Устройство для измерения внутреннего трения твердых тел Советский патент 1987 года по МПК G01N19/02 

блока 18 регулируемой задержки.Блок 19 измерения периода измеряет интервал времени между двумя последовательными импульсами, делит этот иитер- Вс1Л на 4 и управляет блоком 18 регулируемой задержки так, что в моменты времени u)t: Л+2 Я п на выходе последнего вырабатываются импульсы,поступающие на управляющий вход блока 14 измерения скорости, на выходе ко-.

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования физико-механических свойств материалов по измеренным параметрам свободно затухающих колебаний.

Целью изобретения является повьше ние точности измерения путем определения при испытании портной колебательной энергии образца.

На фиг. 1 приведена структурная схема предложенного устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, иллюст рирующие взаимодействие между функциональными элементами каждого измерительного тракта устройства.

Устройство для измерения внутреннего трения твердых тел содержит направляющие 1, на которых в одной плоскости с возможностью перемещения вдоль направляющих 1 установлено основание в виде двух плоских прямоугольных пластин 2 и 3 из диэлектрического материала, на которых нанесены два пленочных электрода 4, 5 для электростатического возбуждения-поперечных колебаний образца 6 и закреплены нити 7, 8, на которые опирается исследуемый образец 6 в своих узловых линиях. Нити 7 и 8 вьшолне- ны из электропроводного материала. Общая обкладка емкостного преобразователя 9 (т.е. образец 6) заземлена через нити 7, 8, Другая обкладка емкостного преобразователя 9 изготавливается такой же длины и ширины как образец 6 и разделяется диэлектриком на отдельные секции 10. Количество секций определяется требуемой точторого формируется сигнал, пропорциональный скорости движения той части образца 6, которая находится под секцией 10, соединенной с данным измерительным трактом. По сигналам блока 14 измерения скорости с каждого измерительного тракта в вычислительном блоке 11 определяется текущее значение полной колебательной энергии, а затем ивеличина внутреннего трения.2 ил.

O

5

ностью измерения. Каждая секция 10 этой обкладки емкостного преобразователя 9 соединена с вычислительным блоком 11 через измерительные тракты, каждый из которых состоит из последовательно соединенных управляемого источника 12 напряжения, усилителя 13, блока 14 измерения скорости. Параллельно входу усилителя 13 включен резистор 15. Выход усилителя 13 соединен с входом формирователя 16 электрических импульсов и через блок 17 компенсации напряжения - с управляемым источником 12 напряжения. Вход формирователя 16 электрических импульсов соединен с входами блоков 18 и 19 регулируемой задержки и измерения периода, а выход последнего блока подключен к

0 управляющему входу блока 18 регулируемой задержки, вьпсод которого соединен с .управляющим входом блока 14 измерения скорости.

Устройство работает следующим образом.

Для возбу кдения колебаний в образце 6 на электроды 4, 5 подается переменное напряжение колебаний образца на одной из его собственных частот. Затем возбуяодение отключает- Ья и образец совершает свободно затухающие колебания (фиг. 20.},

В момент отключения возбуждения на каждую секцию 10 обкладки емкост5 цого преобразователя 9 с источни- .ка 12 напряжения соответствующего измерительного тракта подается постоянное напряжение U. В это время на резистор 15 подается переменное

5

0

fO

.20

напряжение, которое усиливается усилителем 13, на выходе которого получается сигнал, представленный на фиг.28.-.Поддержание постоянного напряжения на каждой секции 10 обклад- ки емкостного преобразователя 9 осуществляется блоком 17 компенс1ции напряжения, который управляется выходным сигналом усилителя 13. В моменты изменения выходного сигнала усилителя 13 от отрицательного значения к положительному, т.е. при переходе через О (фиг.25), формирователь 16 электрических импульсов вырабатывает импульсы (фиг. 26), которые поступают - на вход блока 19 измерения периода и на вход блока 18 -регулируемой задержки. Блок 19 измерения периода измеряет интервал времени между двумя последовательными импульсами,делит этот интервал на четыре и управляет блоком 18 регулируемой задержки так, что в Моменты о) t 71 +27F. п на выходе последнего вырабатываются импульсы запуска (фиг.2г). Указанные импульсы запуска затем поступают на управляю- щий вход блока 14 измерения скорости, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный скорости вижения той части образца 6, котр- рая находится под секцией 10,соединенной с данньм измерительным трактом.

В зти моменты образец 6 проходит через положение равновесия и обе 35 обкладки емкостноТ о преобразователя 9 становятся плоскими и параллельныи. При этом поступающие на вход блоа 14 измерения скорости напряжение максимальная скорость движения час- О и образца 6., находящейся под соотетствующей секцией 10, связаны заисимостью

25

Ф. ,.

(2)

де

&

dt °

и

бх

-максимальная скорость;

-напряжение на входе блока 14 измерения скорости в указанные моменты;

-константа, которая нахо- . дится по формуле

2

А

SUkR

где а - расстояние между обкладками емкостного преобразователя в момент прохождения образца

fO

20

-

35 О

положение равнове25

5

6 через сия;

и - напряжение на рассматриваемой секции 10; S - площадь секции 10; - диэлектрическая проницаемость среды;

k - коэффициент усиления; R - величина сопротивления 15, Сигналы, сформированные в блоках 14 измерения скорости каждого измерительного тракта, пропорциональны максимальным скоростям различных частей образца 6, перекрываемых секциями - 10 емкостного преобразователя 9, одновременно поступают в вычисли- тельньш блок 11,

По этим значениям в вычислительном блоке 11 определяется текущее значение полной колебательной энергии образца W по формуле

WA+2 Tln 1/2 pgbhA2 f:((+2tin)% (3)

где

и ./Jr+2ffn

8x1

сигнал, поступающий с i-ro измерительного тракта в вычислительный блок 11 в момент времени u)t +2 |Гп;

п - число секций емкостного преобразовате- ля 9;

р- плотность материала исследуемого образца 6;

g,b - размеры одной секции 10;

h - толщина образца 6. Затем вычислительный блок производит вычитание значения энергии в моменты ) и (Tt+2 u(n+l)), тем самым определяется потеря энергии в материале образца за цикл &W. Эта операция поясняется формулой

AW W/il+2fTn - WA+2irn.

(4)

По известным значениям i W и W/Ji +2Ttn в этом же блоке определяется величина внутреннего трения Q как их отношение, уменьшенное в 211 раз, т.е.

55

4W

27lW/3r+2jrn

(5)

Предложенное устройство позволяет получить в процессе измерения не

только величину внутреннего трения, но и такие важные энергетические параметры, как полная колебательная энергия и потеря энергии за цикл.

Формула изобретения

Устройство для измерения внутреннего трения твердых тел, содержащее направляющие, основание, установленное на направляющих с возмож- йостью перемещения и выполненное в виде двух плоских прямоугольных пластин из диэлертрического материала, закрепленные на основании опоры для размещения плоского образца, выполненные в виде электропроводных нитей, бесконтактный возбудитель колебаний образца в его плоскости, емкостной преобразователь, выполненный в виде обкладки, размещенной параллельно месту расположения образца и элементов заземления образца,выполняющего роль второй обкладки, и измерительную систему, соединенную с емкостным преобразователем, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено вычислительным блоком,соединенным с измерительной системой.

,

fO

836266

обкладка разделена диэлектриком на отдельные секции, а измерительная система выполнена в виде ряда измерительных трАктов, каждьШ из которых соединен с соответствующей ему секцией обкладки и вычислительным блоком и выполнен в виде управляемого источника напряжения, резистора,усилителя, блока компенсации напряжения, блока измерения скорости, формирователя электрических импульсов, блока измерения периода, блока регулируемой задержки, при этом управляемый источник напряжения, усилитель,блок измерения скорости соединены ,последовательно, причем параллельно входу усилителя включен резистор, а выход усилителя соединен с входом формирователя электрических импульсов и

20 через блок компенсации напряжения - с управляемым источником напряжения,

( в свою очередь выход формирователя электрических импульсов соединен с входами блоков регулируемой задержки и измерения периода, а выход последнего подключен к управляющему входу блока регулируемой задержки, выход которого соединен с входом блока измерения скорости.

15

25

30

Редактор М. Келемеш

«

i-Ч

y/

фае. 2

Составитель В. Шпинев

Техред И.Попович Корректор, Л. Патай

ч Гч.

/r Si J IVI ЛЛ N

i г

W

i-Ч

y/

Заказ 7431/41Тираж 776Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д« 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к измерениям внутреннего трения твердых тел по параметрам их свободно затухающих колебаний. Целью изобретения является повьшение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что на злектроды 4, 5 подается переменное напряжение для возбуждения в образце 6 на одной из его собственных частот. В момент отключения возбуждения колебания образца затухают, а на каждую секцию 10 обкладки емкостного преобразователя 9 с источника напряжения 12 подается постоянное напряжение U. Поддержание постоянного напряжения на каждой секции 10 обкладки емкостного преобразователя 9 осуществляется блоком 17 компенсации напряжения, который управляется выходным сигналом усилителя 13. В моменты изменения выходного сигнала усилителя 13 от отрицательного значения к положительному формирователь 16 электрических импульсов вырабатывает импульсы, которые поступают на вход блока 19 измерения периода и на вход о $ (Л N9 сх со О) tN9 О)