Устройство для измерения реологических характеристик твердых материалов

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ р1>8794О4 (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 26.12.78 (21) 2703187/18-25 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Опубликовано 071181 Бюллетень М41

Дата опубликования описания 071181 (51)М. Кл.

6 01 И 11/16

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК 532. 137 (,088.8) (72) Авторы изобретения

К.В.Исаев, В.В.Павлов, И.A Дроздов и Н.В.Беликов

Ростовский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ТВЕРПБ1Х NATEPHAJIOB

Изобретение относится к области исследования реологических характеристик твердых материалов.

Известно устройство для измерения реологических характеристик твердых материалов, содержащее термокамеру с исследуемым образцом, генератор гармонических колебаний, силовозбудитель образца, датчик деформации и напряжения и информационно-измерительные блоки P1) .

В этом устройстве силовозбудитель, выполненный в виде следящего электромагнитного, гидравлического или пневматического привода, служит для реа- 15 лизации в образце изменяющегося во времени одного из видов напряженнодеформационного состояния: кручения, изгиба, одноосного растяжения, одноосного или всестороннего сжатия и 20 т.д. Большое разнообразие частных реализаций устройства, связанное с большим разнообразием видов напряженно-деформированного состояния, а также с необходимостью исследования широкого класса материалов в широком диапазоне частот, деформаций и напряжений, тем не менее не затрагивает в значительной мере информационно-измерительную часть устройства. Изме- 30 рение указанных выше характеристик в известном устройстве происходит путем сравнения в электрических цепях сигнала, поступающего с датчика напряжения, с сигналом генератора и измерения его амплитудного и фазового искажения при предположении, что деформация в образце в точности следует за сигналом генератора. Чтобы добиться минимального рассогласования между сигналом с датчика деформации и генератора применяют отрицательную обратную связь между датчиком деформации и электрическим входом силовозбудителя.

Однако, ввиду ограниченной мощности силовоэбудителя и его нелинейности, точного следования деформации образца за сигналом генератора добйться не удается. Особенно это относиться к области высоких частот и к случаю пневматических или гидравлических силовозбудителей, необходимость применения которых связана с реализацией значительных усилий на образце.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению. является устройство Г2", которое содержит термокамеру с испытываемым образцом,генератор гармонических колебаний с выходами, сдвинутыми по фазе

879404 на 90, датчики деформации и напряжения, устройство сравнения, один из

ВХОДОi3 KOTOPOE О ПОДКЛЮЧЕН К ВЫХОДУ генератора с нулевой фазой; другой вход — к выходу датчика деформации, причем выход устройства сравнения соединен с входом силоьозбудителя, блок идентификации„ состоящий из двух делителей напряжения, сумматора, два входа которого соединены с выходами делителей, сравнивающего устройства, "ОДИН ВХОД КОТОРОГО ЯВЛЯЮЩИЙСЯ ПЕР вым входом блока идентификации, сое динен с датчиком напряжения, другой с выхОдОМ сумматора, являющимся сигнзньным ВыхоДОМ блока идентифи кациы„ блока настрсйки делителей, 15 два Входа кото ого явля10щиеся вторым и третьим входами блока идентификации, соединены со входами делителей, третий †-с выходом устройства сравнения, а два выхода — соответст- 2О венно с управляющигIII входами первого и второго делителей, блока измерений, входы которого соединены с управляющими Входами делителфй напряжения, Образующими измерительный вход блока р5 идентификации. В известном устройстве с ростом частоты возрастает погрешность в определении комплексного модуля материала. Это приводит к ограничению диапазона рабочих частот.

Целью изобретения является повыаение точности измерений и расширение частотного диапазона.

Эта цель достигается тем, что в известном устройстве содержащем гB нератор гармонических колебаний с выходами, сдвинутыми по фазе на 900, датчики деформации и напряжения, устройство сра".Нения, один из входов которогQ пОдключен к выхОду генератОра с нулевой фазой, другой вход — к вы- 4О ходу датчика деформации, силовозбуцитель образца, механически связанный с образцом и датчиком деформации, причем выход устройства сравнения соединен с входом силовозбудителя, и блок идентификации, состоящий из двух делителей напряжения<сумматора два входа которого соединены свыходами,делителей,сравнительного устройства, один вход которого являющийся первым входом блока, идентификации „соединен с датчиком напряжения,другой — с выходом сумматора, являющимся сигнальным выходом блока идентификации, блока настройки делителей, два входа которого являющиеся вторым и третьим вхо55 дами блока идентификации соединены со входами делителей, третий — с выходом устройства сравнения, а два выхода соответственно с управляющими входами делителей напряжения, образующими измерительный выход блока идентификации, введены дополнительно фазовращатель на 90, второй блок идентификации, первый вход которого

"оединен с выходом датчика деформации,gg второй вход — с выходом генератора с нулевой фазой, третий вход — с вы-, ходом генератора с фазой, сдвинутой на 900, а сигнальный выход — co вторым и третьим входами первого блока идентификации, со вторым-непосредственно, а с третьим — через дополнительный фазовращатель.

На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство.

Оно содержит генератор гармонических колебаний 1 с двухфазным выходом, силовозбудитель 2 образца, устройства сравнения 3, 4, термокамеру 5, датчики деформаций 6 и напряжений 7, делители напряжения 8-11, блоки настройки делителей 12, 13, фазовращатель на 90 14, сумматоры 15, 16, блок идентификации 17.

Устройство работает следующим образом.

Гармонический сигнал x(t) подается с выхода генератора 1 на вход элемента сравнения 3, на выходе которого формируется разность между этим сигналом и сигналом от датчика деформации 6. Эта разность управляет силовозбудителем 2, которым нагружен образец по периодическому закону. При этом на выходах датчиков 6 и 7 появляются сигналы

М< (б) и Y(a) . Сигналы Х Ю и Х(Ц на выходах генератора 1 пропуска отся через управляемые делители 8, 9, затем суммируются на сумматоре 15, на выходе которого формируется сигнал

Х Ю=4 0$1l1 шtФ Q 0 С05 и) т где 4 и ц — коэффициенты, зависящие соответственно от положения делителей 8 и 9.

Блок настройки 12 делителей 8 и 9 регулирует их коэффициент передачи таким образом, чтобы минимизировать средний квадрат рассогласования, между выходами сумматора 15 и датчика деформации 6 -,ц =х,) Ь)- х„< ) сформированного на выходе устройства сравнения 4.

Б результате настройки делителей

8 и 9 сигнал Xg(t) на выходе сумматора 15 становится в точности равным первой гармонике сигнала

,ь) = a„sin(u)t Ю

Этот сигнал с помощью фазовращателя

14 преобразуется в сигнал

71 )=Ц,COS (W4+II ).

Сигналы Ng(4) и Хg(t) через делители 10, .11 подаются на вход сумматора

16, на вход сумматора поступает и сигнал с датчика напряжения 7. На выходе сумматора 16 формируется сигнал: ) ) )+ g 0 +„n(urz lI )+Cggg505(W4> ) 1 где С„ ы С,1 — коэффициенты, соответствующие положениям делителей 10 и 11.

С выхода блока 16 сигнал поступает на блок сравнения 18, сигнал с

879404 которого подается на блок 13. Блок настройки 13 делителей 10 и 11 регулирует их коэффициент передачи таким образом, чтобы минимизировать средний квадрат 5(Ь1 . В результате настройки коэффициенты С„ и Cg принимаЮт значения, в точности равные действительной и мнимой частям комплексного коэффициента передачи, связывающего первые гармоники сигнала на выходе датчика напряжения 7 и сигнала о на выходе датчика деформации 6.

Этот коэффициент, измеренный с помощью блока 16, равен комплексному модулю материала, соответствующему частоте м — первой гармоники сигнапов Х1 (Ь) и S ftJ и не содержит в себе погрешностей „обусловленных неидентичностью сигналов Х (t) и Х (1)

Таким образом, устройство позволяет повысить точность измерений и рас-. ,ширить диапазон рабочих частот. 2О

Формула изобретения

Устройство для измерения реологических характеристик твердых материалов, содержащее генератор гармонических колебаний с выходами, сдвину- 25 тыми по фазе на 90О, датчики деформации и напряжения, устройство сравнения один из входов которого подключен к выходу генератора с нулевой фазой, другой вход — к выходу датчика gg деформации, силовозбудитель, механически связанный с образцом и датчиком деформации, выход устройства сравнения соединен с входом силовоэбудителя, и блок идентификации, состоящий из двух делителей напряжения, сумматора, два входа которого соединены с выходами делителей, сравнивающего устройства, один вход которого, явля-ющийся первым входом блока идентификации, соединен с датчиком напряжения, другой — с выходом сумматора, являющийся сигнальным выходом блока идентификации, блока настройки делителей, два входа которого, являющиеся вторым и третьим входами блока идентификации, соединены со входами делителей, третий — с выходом устройства сравнения, а два выхода — соответственно с управляющими входами, первого и второго делителей, блока измерений, входы которого соединены с управляющими входами делителей напряжения, образующими измерительный выход блока идентификации, о т л и ч а ю щ е ес я тем,,что, с целью повышения точности измерений и расширения частотного диапазона, в устройство введены дополнительно фазовращатель на 90, второй блок идентификации, первый вход которого соединен с выходом датчика деформации, второй вход — с выходом генератора с нуле-. вой фазой, третий вход — с выходом генератора с фазой, сдвинутой на 90 а сигнальный выход — со вторым и третьим входами первого блока идентификации, со вторым — непосредственно, а с третьим — через дополнительный фазовращатель.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Прибор для исследования динамических характеристик полимеров на низких частотах. — "Заводская лаборатория", 1973, 9 11, том 39, с.14021404.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке H- 2434252/18-25,кл. G 018 11/16, 1977.

879404

Составитель В.Вощанкин

Редактор H.Êîëÿäà Техред M,Íàäü

Корректор E.Ðoøêo

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

Заказ 970б/10 Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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