Устройство для определения предела прочности формовочных смесей на разрыв Советский патент 1984 года по МПК G01N3/00 

Изобретение относится к области испытания материалов на прочность, в частности формовочных и стержневых смесей, используемых в литейном производстве. .

По основному авт. св. № 972319 известно устройство для определения предела прочности формовочных смесей на разрыв, в котором образец, из формовочной смеси, заформованной в разъемную гильзу, подвергается нагреву с торца гильзы. При помощи щупа, вводимого в образец контролируется электрическое сопротивление слоя смеси на уровне разъема гильзы.

По мере движения при прогреве переувлажненного слоя от торца гильзы к уровню ее разъема сопротивление смеси уменьшается, что вызывает изменения напряжения, поступающего на вход аналого-цифрового преобразовател (АЦП). Когда сопротивление достигнет минимальной величины, что соот ветствует моменту нахождения переувлажненного слоя на уровне разъема, гильзы, срабатывает схема, содержащая АЦП и дополнительный счетчик, после чего блок управления циклом формируе команду на отвод нагревателя и включ ние силовозбудителя. Последний создает линейно-нарастающее усилие разрыва образца, которое воспринимается тензорезисторным датчиком и преобразуется в цифровую форму с помощью того же АЦП. Поскольку в устройстве . используется нереверсивный АЩ1 следящего уравновешивания, то он обеспечивает .запоминание максимального усилия разрыва 1 .

Однако 3fo устройство требует неренастройки, если начальное электрическое сопротивление смеси которое зависит от влажности-смеси и ее состава будет изменяться в широких пределах. .

Действительно, напряжение с делителя, состоящего из резистора и сопротивления смесиJ поступает на АЦП и преобразуется в числовую форму. При дальнейшем прогреве образца и образовании-переувлажненного слоя число в АЦП будет расти, что может . привести к переполнению АЦП,, числовая емкость которого ограничена, т.е устройство обнаружения экстремума проводимости не срабатывает. Поскольку начальное напряжение с делителя резистор - смесь зачастую больше.

чем приращение напряжения, вызванное образованием переувлажненного слоя (а для обнаружения экстремума нужно в АЦП преобразовать именно изменение напряжения с делителя), то начальное напряжение с делителя необходимо скомпенсировать напряжением смещения Однако это можно сделать для какогото диапазона начальных напряжений. Если же будет испытываться образец из смеси, сопротивление которой значительно отличается от того диапазона, на который настроено устройство (выбором величины напряжения смещения) , то возможны два случая. Вопервых, напряжениесс делителя станет значительно меньше напряжения смещения и даже при переувлажнении слоя смеси оно не превысит напряжения смещения. В этом случае число в АЦП останется нулевым, и схема обнаружения экстрему1-1а не сработает. Во-вторых напряжение с делителя намного превысит напряжение,смешения, что приведет к переполнению АЦП при образовании переувлажненного слоя и увеличении напряжения с делителя. И в этом случае.устройство обнаружения экстремума также не сработает в нужный момент. Оно может работать правильно, если влажность смеси, например, изменяется в пределах 3%. Если же влажность смеси выйдет за тот диапазон в 3%, на которое настроено устройство, то следует изменить устаку напряжения смещения. При исследованиях смесей их влажность может изменяться от 2 до 10%, т.е. .потребуется 3-4 уставки напряжения смещения.

Таким образом, если сопротивление смеси значительно отличается от того диапазона, на который настроено данное устройство, то узел автоматического определения момента прохоядения переувлажненным слоем уровня разъема гильзы может не сработать, что вызывает необходимость перенастройки устройства., снижает егр производительность, уменьшает достоверность резултата измерения, усложняет пользовани устройством.

Целью изобретения является повышение производительности и достоверности измерения, упрощение использовния устройством.

Дпя достижения этой цели устройство для определения предела прочности формовочных смесей на разрыв

снабжено блоком .автоматической компенсации начального электрического сопротивления смеси, содержащим соединенные последовательно триггер, схему И, счетчик импульсов и цифроаналоговый преобразователь, причем второй и третий входы схемы И соединены соответственно с выходом генератора тактовой частоты и соответствующим выходом блока управления, циклом, вход триггера соединен с выходом счетчика аналого-цифрового преобразователя, а выход цифроаналогового преобразователя подключен через коммутатор к входу аналого-цифрового преобразователя.

Такое выполнение устройства.позволяет автоматически, компенсировать начальное напряжение с делителя, одним из плеч которого является сопротивление смеси, благодаря чему обеспечивается возможность срабатывания узла автоматического-определения момента нахождения переувлажненного слоя на уровне разъема гильзы при широких колебаниях состава и влажности испытуемых смесей.

На фиг. 1 приведенасхема устройства для определения предела прочности формовочных, смесей; на фиг. 2 - схема блока управления циклом.

Устройства содержит злектропроводящий щуп 1, закрепленный с электронагревателем 2, имеющим.привод 3 подъема-опускания. Неизолированный конец щупа 1 находится на уровне разъема гильзы 4 и кольца 5. В гильзе 4 с кольцом 5 запрессован стандартный образец 6. К одному полюсу источника 7 питания подсоединена гильза 4, к другому - щуп I через резистор 8. Резистор 8 и сопротивление смеси между щупом .1 и гильзой 4 образуют делитель напряжения,, котор.ый подключен .на вход коммутатора 9. Второй вход коммутатора 9 соединен с. выходом тензорезисторного датчика 10. Выход коммутатора 9 подключен к входу АЦП П. Аналого-цифровой преобразователь 11 содержит элемент 12. сравнения, усилитель 3 рассогласования,, выход которого управляет ключом 14. Генератор 15 тактовой частоты, через ключ 14 подсоединен к входу счетчика 16, кодовый выход.которого соединен с входами цифрового.индикатора 17 и цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 18, выход которого-подан на вход элемента

12 сравнения, второй вход которого явлйется входом АЦП 11.

Счетчик 19 имеет счетный вход, подключенный к выходу, генератора тактовой частоты,, и шину сброса, подключенную к. выходу ключа 14. Выход счетчика 19 подключен к входу блока 20, управления 1ЩКЛОМ,. управляющие выходы которого соединены.с приводом 3 подъема-опускания .нагревателя, силовозбудителем 21, управляющим входом коммутатора 9, шиной 22 сброса АЦП П, аг также с входом.блока 23 автоматической компенсации начального сопротивления смеси. Последний содержит соединенные последовательно триггер 24, схему И 25, счетчик 26, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 27. Входы схемы И 25 подкгэдчены к вькоду блока 20 управления циклом, к выходу генератора 15 тактовой частоты и к выходу счетчика 16.

Блок 20 управления циклом (фиг. 2) содержит, соединенные последовательно конечный выключатель .28 и одновибратор 29, Выход одновибратора 29 соединен с входами, сброса триггера 24, счетчика 26 и счетчика.19 (эти связи на фиг. I не показаны, с первым входом запуска одновибратора 30, а также с входом предварительной-установки сдвигового.регистра 31. Первый выход регистра 31 соединен с входом формирователя 32 вцдержки времени и входом ключа 33, а выход формирователя 32 выдержки, времени соединен- с управляющим входом ключа 33. BTOpoi выход регистра 31 соединен .с вторым входом запуска одновибратора 30. Выходы одновибраторов 29 и 30, сдвигового регистра 31, ключа 33 являются управля- ющими выходами блока 20 управления циклом.

Устройство работает следунщим образом.

Разъемную гильзу 4 .с заформованным в нее образцом 6 устанавливают, в устройство. При этом гильза 4 воздействует на конечный выключатель 28, последний срабатывает и запускает одновибратор 29, который формирует импульс сброса триггера 24, счетчика 26 счетчика 19, а также осуществляет запуск одновибратора 30, который сбрасывает, счетчик 16 и осуществляет установку в. исходное состояние сдвигового регистра 31,.при котором на его первом выходе.появляется сигнал, включающий привод 3 опускания нагревател 2. Таким образом, осуществляется авт матическая подготовка всех узлов уст ройства и запуск цикла измерения. ., Цикл измерения начинается с опускани нагревателя 2 приводом 3 на гильзу 4 При этом щуп 1 внедряется в образец 6, По мере лрогрева.образца влага ис паряется из слоев, прилега(их к нагревателю, .и конденсируется.в еще не прогретом лежащем ниже слое. Образуе ся переувлажненный слой, который с течением времени прогрева перемещает ся внутрь образца. По мере приближения этого слоя к концу щупа 1 электрическое сопротивление смеси между щупом 1 и гильзой 4 уменьшается,,что вызывает изменение нацряженля на выходе делителя. На данном этапе.цикла измерения блок 20 управления циклом устанавливает коммутатор 9 в такое положение, что на вход.АЦП 11 поступает напряжение с делителя резистор 8 - смесь и напряжение,с выхода блока 23 автоматической -компенсации начапьного сопротивления смеси. В нача ле цикла измерения счетчик 26 находи ся в нулевом состоянии и напряжение на выходе 27 также нулевое В результате этого разность напряже- НИИ на входе блока 12 сравнения, уси ленная усилителем 13, формирует сигнал, запирающий ключ 14. Через некоторое время, достаточное для внедре- ния щупа 1 (это время задается форми рователем 32 выдержки времени), открывается ключ 33, и блок 20 управле ния циклом формирует Открьшакшщй сиг нал на схему И 25, и через нее импульсы тактовой частоты от генератора 15 начинают поступать на счетчик 26, При этом начинается увеличение напряжения на выходе ЦАП 27, Так продолжается до тех пор, пока разность на входе блока 12 сравнения не изменит свой знак и после усиления усилителем 13 несформирует сигнал, открьшающий ключ 14. При этом начинают поступать импульсы от генератора 15 на счетчик 16, Появление уже первых чисел в счетчике 16 вызывает опрокидывание триггера 24, который закрьшает схему И 25, число в счетчике 26 перестает изменяться, соответственно перестает изменяться напряжение на выходе ЦАП 27, Таким образом, на данном этапе цикла начальное напряжение делителя 236 резнсТор 8 - смесь компенсируется напряжением с ЦАП 27. Емкость счетчика 26 и I-IAII 27 невелика. Достаточно обеспешть 3-4 ступени компенсирующего напряжения с выхода ЦАП 27, чтобы обеспечить работу устройства со смесями, имеющими влажность 1-12%. При дальнейшем прогреве и образовании переувлаженного слоя напряжение делителя изменяется .и вновь вызывает изменение знака разности сигналов на входе блока 12.сравнения, которая усиливается усилителем,13 и открывает ключ 14. Очередной импульс от генератора 15 проходит на счетчик 16, увеличивая число.в нем на 1. Это вызывает увеличение на определенную ступеньку напряжения на выходе.ЦАП 18, что приводит к изменению -знака разности сигналов на входе блока 12 сравнения и запиранию ключа 14, Таким же образом при дальнейщем- прогреве формируется очередной импульс на счетчик 16, Когда проводимость смеси достигнет максимальной величины, т.е. переувлажненный слой достигнет уровня разъема гильзы, скорость изменения напряжения с выхода делителя резистор 8 смесь уменьщается. Соответственно уменьшается частота рабочих импульсов на счетчик 16. С помощью счетчика 19 контролируется период между импульсами рабочей частоты на входе счетчика 16. Каждый такой импульс осуществляет сброс счетчика 19, а в период между, импульсами делитель заполняется импульсами тактовой частоты..от гене,ратора 15. Если время между рабочими импульсами на входе счетчика 16 (и шине Сброс счетчика 19) увеличится настолько, что счетчик 19 успеет переполниться, то будет сформирован выходной импульс, который поступит на блок 20 управления циклом. В этом блоке 20 импульс поступит на вход сдвигового регистра 31, который перейдет в следующее(второе состояние, при котором исчезает сигнал на первом выходе регистра- 31, а также на выходе ключа 33, и появляется сигнал на втором выходе регист ра 31. Этот момент соответствует заверщению процесса образования переувлаж- . ненного слоя на уровне разъема гильзы. Блок 20 переводит устройство на следующий этап цикла изменения. На этом этапе отводится нагреватель 2 приводом

3 от гильзы 4, включается силовозбухдитель 21, который формирует линейно нарастающее усилие разрыва образца, воздействуя.на отрывное кольцо 5, переключается коммутатор 9, обеспечивая подключение на вход АЦП 1I сигнала с выхода тензорезисториого датчика 10, воспринимающего разрыва, формируется также блоком 20.импульс сброса показаний АЦП 11 , который поступает на вход 22 сброса с выхода одновибратора 30.

Усилие на разрыв, образца преобразу ется в электрический сигнал тензо)резисторным датчиком 10, а затем в цифровую форму с помощью-АЦП 1I. Когда происходит разрыв, образца,, сигнал с тензодатчика 10 резко уменьшается, . но поскольку в АЦП 11- используется нереверсивный, счетчик 16, то в нем остается число, соответствующее максимальной величине.силы, имевшей место .перед разрывом образца. Таким образом, на этапе разрыва образца АЦП 11 используется для запоминания раз(швного усилия.

После разрыва образца ключ 14 закрыт, импульсы рабочей.:частоты на входе счетчика 16 /а также на шине Сброс.счетчика 19j исчезают, счетчик 19 переполняется импульсами тактовой .частоты -и формирует на блок 20 сигнал об окончании.цикла измерения. Этот очередной импульс со .счётчика 19 переводит сдвиговый регистр 31 в . третье состояние., при котором .исчезает сигнал с второго выхода .регистра 31.

Блок 20 .отключает;снловозбудитель Показаиия в АЦП t1 сохраняются до следующего цикла измерение, когда сигнал. Сброс от блока 20 установит счетчики 16, 26 .и триггер. 24 в.исходное .состояние. Показания q АЦП IJ могут быть переданы, в ЗЮ1 дяя обработки и регистрации.либо в АСУ автоматической линии.

Годовой экономический эффект на одно устройство составит 0,50,8 тыс.руб.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛА. ПРОЧНОСТИ ФОРМОВОЧНЫХ СМЕСЕЙ НА РАЗРЫВ по авт. св. № 972319, отлича. ющееся тем, что. с цепью повышения производительности устройства, упрощения использования его н повышения достоверности измерения, оНо .снабжено блоком автоматической компенсации начального злектри ческого .сопротивления , содержащим соединенные последовательно триггер, схему И, , счетчик импульсов и цифроаналоговый нреобра зовете ль., npk чем второй н. третий входы схешц И соединены соответственно с выходом генератора тактовой частоты и с соответствующим выходом блока управления циклом, вход триггера соедине н с выходом счетчика аналого-цифрового г преобразователя а выход цифроаналогового преобразователя подключен.-к входу аналого-цифровогопреобразователя через коьв4утатор.