СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ ПОКОЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩЕГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2014 года по МПК G01N19/02 

Описание патента на изобретение RU2525585C1

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к определению коэффициента трения покоя.

Известен способ определения химической чистоты поверхности образца с использованием измерительного щупа, заключающийся в определении силы трения между поверхностью образца и измерительного щупа в момент его отрыва от образца, причем используют щуп, контактирующий в одной точке с поверхностью образца, например диск или шарик. Исследуемый образец закрепляют на предметном столике, устанавливают щуп на поверхности образца, постепенно увеличивают тяговое усилие, фиксируют момент сдвига, замеряют показания динамометра и сравнивают с показаниями динамометра по эталонной модели (SU №188106, кл. G01N 13/00, 1966 г.).

Недостатками способа являются:

- невозможность его использования для измерения собственно коэффициента трения;

- необходимость сравнения результатов с измерениями на эталонном образце;

- ограничение точности измерения точностью тарировки динамометра, что приводит к погрешностям, если измерения выполнять при малых нормальных нагрузках в контакте щупа и образца.

Наиболее близким к заявляемому является способ определения коэффициента трения покоя поверхностных слоев материала (RU №2150688, кл. G01N 19/02, 2000 г.), заключающийся в установке измерительного щупа на поверхность образца в одной точке и фиксации момента сдвига измерительного щупа относительно образца. Образец устанавливают с возможностью поступательного перемещения в горизонтальной плоскости, измерительный щуп устанавливают с возможностью углового перемещения в вертикальной плоскости на длинных гибких связях. Затем измерительный щуп нагружают и перемещают образец в паре со щупом до их взаимного сдвига. Рассчитывают величину линейного перемещения образца как разность конечного δ2 и начального δ1 показаний по шкале микрометрического винта.

Коэффициент трения покоя рассчитывают по формуле

f = P G δ L ,                                                                                                    (1)

где

Р - вес измерительного щупа;

δ=δ12 - величина линейного перемещения образца;

G - дополнительная нагрузка на измерительный щуп;

L - длина гибких связей.

Недостатком прототипа является то, что фиксация момента сдвига измерительного щупа относительно образца проводится визуально, что приводит к неточному определению величины линейного перемещения образца.

Задачей изобретения является разработка нового способа, обеспечивающего достоверный результат при определении величины линейного перемещения образца, используемого, например, для скользящих электрических контактов.

Техническим результатом является повышение точности определения коэффициента трения покоя при малых нагрузках на поверхностях трения электропроводящих материалов.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что в способе определения коэффициента трения покоя поверхностного слоя электропроводящего, включающем установку образца с возможностью поступательного перемещения в горизонтальной плоскости, установку измерительного щупа, контактирующего с поверхностью образца в одной точке, с возможностью углового перемещения в вертикальной плоскости на гибких связях, нагружение измерительного щупа и перемещение образца в паре со щупом до их взаимного сдвига, согласно изобретению сдвиг фиксируют по скачку электрического напряжения в контакте измерительного щупа с поверхностью образца, а коэффициент трения покоя электропроводящего материала рассчитывают по формуле:

f = P G S L t 2 t 1 ,

где

S - первоначальное расстояние между держателем образца и движителем, задаваемое по эталону - концевой мере длины;

t1 - время прохождения движителем расстояния S;

t2 - время движения образца в паре со щупом до фиксации момента скачка электрического контактного напряжения;

Р - вес измерительного щупа;

G - дополнительная нагрузка на измерительный щуп;

L - длина гибких связей.

Замена субъективной визуальной фиксации момента сдвига, то есть начала механического движения измерительного щупа относительно образца, приборной фиксацией момента времени, соответствующего скачку электрической величины - контактного напряжения, повышает точность определения коэффициента трения покоя.

Предлагаемый способ поясняется схемой его реализации, показанной на фиг.1.

Схема содержит: электропроводящий образец 1, установленный в держателе 2 образца, имеющем возможность перемещения в горизонтальной плоскости, измерительный щуп 3, подвешенный на гибкой связи с возможностью углового перемещения в вертикальной плоскости и контактирующий в одной точке с поверхностью образца 1. Источник постоянного тока 4, соединенный в последовательную электрическую цепь с образцом 1 и измерительным щупом 3, цифровой милливольтметр 5, подключенный к области контакта образца 1 с измерительным щупом 3, движитель 6 линейного перемещения с постоянной скоростью, источник постоянного тока 7, соединенный последовательно с цифровым амперметром 8 и подключенный к электрическим контактам на торцевых поверхностях движителя 6 и держателя 2 образца 1, электронный блок 9 управления, электронный миллисекундомер 10 для отсчета интервалов времени.

Способ осуществляют следующим образом.

Подключают провода от источника тока 4 и цифрового милливольтметра 5 к электрическим контактам, припаянным вблизи поверхности исследуемого образца 1 из электропроводящего материала. Образец 1 закрепляют на держателе образца 2. Перемещая держатель 2 по горизонтальной направляющей, выставляют его с помощью концевой меры длины на заданном расстоянии от 20 до 100 мм в зависимости от длины гибких связей и дополнительной нагрузки на измерительный щуп от движителя 6. Приводят измерительный щуп 3 в контакт с образцом 1. Нагружают щуп 3 и подают на контакт электрическое напряжение от 0,1 до 1 мВ в зависимости от сопротивления контакта, так чтобы ток был не более 1 А, регистрируемое микровольтметром 5. Подают от электронного блока 9 управления электрический сигнал, одновременно включающий движитель 6 поступательного перемещения с постоянной скоростью и запускающий миллисекундомер 10. После прохождения движителем заданного расстояния S, происходит касание контактов движителя 6 и держателя образца 2, замыкается электрическая цепь, по которой начинает течь электрический ток, регистрируемый цифровым амперметром 8. В этот момент времени амперметр 8 через блок 9 управления генерирует сигнал для миллисекундомера 10, который фиксирует интервал времени f1 и начинает отсчет интервала t2 времени движения образца 1 в паре со щупом 3 до их взаимного сдвига. При сдвиге щупа 3 относительно образца 1 происходит регистрируемый милливольтметром 5 скачок контактного напряжения. В этот момент времени милливольтметр 5 через блок 9 управления генерирует сигнал для миллисекундомера 10, который фиксирует интервал времени t1 и останавливает движитель 6.

Коэффициент трения покоя рассчитывают по формуле (2):

f = P G S L t 2 t 1 ,

где

S - первоначальное расстояние между держателем образца и движителем, задаваемое по эталону концевой мере длины;

t1 - время прохождения движителем расстояния S;

t2 - время движения образца в паре со щупом до фиксации момента скачка электрического контактного напряжения;

Р - вес измерительного щупа;

G - дополнительная нагрузка на измерительный щуп;

L - длина гибких связей.

Изобретение реализовано в виде лабораторного образца и применяется для измерения коэффициента трения покоя в научно-исследовательских и учебных целях.

Были проведены две серии измерений коэффициента трения покоя пар различных электропроводящих материалов: меди Ml, циркония йодидного, золота 99,95% по способу-прототипу и по предлагаемому способу. Использовались микротрибометры со следующими параметрами: вес измерительного щупа - 1,82 г, длина гибких связей - 222 мм. Коэффициенты трения измеряли при дополнительной нагрузке на измерительный щуп, которую создавали разновесами весом от 0,05 г до 0,5 г. Измерение при одной нагрузке повторяли 10 раз. Далее рассчитали коэффициент трения покоя при каждой дополнительной нагрузке на измерительный щуп по формуле (1) для способа-прототипа и формуле (2) предлагаемого способа.

Статистическую обработку массива результатов измерений проводили по методике для косвенных измерений с многократными наблюдениями при линейной зависимости (Димов Ю.В. Метрология, стандартизация и сертификация. Учебник для вузов. 2-е изд. - СПб.: Питер, 2006. С.237-240). В ней за результат измерения принимают среднее арифметическое результатов многократных измерений. Доверительные границы случайной погрешности результата измерения находили при доверительной вероятности Р=0,95 и числе измерений п=10. Результаты обработки приведены в таблицах 1-3.

Таблица 1 Экспериментальные значения коэффициентов трения покоя пары медь Ml-медь Ml Нагрузка на измерительный щуп G, г Коэффициенты трения По прототипу По предлагаемому способу 0,05 0,49±0,05 0,46±0,02 0,1 0,45±0,06 0,45±0,03 0,2 0,34±0,04 0,36±0,02 0,3 0,34±0,03 0,34±0,02 0,4 0,30±0,04 0,31±0,01 0,5 0,28±0,03 0,30±0,02

Таблица 2 Экспериментальные значения коэффициентов трения покоя пары цирконий - цирконий Нагрузка на измерительный щуп G, г Коэффициенты трения По прототипу По предлагаемому способу 0,05 0,38±0,07 0,35±0,04 0,1 0,34±0,05 0,31±0,03 0,2 0,32±0,07 0,32±0,02 0,3 0,29±0,06 0,26±0,04 0,4 0,25±0,05 0,24±0,02 0,5 0,22±0,04 0,18±0,02

Таблица 3 Экспериментальные значения коэффициентов трения покоя пары золото-золото Нагрузка на измерительный щуп G, г Коэффициенты трения По прототипу По предлагаемому способу 0,05 0,59±0,06 0,55±0,03 0,1 0,52±0,06 0,46±0,02 0,2 0,44±0,05 0,38±0,03 0,3 0,40±0,03 0,38±0,03 0,4 0,39±0,02 0,34±0,02 0,5 0,32±0,02 0,29±0,01

Из представленных опытных показателей видно, что применение предлагаемого способа уменьшает погрешность результата измерения и тем самым повышается точность определения коэффициента трения покоя.

В настоящее время способ определения коэффициента трения покоя поверхностного слоя электропроводящего материала находится на стадии лабораторных экспериментов.

Похожие патенты RU2525585C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ ПОКОЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ МАТЕРИАЛА 1998
  • Измайлов В.В.
  • Гусев А.Ф.
  • Нестерова И.Н.
  • Иванова А.А.
RU2150688C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ ПОКОЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ МАТЕРИАЛА 2006
  • Гусев Александр Федорович
  • Измайлов Владимир Васильевич
  • Нестерова Ирина Николаевна
RU2308706C1
Способ определения силы трения покоя материалов 1987
  • Павлюк Дмитрий Александрович
  • Андреев Сергей Иванович
  • Лебедев Александр Сергеевич
  • Кизима Станислав Степанович
SU1467456A1
ШАГАЮЩИЙ РОБОТ-НАНОПОЗИЦИОНЕР И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЕГО ПЕРЕДВИЖЕНИЕМ 2010
  • Лапшин Ростислав Владимирович
RU2540283C2
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА ТРЕНИЕ 2003
  • Мусалимов В.М.
  • Исмаилов Г.М.
  • Аникеенко А.Д.
  • Ларичкин М.П.
  • Власов Ю.А.
RU2244290C1
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ТКАНИ 1998
  • Гусев В.Г.
  • Мирин Н.В.
  • Мирина Т.В.
RU2190994C2
ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО 1997
  • Фридман Б.П.
  • Жернаков В.С.
  • Фридман О.Б.
RU2133448C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ СЦЕПНЫХ КАЧЕСТВ ДОРОГИ С ТВЕРДЫМ ПОКРЫТИЕМ 2002
  • Нетеса Ю.Д.
  • Деникин Э.И.
  • Шестопалов А.А.
RU2227190C2
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СЦЕПНЫХ КАЧЕСТВ ДОРОЖНОГО ПОКРЫТИЯ 2011
  • Деникин Эрнст Иванович
  • Нетеса Юрий Дмитриевич
  • Шестопалов Александр Андреевич
  • Тарантин Демид Сергеевич
RU2464373C2
Способ определения силы трения покоя и скорости сдвига 1981
  • Лейках Леонид Меерович
  • Хачиян Грант Алексеевич
SU1037145A1

Реферат патента 2014 года СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ ПОКОЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩЕГО МАТЕРИАЛА

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к определению коэффициента трения покоя. Способ определения коэффициента трения покоя поверхностного слоя электропроводящего материала включает установку образца с возможностью поступательного перемещения в горизонтальной плоскости. Также способ включает установку измерительного щупа, контактирующего с поверхностью образца в одной точке, с возможностью углового перемещения в вертикальной плоскости на гибких связях. Кроме того, способ включает нагружение измерительного щупа и перемещение образца в паре со щупом до их взаимного сдвига. При этом сдвиг фиксируют по скачку электрического напряжения в контакте измерительного щупа с поверхностью образца, а коэффициент трения покоя электропроводящего материала рассчитывают по формуле:

f = P G S L t 2 t 1 ,

где S - первоначальное расстояние между держателем образца и движителем, задаваемое по эталону концевой мере длины;

t1 - время прохождения движителем расстояния S;

t2 - время движения образца в паре со щупом до фиксации момента скачка электрического контактного напряжения;

Р - вес измерительного щупа;

G - дополнительная нагрузка на измерительный щуп;

L - длина гибких связей. Техническим результатом является повышение точности определения коэффициента трения покоя при малых нагрузках на поверхностях трения электропроводящих материалов. 1 ил., 3 табл.

Формула изобретения RU 2 525 585 C1

Способ определения коэффициента трения покоя поверхностного слоя электропроводящего материала, включающий установку образца с возможностью поступательного перемещения в горизонтальной плоскости, установку измерительного щупа, контактирующего с поверхностью образца в одной точке, с возможностью углового перемещения в вертикальной плоскости на гибких связях, нагружение измерительного щупа и перемещение образца в паре со щупом до их взаимного сдвига, отличающийся тем, что сдвиг фиксируют по скачку электрического напряжения в контакте измерительного щупа с поверхностью образца, а коэффициент трения покоя электропроводящего материала рассчитывают по формуле:
f = P G S L t 2 t 1 ,
где
S - первоначальное расстояние между держателем образца и движителем, задаваемое по эталону концевой мере длины;
t1 - время прохождения движителем расстояния S;
t2 - время движения образца в паре со щупом до фиксации момента скачка электрического контактного напряжения;
Р - вес измерительного щупа;
G - дополнительная нагрузка на измерительный щуп;
L - длина гибких связей.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2014 года RU2525585C1

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ ПОКОЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ МАТЕРИАЛА 1998
  • Измайлов В.В.
  • Гусев А.Ф.
  • Нестерова И.Н.
  • Иванова А.А.
RU2150688C1
US 3977231 A 31.08.1976
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ ПОКОЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ МАТЕРИАЛА 2006
  • Гусев Александр Федорович
  • Измайлов Владимир Васильевич
  • Нестерова Ирина Николаевна
RU2308706C1
US 5490410 A 13.02.1996

RU 2 525 585 C1

Авторы

Измайлов Владимир Васильевич

Гусев Александр Федорович

Гусев Дмитрий Александрович

Нестерова Ирина Николаевна

Новоселова Марина Вячеславовна

Даты

2014-08-20Публикация

2013-04-09Подача