Пенетрометр Советский патент 1990 года по МПК G01N3/48 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для измерения твердости.

Цель изобретения - повышение достоверности определения механических характеристик пористых материалов за счет исключения влияния уплотнения материала под индентором, а также расширение Функциональных возможностей пенетрометра за счет определения гранулометрического состава пористых материалов.

На Лиг. 1 изображена принципиальная схема пенетрометра; на фиг. 2 - проекции наконечника; на фиг. 3 - осциллограмма взаимодействия наконечника со снегом.

Пенетрометр содержит полый стержень 1 с наконечником 2. В полости стержня 1 рачмещен пьезоэлемент 3, жестко соединенный с наконечником 2.

и грузом 4. Пьезоэлемент 3 электрически соединен с измерительным блоком, который состоит из предусилите- ля 5 с источником 6 питания и связан с запоминающим осциллографом 7 и бло- ком 8 памяти. Стержень 1 с наконечником 2 приводится в движение метательным устройством (не показано). Наконечник 2 представляет собой пластину переменного сечения в форме обоюдоострого ножа, при этом отношение площади сечения во взаимно перпендикулярных плоскостях, параллельных оси стержня, находится в пределах 1:3-1:10; боковая кромка А в полости с большим сечением выполнена с кривизной, определяемой функцией , где ,8-5,0, боковая кромка Б в плоскости с меньшим сечением - Функцией , где Ь 190-290, а толщина Н наконечника и толщина Г) стержня связаны соотношением H/D /1 .

Сд

СО О СЛ

о со

Пенетрометр работает следующим образом.

Включают привод, сообщающий ин- дентору начальную скорость Vo . Наконечник 2 находится в свободном поступательном движении до момента соприкосновения с исследуемым телом. При торможении наконечника 2 исследуемой средой груз 4 давит на пьезоэлемент 3 с усилием, пропорциональный реак ции опоры. Генерируемый пьезоэлемен- том электрический сигнал поступает на вход предусилителя 5, с выхода которого электрический сигнал поступает на вход осциллографа 7, с выхода которого электрический сигнал поступает в блок 8 памяти.

Учитывая, что пьеэоэлемент 3 подключен к предусилителю 5, то происходит преобразование механических деформаций в электрический сигнал, величина которого пропорциональна ускорению.

В этом случае при торможении ин-

дентора амплитуда электрического сигнала, генерируемого пьезоэлектрическим элементом, возрастает пропорционально нагружающему усилию.

Одновременно на пьезоэлемент 3 действуют возмущения, возникающие от хрупкого разрушения частиц пористой среды и передающиеся через наконечник 2, служащий в этом случае как волновод. Эти упругие возмущения имеют собственный период колебаний на порядок меньший, чем продолжительность ударного взаимодействия инден- тора с исследуемым телом. Соответственно амплитуда этих высокочастотных возмущений существенно меньше амплитуды основного сигнала. Регистрация и анализ этих возмущений содержит информацию о гранулометрическом составе исследуемой среды и механических характеристиках связанных частиц.

По величине первого максимума на осциллограмме определяют ускорение , где п - заранее определенный коэЛЛициент преобразования измерительной системы. Затем рассчитывают

0

5

0

5

0

5

0

5

0

сопротивление среды,равное , -где т - масса индентора. Зная э Ьфек- тивное сечение S индентора, можно . рассчитать напряжение P/S, которое по физическому смыслу соответствует твердости материала бг .

Необходимо отметить, что углы наклона на участках нагружения и разгрузки, равные оЛ и tf2 соответственно равны. Это может служить подтверждением отсутствия явно выраженного уплотнения1 снега перед ин- дентором, т.е. применение предлагаемого наконечника действительно позволяет достоверно определять механические свойства пористого материала.

Формула изобретения

1.Пенетрометр, содержащий инден- тор, размещенный на нем пьезоэлемент и связанный с ним измерительный блок, отличающийся тем, что,

с целью повышения достоверности определения механических характеристик пористых материалов и расширения функциональных возможностей, инден- тор представляет собой стерженьiс наконечником в виде обоюдоострого ножа переменного сечения, боковые кромки которого во взаимно перпендикулярных плоскостях, параллельных оси стержня, выполнены криволинейными и отношение площадей сечений в указанных плоскостях выбрано в пределах 1:3 - 1:10.

2.Пенетрометр по п. 1, отличающийся тем, что боковые кромки в плоскости с большим сечением выполнены с кривизной, опреде- ляемой функцией , где ,8 - 5,0, а в плоскости с меньшим сечением - функцией , где - 290

и х,у - размеры наконечника по взаимно перпендикулярным направлениям.

3.Пенетрометр по пп. 1 и 2, о т- личающийся тем, что толщина Н наконечника и толщина D стержня связаны соотношением .

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к измерениям твердости. Целью изобретения является повышение достоверности определения механических характеристик пористых материалов за счет исключения влияния уплотнения материала под индентором и расширение функциональных возможностей за счет определения гранулометрического состава. В устройстве, содержащем индентор с пьезоэлементом, индентор представляет собой стержень с наконечником в виде обоюдоострого ножа переменного сечения, и отношение площадей сечений во взаимно перпендикулярных плоскостях, параллельных оси стержня, выбрано в пределах 1:3 - 1:10. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

//////////////////////

Фиг.1

Фиг. 2

Фиг.3