Устройство для измерения реологических характеристик материалов Советский патент 1975 года по МПК G01N11/16 

1

Изобретение относится к исследованиям материалов, например полимерных систем, в диапазоне низких и инфранизких частот с помощью вынужденных крутильных колебаний.

Известно устройство для измерения реологических характеристик полимерных систем, содержащее приводную катушку, связанную с держателем образца и помещенную в однородное магнитное поле постоянного магнита, нижний держатель образца, закрепленный на взве шенной подвижной каретке с шариковыми направляющими, генератор гармонических колебаний, термокриокамеру с регулятором температуры, датчик угла колебаний приводной катушки, автоматическую систему упправления и дифференциальный разложитель вектора гармонических колебаний в полярных координатах.

Точность измерений обусловлена точностью разложителя вектора гармонических колебаний в полярных координатах, погрешность которого составляет ±0,5°. Это сужает круг исследуемых материалов, не позволяет проводить измерения характеристик материалов с большим соотношением динамических модулей.

Цель изобретения - повышение точности измерений характеристик материалов с большим соотношением динамических модулей.

Цель достигается тем, что автоматическая

2

система управления подключена к приводной катушке через последовательно соединенные буферный усилитель и сумматор, к которому подсоединены выходы двух прецизионных

ослабителей, входы которых подключены к выходам генератора инфракрасных частот, сдвинутых по фазе на 90°, а анализатор передаточной функции подключен к приводной катушке через буферный усилитель и сумматор.

На чертеже показана схема предлагаемого устройства.

Приводная катушка 1 и зеркальный гальванометр 2 помещены в однородное поле постоянного магнита 3. На приводной катушке 1 закреплено зеркало 4. Приводная катушка 1 штоком 5 скреплена с верхним держателем 6 образца. Нижний держатель 7 образца закреплен штоком 8 с подвижной кареткой 9,

взвешенной с помощью рычажных весов 10 и способной перемещаться в вертикальной плоскости по шариковым направляющим. Испытуемый образец 11 вместе с держателями б и 7 помещен в термокриокамеру 12, подключеиную к программному регулятору температуры 13.

Луч света от оптического квантового генератора 14 с закрепленными на нем оптическим модулятором 15 отражается зеркалом 4

и зеркалом зеркального гальванометра 2 и

3

проходит через вырезанную под критическим углом призму 16 на фотоэлементы 17 и 18. Фотоэлементы 17 и 18 через общее сопротивление нагрузки 19 подключены к усилителю 20 переменного напрял :ения, нагрузкой которого служит демодулятор 21, подключенный к усилителю 22 постоянного папряжения со встроенными в него цепями амплитудно-фазовой коррекции. С выходом усилителя 22 связаи анализатор 23 передаточной функции, соединенный с генератором 24 инфранизких частот. Усилитель 22 через буферный усилитель 25 и суммирующий усилитель 26 подключен к приводной катушке I. К одному выходу генератора 24 инфранизких частот подсоединен прецизионный ослабитель 27, связанный с зеркальным гальванометром 2, и презиционный ослабитель 28, подключенный к сумматорному усилтттелю 26.--К друсому выходу генератора 24, сдвинутому по фазе на 90° относительно первого выхода, подключен прецизионный ослабитель- 29,. подсоединенный к суммирующему усилителю 26. Зеркало 4 оптически связано с зеркальным гальванометром 2.

Генератор инфрапизких частот задает частоту, а прецизионный ослабитель 27- амплитуду колебаний зеркального гальванометра 2. В, .начальном (нулевом) положении приводной катушки 1 и зеркального гальванометра 2 коллимированный пучок света оптического кваитового генератора 14, модулированный частотой 10 КГЦ бесшумовым оптическим модулятором 15, отражаясь от зеркала 4 и зеркального гальванометра 2, попадает на призму 16 и отражается обратно. В этом лоложевии фотоэлементы 17 и 18 затемнены, и на сопротивлении нагрузки 19 перемепное .напряжение отсутствует.

. При отклонении зеркального гальванометра 2 .па некоторый угол от начального часть пучка света, проходит через призму 16 и попадает на один из фотоэлементов 17 или 18. На сопротивлении 19 возникает переменное напряжение, которое усиливается усилителем 20, выпрямляется фазочувствительным демодулятором 21 и усиливается усилителем 22, на выходе которого появляется напряжение той или иной полярности. Это напряжение через буферный усилитель 25 и суммирующий усилитель 26 прикладывается к приводной катушке 1, которая новорачивается в сторону уменьшения угла рассогласования между зеркалом 4 и зеркальным гальванометром 2. Таким образом происходит слежение приводной катушкой 1 за колебаниями зеркального гальванометра 2. А так как приводная катушка 1 жестко связана штоком .5 и держателем 6 с испытуемым образцом 11, то замкнутый следящий контур обеспечивает колебания исрытуемого образца с заданной частотой и амплитудой. Напряжение на выходе усилителя 22 пропорционально току, протекающему чер.ез приводную катушку 1, который в свою очередь пропорционален крутящему моменту, приложенному к испытуемому образцу. Это

напряжение поступает па анализатор 23 передаточной функции, определяющий фазу и модуль его, а следовательно, фазу и модуль приложенного к образцу крутящего момента. 5 По этпм данным определяют действительную и мнимую составляющие приложенного момента и рассчитывают динамические характеристики исследуемого материала. Программный регулятор температуры 13

0 поддерживает в термокриокамере 12 заданную температуру эксперимента.

Взвещенная с помощью рычажных весов 10 подвижная каретка 9, закрепленная штоком 8 с нпжним держателем образца, предназначена для снятия нормальных напряжений образца И, возникающих при его температурных деформациях.

Для повышения точности измерений и обеспечения измерений характеристик материалов

0 с большим содержанием динамических модулей в устройство введены два разомкнутых контура управления движением испытуемого образца, каждый из которых состоит из генератора 24 инфранизких частот, одного из

5 ослабителей 29 или 28, суммирующего усилителя 26 и приводной катушки 1, причем ослабитель 29 первого контура подключен к выходу генератора с фазой, равной 0°, а ослабитель 28 второго контура - к выходу генера0 тора с фазой 90°.

Шпрокодиапазонными прецизионными ослабителями 28 и 29 подбирают такой ток через приводную катушку 1, что последняя совершает заданные колебания и без участия замкнутого следящего контура, т. е. анализатор передаточной функции может быть использован в качестве индикатора нуля. Кроме того, достаточно с помощью одного из ослабителей сделать соизмеримыми действительную и мнимую составляющие напряжения на выходе усилителя 22. После этого показания ослабителей 28 и 29, предварительно отградуированных в значениях механического момента, суммируют с соответствующими показаниями

5 действительной и мнимой составляющих момента анализатора передаточной функции 23 и по этим даппым рассчитывают динамические характеристики материалов.

Предмет изобретения

Устройство для измерения реологических характеристик твердых материалов, содержащее приводную катушку, связанную с держателем образца и помещенную в однородное поле постоянного магнита, нижний держатель образца, закрепленный на взвешенной подвижной каретке с шариковыми направляющими, генератор гармонических колебаний, термокриокамеру с регулятором температуры, датчик угла колебаний приводной катущки, автоматическую систему управления и анализатор передаточной функции, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения класса исследуемых веществ, автоматическая система управления подключена к приводной катушке через последовательно соединенные буферный усилитель и сумматор, к которому подсоедипепы выходы двух прецизионных

ослабителей, входы которых подключены к выходам генератора инфравизких частот, сдвинутых по фазе на 90°, а анализатор передаточной функции подключен к приводной катушке через буферный усилитель и сумматор.