Крутильный маятник для определения механических свойств материалов Советский патент 1988 года по МПК G01N3/38 

4

ir

со

Изобретение относится к испыта тельной техникеJ а именно к технике определения вязкоупругих xapaKTepKC тик (внутреннего тренияj динамичес кого модуля упругости, динамической вязкости и т,д.) сред, и может быть использовано в машиностроительной, химической промышленности для экс пресс контроля физико механических свойств жидких и твердых тел, .

Цель изобретения - повьппение произ водительности и информативности зультатов определения за счет реали нации определения механических свойств материалов на нескольких чяс- тотах.

На фиг.1 представлена конструкция предлагаемого крутильного маятника; на фиг, 2 разрез на фиг,1| на фиг.З разрез Б-Б на фиг,1; на фиг.4 - структурная схема электронной части крутильного маятника.

Маятник содержит корпус 1, в ниж- ней части которого закреплен движный захват 2, инерционную деталь 3f которой является шток крутильного маятника с подвижным захватом 4, в котором закрепляют образец 5, Вокруг последнего установлена электропечь 6, Против захватов 2 и 4 в корпусе 1 сделаны пазы 1 для крепления образца 5 в захватах 2 и 4. На штоке крутиль - ного маятника закреплена подвижная катушка 8, которая вместе с. неподвиж ной катушкой 9, закрепленной в корпу ее маятника, образует датчик угла поворота, служащий одновременно и электродинамической системой для скру чивания образца 5. Катушки 8 и 9 установлены на крутильном маятнике так, что их магнитные потоки взаимно ортогональны. На штоке маятника также установлена подвижная катушка 10, которая вместе с неподвижной катушкой II образует вторую электродинамическую систему. Катушки 10 и П этой системы конструктивно установлены так, что их магнитные потоки соосны, Уравновешивающая система содержит два блока 12, скобу J3 специальной конструкции, противовес 14, подвесы к которому проходят через трубки 15 в неподвижных катушках 9 и 11. Противо вес 14 уравновешивает вес подвижной

системы крутильного маятника, Конусо-- образный шток 16 дает возможность с помощью электромагнитного захвата опускать и подтдамать крутильньй маят

с Ю

)5

0

5 30 . . ,Q лс

С

5

0

ник из вертикальных технологических каналов.

Электронная часть маятника содержит источники переменного тока 17 и постоянного тока 18, подключенные к катушке 9, последовательно соединен- ные детектор 19, подключенный к первому выводу катушки 8, усилитель 20, преобразователь 2 переменного напряжения в постоянное, блоки сравнения 22 и электронной регулировки усиления 23. усилитель 24 мощности и изме ритель 25 тока возбзгждения, выход которого подключен ко второму выводу катушки 8, последовательно соединенные усилитель-ограничитель 26,, вход которого соединен с выходом детектора 19, а второй выход подключен ко второму входу блока 23 электронной регулировки усиления, и частотомер 27, блок 28 опорного напряжения, выход которого подключен ко второму входу блойа 22 сравнения, и самописец 29, вход которого соединен со вторым выходом измерителя 25 тока возбуждения. Электронная часть содержит также регулируемый источник 30 постоянного тока, подключенный к последовательно соединенным катушкам 10 и 11 через коммутатор 31.

Крутильный маятник работает следу юшим образом.

При колебаниях крутильного маятника переменное магнитное поле неподвижной катушки 9, питаемой от источника 17 переменного тока, наводит в подвижной катушке 8 ЭДС с частотой 10 кГц.

Поступающий с катушки 8 сигнал частотой 10 кГц, модулированный низкочастотными колебаниями, поступает в детектор 19. Амплитуда этого сигнала является мерой угла закручивания маятника. Использование высокой несущей частоты для передачи информации об угловых смещениях маятника значительно повышает чувствительность датчика угла поворота и позволяет надежно отделить сигнал, снимаемый с датчика угла поворота от низкочастотного переменного тока возбуждения. Далее сигнал с детектора 19 одновременно поступает в усилитель 20 и усилитель- ограничитель 26. После усиления, в усилителе 20 он преобразуется в постоянное напряжение преобразователем 21.

Постоянное напряжение, пропорциональное амплитуде колебаний, сравни-

вается в блоке 22 с опорным напряже- нием, поступающим с выхода блока 28 опорного напряжения. Последний явля ется эадатчиком амплитуды колебаний маятника, В блоке 22 происходит сравнение заданной амплитуды колебаний с действительной, а разностный сигнал с выхода блока 22 используется в каче стае управляющего в блоке. 23 элект ронной регулировки усиления. Сюда же приходит сигнал с усилителя-ограничителя 26. В последнем детектированный сигнал датчика угла поворотов преобразуется в прямоугольное напряжение, сдвинутое по фазе на 90 относительно входного сигнала. Указанный сдвиг фаз является необходимым условием воз буждения незатухаювщх колебаний маятника. Блок 23 электронной регулировки усиления обеспечивает заданную амплитуду колебаний маятника. Сдвинутый по фазе на 90° относительно входного сигнала сигнал возбуждения с выхода блока 23 электронной регулировки уси ливается усилителем 24 мощности и через измеритель 25 тока возбуждения поступает в подвижную катушку 8. При взаимодействии переменного тока катушки 8 с постоянным магнитным полем катушки 9, питаемой от источника 18 постоянного тока (катушка 9 одновре менно запитана и от генератора менного тока), возникает переменный крутящий момент. В результате возникают незатухающие крутильные колебания на собственной частоте системы (направление колебаний указано стрел кой на фиг.1), С измерителя 25 тока возбуждения сигнал, являющийся мерой потерь энергии при колебаниях образца 5, поступает на самописец 29. Для измерения частоты колебаний используется частотомер 27.

При протекании постоянного тока от регулируемого источника 30 тока .по подвижной 10 и неподвижной 11 катушкам, включенным последовательно через коммутатор 31, дополнительной электродинамической системы из-за взаимодействия магнитных полей кату шек возникает дополнительная сила, влияющая на колебания маятника. Ток от регулируемого источника 30 тока через подвижную катушку 10 всегда проходит в одном направлении, в то время как направление тока через не подвижную катушку 11 можно изменять при помощи коммутатора 31.

9 .

Когда в коммутаторе 31 замкнуты контакты I и II, III и IV, то ток проходит через катуики дополнительной электродинамической системы, создавая при этом в катушке I1 магнитный поток такого направления, который при взаимодействии с магнитным потоком подвижной катушки 10 вызывает дополни-

тельную силу, оказывающую то.рмозящее влияние на частоту колебаний маятника, и она меньше резонансной.

В противном случае, когда в коммутаторе 31 замкнуты контакты I и III.

II и IV, магнитный поток катушки 1 направлен в противоположную сторону. Дополнительная сила при этом ускоряет колебания маятника и частота выше резонансной.

На опытном образце при низкочастотных колебаниях крутильного маятника на резонансной частоте 2 Гц при помощи дополнительной элек -родинамической систем;. удается снизить частоту ко-

лебапий до 1 Гц и повысить частоту

до 4 Гц, т.е. изменить частоту колебаний в два раза. Изменение частоты колебаний зависит от величины тока в катушках 10 и 11 дополнительной злектродинамической систем.

Формула изобретения

Крутильный маятник для определе.ния механических свойств материалов, со- держащий подвижный и неподвижный за-

хваты, инерционную деталь, соединенную с подвижным захватом, электроди- намическую систему для скручивания

инерционной детали и систему регистра- ции, соединенную с электродинамической системой, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения производительности и информативности результатов определения, он снабжен второй электродинамической системой, состоящей из подвижной катушки, установленной на инерционной детали, и неподвижной катушки, коммутатором, первый вход которого соединен с первым вы- водом подвижной катушки второй электродинамической системы, а второй и третий входы соединены с выводами неподвижной катушки второй электродинамической системы, и источником постоянного тока, отрицательный полюс которого соединен с четвертым входом коммутатора, а положительный полюс - с .вторым выводом подвижной катушки второй электродинамической системы.

Фаз. i

Изобретение относится к испыта- тельной технике и может быть исполь- эовано для измерения вязкоупругих свойств материалов. Целью изобретения является повышение производительности и информативности результатов определения св ойств материалов за счет расширения частотного диапазона испытаний. Крутильный маятник снабжен дополнительной электродинамической системой, подвижная катушка которой соединена с инерционной деталью маятника. При протекании постоянного тока по подвижной и неподвижной катушкам дополнительной системы возникает дополнительная сила, ускоряющая или замедляющая колебания маятника в зависимости от направления токов в этих катушках. Направление токов задается коммутатором, подключающим к катушкам источник постоянного тока § в соответствующей полярности. .4 ил, сл