Устройство для измерения внутреннего трения твердых тел Советский патент 1988 года по МПК G01N11/16 

Изобретение относится к измеритель ной технике и может быть использовано для исследования физико-механических свойств материалов по измеренным па раметрам свободно затухающих колебаний.

Целью изобретения является повышение точности измерения внутреннего трения за счет увеличения информатив- ногр сигнала.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство для измерения внутрен- него трения содержит направляющие 1, на которых в одной плоскости установлены с возможностью перемещения вдоль направляющих 1 две плоские прямоугольные пластины 2 и 3 из диэлектрическо- го материала, на которых закреплены стеклянные нити 4 и 5, на которые опирается исследуемый образец 6 в своих узловых линиях, нанесены два внутренних пленочных электрода 7 и 8 для электростатического возбуждения поперечных колебаний образца 6 и два крайних пленочных электрода 9 и 10, для измерения максимальной скорости передвижения части образца 6, нахо дящейся в области последних электродов. Один ич крайних электродов 10 соединен с источником 11 напряжений, а другой - заземлен. Источник 11 напряжений, усилитель, аналого-цифровой преобразователь 13, вычислительный блок 14 соединены последовательно. Параллельно входу усилителя 12 включен резистор 15, а выход, усилителя 12 через блок I6 компенсации напря- жения соединен с управляющим входом источника И напряжения. й51ход усилителя 12 также соединен с первым ., входом первого компаратора 17, второй вход которого заземлен. Выход перво- го компарат ора 17 соединен с входом первого формирователя 18 импульсов, выход последнего подключен к управляющему входу формирователя 19 пилооб-

разного напряжения, выход которого

соединен с первым входом второго компаратора 20 и с входом пикового детектора 21, которьш через делитель

22напряжения соединен с вторым входом второго компаратора 20. Выход последнего через вторрй формирователь

23импульсов соединен с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя 13.

Устройство работает следующим образом.

Для возбуждения колебаний в образце 6 на электроды 7 и 8 появляется переменное напряжение и электростатическим путем возбуждаются поперечные колебания образца 6 на частот механического резонанса, соответствующей форме колебаний.

Измерение внутреннего трения проводится после отключения возбуждения когда образец 6 совершает свободно затухающие колебания.

На один из крайних электродов 10 с источника 1I напряжения подается постоянное напряжение. Поддержание постоянного напряжения U на конденсаторе, содержащем два крайних электрода 9 и 10 и образец 6, необходимо, так как это обеспечивает пропорциональность выходного сигнала Up,, j скорости передвижения части образца, находящейся в области электрода 10, , через положение равновесия.

Для поддержания постоянного напряжения и электродвижущая сила Е источника 11 напряжения изменяется по следующему закону:

Е

и + iR,

где и - постоянное напряжение; R - сопротивление резистора 15, i, - ток в цепи земля - электрод 9 - образец 6 - электрод 10 - источник 11 напряжения - резистор 15 - земля. Это осуществляется с помощью блока 16 компенсации напряжения, который управляется входным сигналом усили-. теля 12.

Из-за изменения электрической емкости между электродами 9 и 10 и образцом 6 на резисторе 15 падает переменное напряжение, которое усиливается усилителем 12. В моменты времени, когда . сигнал на выходе усилителя 12 равен О, т.е. в моменты

Ot |- -f 2ЧГ„ и cot -I M + 2(to - циклическая частота колебаний образца 6, п - целое положительное число), выходное напряжение первого компаратора 17 меняет свой знак. Первый формирователь 18 импульсов вырабатывает импульсы в моменты времеVни tot Y + 2 u n , интервал времени

между которыми равен периоду колебаний Т образца 6.

Указанные импульсы управляют работой формирователя 19 пилообразного напряжения. Между двумя последова тельными импульсами с выхода первого формирователя 18 импульсов выходное напряжение формирователя 19 пилообраз нОго напряжения периодически линеР1но возрастает до максимального значения и, пропорционального периоду колеба НИИ Т образца 6. Пилообразное на пряжения с выхода формирователя 19 пилообразного напряжений поступает на первый вход второго компаратора 20 и на вход пикового детектора 21, на выходе которого появляется напряжение и 5 которое, разделенное с помощью делителя 22 напряжения на четыре, по- ступает на второй вход второго компаратора 20. В моменты времени (j t

.-ш I j + 2 Г„

и oat IT + 2 ir выходное напряжение второго компаратора 20

няет знак. В моменты времени wt

+ 2Т, второй формирователь 23 импульсов вьфабатывает импульсы, которые в эти моменты запускают аналого- цифровой преобразователь 13. Последний измеряет мгновенное значение выходного сигнала усилителя 12, пропорциональное скорости передвижения части образца 6, находящейся в области крайних электродов 9 и .10, через положение равновесия. Измеренные значения ив,,.; с выхода аналого- цифрового преобразователя 13 поступают в оперативную память вычислитель- НОГО блока 14. В вычислительном блоке 14 по двум соседним значениям Ug , и UBb)K.i4i по формуле

IT In

и

БЫК-1

и

&Ь1.

определяется величина внутреннего трения Q.

5 0

5

0 5 0

5

Формула изобретения

Устройство для измерения внутреннего трения твердых тел, содержащее две направляющие, на которых установлено с возможностью перемещения, основание в виде двух плоских прямоугольных пластин из диэлектрического материала, на каждой из которых расположены по два пленочных электрода и одной стеклянной нити, отличающееся тем, что, с целью повьпяенйя точности измерения, оно дополнительно снабжено пиковым детектором, делителем напряжения, блоком компенсации напряжения, последовательно соединенными источником напряжения, усилителем, параллельно входу которого включен резистор, аналого- цифровым преобразователем и вычислительным блоком, последовательно соединенными первым компаратором,, один вход которого заземлен, а второй вход соединен с выходом усилителя, первым формирователем импульсов, формирователем пилообразного напряжения, вторым компаратором и вторым формирователем импульсов, выход которого подключен к управляющему входу аналого- цифрового преобразователя, вход пикового детектора подключен к выходу формирователя пилообразного напряжения, выход пикового детектора через делитель напряжения подключен к второму входу второго компаратора, вход блока компенсации напряжения соединен с выходом усилителя, выход блока ком- i пенсации напряжения соединен с управляющим входом источника напряжения, соединенного с одним из крайних электродов, второй крайний электрод заземлен.

Изобретение относится к.измерительной технике. Повышение точности измерения внутреннего трения твердых тел реализуется за счет того, что испытуемый образец 6 совершает затухание колебания на двух пленочных электродах 9, 10, один из которых заземлен, а другой соединен с источником напряжения 11. Электроды 9, 10 и образец 6 образуют конденсатор, напряжение на котором поддерживается постоянным за счет изменения электродвижущей силы источника 11, из-за изменения емкости между электродами 9, 10 и образцом 6 на резисторе 15 падает постоянное напряжение. Когда сигнал на выходе усилителя 12 равен нулю, выходное напряжение первого компаратора 17 меняет знак и первый формирователь 18 импульсов вырабатывает импульсы, интервал времени между которыми равен периоду колебаний образца 6. Эти импульсы заправляют работой формирователя 19 пилообразного напряжения, с выхода которого напряжение поступает на вход второго компаратора 20 и на вход пикового детектора 21. Второй формирователь 23 импульсов вырабатывает импульсы, запускающие аналого-цифровой преобразователь 13, с выхода которого измеренные значения выходного сигнала усилителя 12 поступают в память вычислительного блока 14, где происходит определение величины внутреннего трения. 1 ил. с S (Л 09 О) ч QD