Устройство для температурных испытаний образцов каучуков и резиновых смесей и испытаний на кручение Советский патент 1992 года по МПК G01N3/22 

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к измерению пла- стоэластических и вулканизационных характеристик каучуков и резиновых смесей и может найти применение в подготовительных производствах шинной,резинотех- нической и других отраслей промышленности.

Известно устройство для испытания каучуков и резиновых смесей в процессе вулканизации, содержащее разъемную камеру для размещения вулканизуемого образца, состоящую из двух полуформ, нагреватель, последовательно соединенные измерительный преобразователь крутящего момента. усилитель, детектор и регистрирующий блок, измерительный преобразователь температуры, размещенный в корпусе камеры. связанный с ним второй усилитель, и датчик начала испытания.

Существенным недостатком данного устройства является зависимость результатов испытаний от начальной температуры образца, т.е. при одной и той же заданной температуре испытаний в зависимости от начальной температуры испытуемого образца температурный режим испытаний различен. Это объясняется тем, что при помещении образца в камеру температура последней падает, отрицательный тепловой импульс с некоторой временной задержкой, определяется постоянной нагревательной плиты, которая зависит от конструкции, достигает чувствительного регулирующего термоэлемента, после чего выдается команда на компенсацию возмущающего воздействия, т.е. время выхода на заданный температурный режим различно.

Известен реометр с подвижной матрицей МДР 2000, содержащий разъемную реакционную камеру, состоящую из двух биконических матриц, привод поворота матриц относительно друг друга, измерительный преобразователь крутящего момента, измерительные преобразователи температуры верхней и нижней матриц, на- греоатели верхней и нижней матриц, расло- ложенные в нагревательных плитах, микропроцессорный блок, регистрирующий блок.

Указанное устройство позволяет сократить время выхода устройства на заданный температурный режим испытаний за счет непосредственного нагрева матриц.

Недостатком этого устройства является запаздывание реакции формирования регулирующего воздействия, в результате чего время выхода на заданный температурный режим достигает 35-40 с и зависит от начальной температуры образца.

Цель изобретения - повышение точности путем исключения погрешностей, связанных с влиянием начальной температуры образца, и сокращение времени испытания.

Предлагаемое устройство для температурных испытаний образцов каучуков и резиновых смесей и испытаний на кручение позволяет уменьшить влияние начальной температуры образца на температурный ре0 жим испытания и сократить время выхода на заданный температурный режим.

Использование высокочувствительного устройства, позволяющего получить в процессе одного испытания комплекс показате5 лейпластоэластическихи

вулканизационных характеристик, дает возможность отбраковывать резиновые смеси, не отвечающие установленным техническим нормам,

0 Поставленная цель достигается тем, что устройство для температурных испытаний образцов каучуков и резиновых смесей и испытаний на кручение, содержащее основание, закрепленные на нем две электро5 нагревательные плиты, преобразователи их температуры, соединенные с соответствующим плитами, и выполненные в виде соос- ных полуматриц захваты образца, привод их относительного поворота вокруг своей оси,

0 связанный с приводом преобразователь крутящего момента, регистрирующий блок и связанный с электронагревательными плитами микропроцессорный блок, первый вход которого соединен с выходом преобра5 зователя крутящего момента, второй и третий вход - с выходами соответствующих преобразователей температур, а выход подключен к входу регистрирующего блока, снабжено блоком измерения начальной

0 температуры образца, датчиком момента смыкания полуматриц и блоком уставок, выходы которых соединены соответственно с четвертым, пятым и шестым входами микропроцессорного блока.

5 На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2а - момент включения теплового импульса без упреждения и реакция температуры матриц испытательной камеры; на фиг.2б момент включения теплово0 го импульса с упреждением и реакция температуры матриц и испытательной камеры на это упреждение.

Устройство для температурных испытаний образцов каучуков и резиновых смесей

5 и испытаний на кручение содержит микропроцессорный блок 1. первый вход которого соединен с выходом преобразователя 2 крутящего момента, второй и третий входы под- ключены к выходам измерительных преобразователей 3, 4 температуры верхней 5 и нижней 6 матриц, снабженных нагревательными плитами 7, 8 с нагревателями 9, 10, входы которых соединены с первым и вторым выходами микропроцессорного блока 1. Привод 11 поворота матриц относительно друг друга соединен с нижней нагревательной плитой 8. Датчик 12 начала смыкания матриц 5, 6 подключен к четвертому входу микропроцессорного блока 1, пятый вход которого подключен к выходу блока 13 измерения начальной температуры образца. Третий выход микропроцессорного блока 1 подключен к входу регистрирующего блока 14, На шестой вход микропроцессорного блока 1. соединенного с выходом блока 15 уставок, вводят данные о мощностях нагревателей матриц (Pi, Р2), массе образца (т), удельной теплоемкости испытуемого материала (с), а также дан- ные, учитывающие конструктивные особенности матриц (R), определяемые экспериментально.

Устройство работает следующим образом.

С помощью вырубного пресса из испытуемого материала производится вырубка образца. Блоком 13 измерения температуры определяется его начальная температура либо в процессе вырубки, либо перед помещением в испытательную камеру. Информация о начальной температуре испыту- емого образца передается в микропроцессорный блок 1, с помощью которого рассчитывается количество энергии, необходимое для прогрева образца до заданной температуры испытаний и, исходя из мощности нагревателей 9, 10. конструкции нагревательных плит 7, 8 (от этого Зависит к.п.д. нагревателей), рассчитывается длительность упреждающего импульса на включение нагревателей 9, 10.

Полученный образец помещается в испытательную камеру. После помещения образца в испытательную . камеру производится смыкание матриц 5. б. При этом датчик 12 в момент начала смыкания выдает сигнал в микропроцессорный блок 1, который вырабатывает упреждающий импульс на включение нагревателей 9, 10 верхней v. нижней матриц, причем момент включения упреждающего импульса зависит от конструкции нагревательных плит ис- пытательной камеры (т.е. постоянный времени объекта регулирования) и определяется экспериментально.

Величина упреждающего теплового импульса зависит от начальной температуры испытуемого образца, она должна быть равна количеству теплоты, необходимой для

прогрева образца до заданной температуры испытаний, и определяется выражением

Q cm (Тзад -106),(1)

где Q - количество теплоты формируемого импульса;

с-удельная теплоемкость испытуемого материала;

m - масса испытуемого образца;

13ад-заданная температура испытания; 1об начальная измеренная температура образца.

Т.к. работа W, необходимая для разогрева, равна Q, то длительность теплового импульса определяется следующим выра- жением:

Тим г

W

Cm ( Тзад. Т06. )

,(2)

ki Pi +К2 Р2 К1 Pi +К2 Р2

0 где tun - длительность включения нагревателей верхней и нижней плит;

ki, K2 - коэффициент полезного действия каждого из нагревателей соответственно;

5Pi, P2 - мощность каждого из нагревателей.

После смыкания матриц 5, 6 испытательной камеры испытуемый образец подвергается циклическим сдвиговым

0 деформациям с помощью привода 11. Одновременно определяется момент сопротивления сдвиговым деформациям образца измерителем 2 крутящего момента, информация с которого поступает в микропроцес5 сорный блок 1, где происходит ее анализ выдачи результата на регистрирующий блок 14.

Информация, необходимая для расчета величины теплового импульса (с, m, ki. k2,

0 Pi, P2, R), перед началом испытания заносится в блок 15 уставок и поступает в микропроцессорный блок 1. Необходимо отметить, что некоторые величины для всех испытуемых материалов остаются постоян5 ными, т.е. мощности нагревателей PI, P2, их КПД ki, K2, коэффициент R, учитывающий конструктивные особенности нагревательных плит и испытательной камеры, поэтому нет необходимости вносить эти данные в

0 блок уставок перед саждым испытанием. Коэффициент R определяет момент времени выдачи сигнала на включение нагревателей 9,10 для формирования упреждающего теплового импульса, длительность которого

5 рассчитана в микропроцессорном блоке 1. Пример. Испытание резиновой смеси

скиз.

С помощью пресса вырубается образец определенного объема массой 4 г. Одновременно измеряется температура образца

(40°С) и информация передается в микропроцессорный блок, который рассчитывает количество тепла, необходимое для разогрева образца до заданной температуры испытаний (200°С) по формуле (1). В данном 5 случае Q 302,08 кал, т.е. Q 1264,17 Вт.с. Мощность нагревателей плит верхней и нижней матриц испытательной камеры равна 1 кВт. Исходя из их мощности, рассчитывается длительность включения 10 нагревателей, которая равна 1.4 с. Смыкание матриц испытательной камеры происходит 3-5 с. Одновременно с сигналом на смыкание матриц микропроцессорный блок включает нагреватели плит на 1,4 с.15

В результате упреждающего включения нагревателей матриц время достижения образцом заданной температуры испытаний сокращается до 32-35 с.

После смыкания матриц испытательной 20 камеры испытуемый образец подвергается сдвиговым циклическим деформациям, определяется и регистрируется момент сопротивления сдвиговым деформациям и по кривой зависимости крутящего момента от 25 времени определяются качественные характеристики резиновой смеси СКИЗ.

Большинство величин, применяемых в расчетах микропроцессорным блоком, вводится блоком уставок в виде констант. Так, 30 например, КПД нагревателей, их мощность

М Г°С

- величины постоянные и изве нее.

Формула изобрете Устройство для температур ний образцов каучуков и резин и испытаний на кручение, содер вание, закрепленные на нем д нагревательные плиты, преобра температуры, соединенные с со щими плитами, и выполненные ных полуматриц захваты образц относительного поворота вокру связанный с приводом прео крутящего момента, регистрир и связанный с электронагре плитами микропроцессорный б вход которого соединен с выход зователя крутящего момента, в тий вход - с выходами соотв преобразователей температур, ключен к входу регистрирующе личающееся тем, что, с цел ния точности путем исключени стей, связанных с влиянием температуры образца и сокращ ни испытания, оно снабжено б рения начальной температур датчиком момента смыкания п блоком уставок, выходы которы соответственно с четвертым, п тым входами микропроцессорн

п, ло/ оху/г е/ ьнь/С/ иялульс s ГС

V//-х

- величины постоянные и известные заранее.

Формула изобретения Устройство для температурных испытаний образцов каучуков и резиновых смесей и испытаний на кручение, содержащее основание, закрепленные на нем две электронагревательные плиты, преобразователи их температуры, соединенные с соответствующими плитами, и выполненные в виде соос- ных полуматриц захваты образца, привод их относительного поворота вокруг своей оси, связанный с приводом преобразователь крутящего момента, регистрирующий блок и связанный с электронагревательными плитами микропроцессорный блок, первый вход которого соединен с выходом преобразователя крутящего момента, второй и третий вход - с выходами соответствующих преобразователей температур, а выход подключен к входу регистрирующего блока, о т- личающееся тем, что, с целью повышения точности путем исключения погрешностей, связанных с влиянием начальной температуры образца и сокращения времени испытания, оно снабжено блоком измерения начальной температуры образца, датчиком момента смыкания полуматриц и блоком уставок, выходы которых соединены соответственно с четвертым, пятым и шестым входами микропроцессорного блока.

о)

Устройство для температурных испытаний образцов каучуков и резиновых смесей и испытаний на кручение относится к испытательной технике, в частности к измерению пластоэластических и вулканизационных характеристик каучуков и резиновых смесей, и может найти применение в подготовительных производствах шинной, резинотехнической и других отраслей промышленности. Цель изобретения - повышение точности путем исключения погрешностей, связанных с влиянием начальной температуры образца, и сокращение времени испытания. Устройство для температурных испытаний образцов каучуков и резиновых смесей и испытаний на кручение содержит микропроцессорный блок 1, первый вход которого соединен с выходом преобразователя 2 крутящего момента, второй и третий входы подключены к выходам измерительных преобразователей 3,4 температуры верхней 5 и нижней 6 матриц, снабженных нагревательными плитами 7, 8 с нагревателями 9, 10. входы которых соединены с первым и вторым выходами микропроцессорного блока 1. Привод 11 поворота матриц относительно друг друга соединен с нижней нагревательной плитой 8. Датчик 12 начала смыкания матриц 5, 6 подключен к четвертому входу микропроцессорного блока 1, пятый вход которого подключен к выходу блока 13 измерения начальной температуры образца. Третий выход микропроцессорного блока 1 подключен к входу регистрирующего блока 14 На шестой вход микропроцессорного блокз 1, соединенного с выходом блока 15 уставок, вводят данные о мощностях нагревателей матриц (Pi, P2), массе образца (т), удельной теплоемкости испытуемого материала (с), а также данные, учитывающие конструктивные особенности матриц (R). 2 ил сл 00 Ьь 00