройство для измерения сил сцепления снабжено бесконтактным измерителем перемещения подвижной части преобразователя и системой управления, выполненной в виде реле с импульсно управлением и двойного дифференциатора, последовательно соединенного с ждущим мультивибратором, при этом выход измерителя перемещения связан с входом двойного дифференциатора, а выход мильтивибратора соединен с входом запуска цифрового измерителя тока и через его переключатель режи30

Такое устройство допускает исследования только в вакууме; некоторые образцы нельзя исследовать из-за .распыления их электронным пучком микроскопа; укаэанный пучок заряжает поверхность образцов, искажая условия эксперимента. Устройство не автоматизировано - регистрация разъединения образцов осуществляется визуально, что требует обязательного присутствия и внимания оператора, уменьшает точность измерения силы.

Надежность устройства низка, так как преобразователь подвержен механическим повреждениям вследствие ударов, происходящих после, разъединения образцов под действием тока и рамке.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

767625 мов запуска — с входом реле., контакты которого включены параллельно преобразователю.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 — упрощенная конструкция механической части предлагаемого устройства.

Устройство содержит двойной-дифференциатор 1, бесконтактный изме ритель 2 перемещения, цифровое табло

3 измерителя 2, ждущий мультивибратор 4, электромеханический преобразователь 5, источник б тока, реле 7 с импульсным управлением, цифровой измеритель 8 тока, контакты 9 реле 7, кнопку 10.

На фиг. 2 изображены образцы 11, 12, противовес 13, светодиоды 14, шторка 15, фотодиод 16.

Устройство состоит из электромеханического преобразователя 5, например, магнитоэлектрической системы, к 2Î входу которого подключены источник 6 и цифровой измеритель 8 тока, внизу подвижной рамки укреплен образец 12, а сверху — противовес 13 с цилиндрической непрозрачной шторкой 45. Установленный на микроманипуляторе образец 11 размещен около образца 12.

Над шторкой 15 установлен фотодиод

16, а под ней в одной плоскости с фотодиодом 16 — светодиоды 14, причем указанная плоскость перпендикулярна к оси шторки 15. Фото- и све тодиоды подключены к электронному блоку бесконтактного измерителя 2 перемещения, аналоговый выход которого соединен с цифровым табло 3, например цифровым воль метром постоянного тока, и через последовательно соединенные двойной дифференциатор 1 и ждущий мультивибратор 4 — с входом запуска измерителя 8 тока и далее 4О через переключатель режимов запуска измерителя — с первым входом реле 7 с импульсным управлением. Контакты 9 реле 7 подключены параллельно преобразователю 5. Второй вход реле 7 сое- g динен с кнопкой 10.

Устройство работает следующим образом.

Электрический ток источника 6 проходит через рамку злектромеханического преобразователя 5, создавая приложенный к ней момент, величина которого пропорциональна силе тока J измеряемой цифровым измерителем 8 в режиме с внутренним запуском. Указанный момент уравновешивается моментами взаимодействия образцов 11, 12 и реакции пружины преобразователя 5.

Последний обусловлен конечным расстоянием Х между образцами 11, 12 в исходном положении. Под действием 6Q тока в рамке образец 12 сначала перемещается на это расстояние, измеряемое бесконтактным измерителем 2 перемещения и индицируемое цифровым табло 3, а затем поджимается к об11. Сила поджнма F> определяз условия равенства нулю суммы ов, приложенных к подвижной преобразователя 5, по формуле

ГП т (М1 Мг) момент, обусловленный действием тока;

Мг — момент реакции пружины; расстояние от оси вращения рамки до точки соприкосновения образцов 11, 12, пРичем МЛ = K„(V) М2 = Кг (Х) Х, где К <, К г - экспериментально определенные коэффициенты пропорциональности (практически константы).

После измерения силы поджима измеритель 8 переключается в режим с внешним запуском, ток источника б уменьшается до нуля и затем меняет знак. Сила разъединения образцов Fp определяется по формуле

Fp = (Мq + Мг) л где М вЂ” момент, обусловленный действием тока.

Таким образом, для определения F< нужно измерить М„ или ток Во время разъединения образцов 11, 12.

Уравнение движения образца 12 разцу ется и момент части где М

"n имеет вид л д т

1 где М„ — моменты, приложенные к образцу 12; момент инерции рамки с образцом 12; время.

Дс Разъединения образцов 11, 12, М;, = 0 и соответственно d2x/dt = 0.

2 2

Ro время раэъедянения образцов 11,12 м; — м„+ мг и d2õ/dt 4 0 образец

2 движется с ускорением. Пропорциональное Х (t) напряжение с выхода измерителя 2 перемещения поступает на вход двойного дифференциатора 1, выходное напряжение которого пропорционально d2X/dt . От изменения этого г напряжения запускается ждущий мультивибратор 4, его выходной импульс с нормированными параметрами запускает измеритель 8 тока и через его переключатель режимов запуска поступает на первый вход реле 7. Оно с задержкой на время измерения тока шунтирует контактами 9 рамку преобразователя 5, в результате чего » М„Мг-М -О, где М,„ — момент индукционного тока в рамке, направленный против момента, вызываюК его движение рамки. Снятием ток" источника б с рамки и электрическим демпфированием предотвращаются механические повреждения преобраэоьателя 5.

После считывания соответствующих теку во время разъединения образцов

11, 12 пок;заний с табло измерителя

8 последний переключается в режим внутреннего запуска и источником б устанавливается равный нулю ток в

767625

Формула изобретения

40 цепи измерителя 8. Нажатием кнопки

10 на второй вход реле 7 подается импульс, вызывающий размыкание контактов 9. Устройство готово к следующему измерению.

Чувствительными элементами измерителя 2 перемещения служат противо5 фаэно возбуждаемые светодиоды 14 и фотодиод 16; выходное напряжение фотодиода 16 зависит от величины, а его фаза от направления перемещения шторки 15. Размещенйем шторки 15 на противовесе 13 достигается возможность исследования образцов 11, 12 в. жидких средах. Чувствительные элементы 14, 16 измерителя 2 не реагируют на изменения состава атмосферы, так 15 что механическая часть устройства может быть вакуумирована или заполнена газообразной и тому подобной средой.

Конструкция реле 7 предусматрива- Щ ет замыкание контактов 9 с уменьшением напряжения питания ниже заданного предела. Этим достигается защита преобразователя 5 при включении и выключении устройства от неисправностей электрической схемы, случайных ударов, при транспортировке.

Коэффициенты K, K> практически являются константами, поэтому табло

3 и измеритель 8 калибруются непосредственно в единицах силы.

Таким образом, снабжение устройства бесконтактным измерителем перемещения подвижной части позволяет повысить точность измерений, а соединение выхода измерителя перемещения с измерителем тока и преобразователем дополнительно повысить точность измерений, одновременно автоматизировать их и повысить надежность устройства.

Устройство для измерения сил сцепления, содержащее электромеханический преобразователь, например, магнитоэлектрической системы, соединенный с источником и измерителем тока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено бесконтактным измерителем перемещения подвижной части преобразователя и системой управления, выполненной в виде реле с импульсным управлением и двойного дифференциатора, последовательно соединенного с ждущим мультивибратором, при этом выход измерителя перемещения связан с входом двойного дифференциатора, а выход мультивибратора соединен с входом запуска цифрового измерителя тока и через его переключатель режимов запускас входом реле, контакты которого включены параллельно преобразователю.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Яминский В.B. Взаимодействие неполярных твердых частиц в средах различной полярности. Дисс. на соиск. учен. степени кандидата хим. наук. М., 1976 (Институт физ. химии AH СССР) с. 82-90.

2. Тезисы докл. "Седьмая всесоюзная конференция по коллоидной химии и физико-химической механике". Окт.

1977, Минск, с. 221 (прототип).

Фиг, М

Составитель Н.Вовчук редактор T.pûáàëîâ Техред Ж. Кастелевич КоррЕктор M.äåì÷èê !

Заказ 7184/39 Тираж 1019 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. ужгород, ул. Проектная, 4