Устройство для дилатометрических из-мерений полимерных материалов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ -851225

К АВТОУСКОМУ СВ ТИЗЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено16.1079 (21) 2829949/18-25 (5 ) М с присоединением заявки й9

G 01 N 25/16

Государстаенный комитет

СССР но делам нзббретеннй н открмтнй (23) Приоритет

Опубликовано 80.07.81. Бюелетень Р 28 .

Дата опубликования описания 3007.81 (53) УДК 536.41 (088.8) 1

В.А.Сытов, В.П.Клюев, Р.Г.Мирзоев ф В.Л.БроннкКов

Х ( (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИЛАТОМЕТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь-. зовано в химической, машиностроитель; ной, электротехнической и длугих отраслях проыааленности, производящих илк использующих полимерные материаJIbI °

Известно устройство для проведе" ния днлатометрических измерений по- ® лкмеров, содержащее держатель для образца, передающий стержень, к которому подвешена платформа с грузом, нагревательную печь и микроскоп

МИР-2 для измерения деформацнк образ ца (1)..

Измерение деформации образца на известных устройствах производится оператором визуально с помощью оптическкх приборов, что повышает трудоемкость опытов, уменьшает точность измерений вследствие быстрой утомляемости оператора, затрудняет непрерывную регистрацию измерения длины образца в динамическом режиме измерения температуры.

Наиболее близким к предлагаемому является линейный микродилатсметр, состоящий иэ кварцевой трубки с размещенным в ней кварцевьм толкателем, прилегающим одним концом к . 30 поверхности образца, а другим - к датчику деформации - механотрону, кварцевой трубки с эталонным образцом для дифференциально-термического анализа, термоблока с программным регулированием температуры, системы вакуумкров Ения образца, регистрирующего прибора и следящей системы, состоящей из мккрометрического винтового механизма, устанавливающего толкатель на образец, связанного с реверсивным электродвигателем, подключенсаам иа вьвсод механотрона, включенного в качестве нуль-органа в следящую систеьц, С целью уменьшения абсолютной величины измерительного усилия кварцевый, толкатель закреплен в серьге, подвешенной на плоских пружинах, соединенных с регулкровочным эксцентриком и жестко закрепленных на неподвижной стойке. Термическое расширение образца измеряется датчиком перемещения механотронбм, а следящая система служит только для автоматического подведения толкателя к образцу к выключается прк проведении измерений. Прк различных положениях индикатора датчика перемещений вследствие различной деформации упругих элементов датчиl

851225 ка изменяется величина измерительного усилия, двйствующего на образец. Закрепленйе кварцевого толкателя на плоских пружинах, жестко связанных с

Йеподвижной стойкой, приводит к уменьшению по абсолютной величине измерительного усилия, но увеличивает его изменение в процессе эксперимента, так как при перемещении толкателя вследствие теплового расширения образца изменяется величина деформации упругих пружин и, соответственно, изменяется доля веса толкателя, компенсируемая упругими элементаMH Ь1.

При испытании образцов из полимерных материалов, особенно в области 15 высокоэластического состояния, снижается точность измерений вследствие непостоянства измерительного усилия, действующего на образец в процессе измерения. Воэможность проведения Щ термомеханических испытаний в конструкции микродилатометра не предусмотрена.

Цель изобретения — обеспечение возможности проведения термомеханических исследований и повышение точности измерений, особенно при испытании полимерных пленок, волокон, тонких пластинок, путем стабилизации измерительного усилия, действующего на образец в процессе эксперимента.

Указанная цель достигается тем, что устройство, содержащее опорную трубу, внутри которой. расположен стержень, опирающийся на индикатор положения и соедкненный с системой регистрации, снабжено электромагнитом, якорь которого соединен с передающим стержнем, а сердечник электромагнита, индикатор положениямеханотрон и система упругих элемен- 40 тов закреплены на подвижном основании следящей системы, соединенном с дополнительно введенным датчиком перемещения..

На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого устройства.

Зажим 1 с закрепленным в нем образцом 2 помещен на верхний торец опорной трубки 3, выполненной из ма- щ териала, имеющего малый термический коэффициент линейного расширения (например кварца). Передающий стержень 4, также выполненный из матеРиала, имеющего малый термический коэффициент линейного расширения (например кварца) с помощью зажима 5 подвешен к образцу 2 и опирается на чувствительный элемент индикатора 6 положения Передакщий стержень 4 закреплен в серьге 7, подвв- 40 щенной на системе упругих элементов

8. Упругие элементы 8 закреплены на кронштейне 9, установленном на подвижном основании 10. Якорь 11 электромагнита жестко соединен с пе- 45 реданхцим стержнем 4. Индикатор б положения закреплен на кронштейне 12, установленном на подвижном основании

10. Сердечник 13 электромагнита установлен на юстировочной площадке 14, соединенной с подвижным основанием 10, Подвижное основание 10 опирается на микрометрйческий винтовой механизм 15, соединенный с помощью, например, зуб- . чатой передачи с реверсивным электродвигателем 16, а с помощью, например, беэзазорной крестовой муфты - с датчиком 17 перемещения. Индикатор б положения электрически связан через усилитель 18 с реверсивным электродвигателем 16, а датчик 17 перемещения электрически связан с регистрирующим прибором 19. Электромагнит 13 электрически связан через амперметр 20 и реостат 21 со стабилизированным источником питания . Нагрев образца осуществляется термоблоком 22 с програм" мным регулированием температуры.

Устройство работает следующим образом.

После Установки зажима 1 с закрепленным в нем образцом 2 íà опорной трубке 3 к образцу 2 с,помощью зажима 5 подвешивают передающий стержень

4 так, чтобы он опирался на чувствительный элемент индикатора 6 положения. При необходимости с помощью кронштейна 12 производят регулировку положения индикатора б, затем с помощью кронштейна 9 регулируют натяжение системы упругих элементов 8, чтобы компенсировать вес передающего стержня 4 с зажимом 5, серьги 7 и якоря 11. электромагнита.

Измерительное усилие Р, действую-щее на образец, можно рассчитывать по формуле

1 2 Э 4 где. Р„- вес передающего стержня 4 с зажимом 5

P — вес серьги 7;

P — вес якоря 11 электромагнита, P4 — измерительное усилие индикатора 6 положения, P - реакция системы упругих эле5 ментов 8.

Таким образом, измерительное усилие P легко регулируется по величи не с помощью системы уцругих элементов 8. В качестве упругих элемейтов удобно испольэовать плоские пружины, а в качестве индикатора положениямеханотрон 6Мх1С ГОСТ 5.1658-72.

В этом случае мииимальное измерительное усилие, действующее на образец, равно 1х10 И, что позволяет определять термическое Расширение полимерных пленок, волокон, тонких пластинок.

Дилатометркческие испытания проводят прк выключенном электромагните. При тепловом расширении образца 2 передающий стержень 4 перемеша

85 1225 ется и вызывает перемещение чувствительного элемента индикатора 6 положения. на выходе индикатора 6 положения появляется электрический сигнал, который усиливается в усилителе 18 и подается на реверсивный электродвигатель 16.

Реверсивный электродвигатель 16 вращает микрометрический винтовой механизм 15, который перемещает подвижное основ-йие 10 с закрепленными на нем индикатором 6 положения и системой упругих элементов 8 до тех пор, пока индикатор 6 положения не вернется в положение равновесия и электрический сигнал индикатора не станет равным нулю. Индикатор 6 поло- жения работает в режиме нуль-прибора, и следящая система все время возвращает его в положение равновесия.

Поэтому величина перемещения основания 10 равна изменению длины образ- 20 ца в результате теплового расширения и пропорциональна углу поворота микрометрического винтового механизма 15.

Угол поворота микрометрического винтового механизма 15 измеряется датчиком 17 перемещения. Запись сигнала датчика 17 и температуры образца производится регистрирующим прибором

19.

В результате того, что индикатор О

6 положения и система упругих элементов 8 установлены на подвижном основании 10, перемещение которого равно тепловой деформации образца, а измерение теплового расширения образца 2 осуществляется дополнительно введенным датчиком 17 перемещения

IIo величине угла поворота микрометрического винтового механизма 15, деформация упругих элементов индикатора 6 положения и системы упругих 4О элементов 8 остается постоянной в

- процессе всего опыта., что и позволяет добиться стабилизации величины измерительного усилия, действующего на образец в процессе эксперимента, 4g н, соответственно, увеличения точности эксперимента.

Средний коэффициент линейного термического расширения исследуемого материала в интервале температур АТ рассчитывается по формуле где а9 — разность показаний датчика 55 перемещений 17 в интервале температур Ь"Г;;

К вЂ” коэффициент пропорциональности, определяемый экспериментально при тарировке прибора, 0о — длина образца при начальной температуре.

Для проведения термомеханичес- ° ких испытаний при необходимости внача"45 ле проводят регулировку величины зазора между якорем 11 и сердечником 13 электромагнита с помощью юстировочной площадки 14. По калиброванной кривой (зависимость усилия, развиваемого электромагнитом, от величины тока в цепи) определяют необходимую силу тока, соответствующую требуемой по условиям эксперимента нагрузке, и устанавливают ее с помощью реостата 21. Величину тока контролируют с помощью амперметра 20.

Механическая деформация Е образца измеряется так же, как и тепловая, и рассчитывается по формуле

Ь%- К ео

Так как перемещенные платформы 10 с закрепленным на ней сердечником

13 электромагнита равно деформации образца,то величина зазора между якорем, соединенным с передающим стержнем, и сердечником электромагнита не изменяется в течение эксперимента, поэтому магнитный поток, а следовательно, и велииина создаваемого усилия не зависят от величины деформации образца и остаются постоянными в процессе опыта.

Применение предлагаемого устройства для дилатометрических и термомеханических исследований полимеров позволяет на 80% уменьшить трудоемкость измерения и на 40% уменьшить количест-во экспериментов за счет повиаения точности измерения.

Формула изобретения

Устройство для дилатометрических измерений полимерных материалов, содержащее опорную трубу, расположенный внутри нее передающий стержень, опирающийся на индикатор положения и соединенный с системой упругих элементов, следящую систему и регнстрирующнй прибор, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью обеспечения воэможности проведения термомеханических измерений и повышения точности измерений, оно снабжено электромагнитом, якорь которого соединен с передающим стержнем, а сердечник электромагнита, индикатор положения и система упругих элементов закреплены на подвижном основании следящей системы, соединенном с дополнительно введенным датчиком перемещения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Михайлов В.С. и др. Установка дЛя проведения дилатометричвских испытаний полимеров. - Заводская лаборатория", 1973, 9 1, с. 95-96.

2. Авторское свидетельство СССР

9 184486, кл. G 01 N 25/16, 1964 °

851225

Составитель А.Волков

Редактор И. Михеева Техред T. Маточка Корректор

М.Демчнк

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород. ул. Проектная, 4

Заказ 6341/60 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

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