Преобразователь крутильных колебаний образцов с двумя степенями свободы Советский патент 1979 года по МПК G01N11/16 

1

Изобретение относится к области измерения параметров движения, например для нзмерения затухания механических колебаний образцов с двумя степенями свободы. Оно может найти применение в лабораторной практике, например, для исследования вязкости жидких металлов, определения внутреннего трения конструкционных материалов и т. д.

Известен датчик, например, крутильных колебаний, описываемый в установке для исследования внутреннего трения металлов и содержащий подвеску с инерционными грузами и зеркальцем, насаженным на испытуемый образец в средней его части, а также осветитель и индикаторную шкалу, на которой регистрируется перемещение отраженного от зеркальца луча {.

Однако такой преобразователь невозможно использовать для регистрации только крутильных колебаний образцов, имеющих две степени свободы, например при закреплении их в одной точке и невозможности закрепления в другой. В этом случае возникающие дополнительные колебания, например изгибные, приведут к искажению искомой информации.

Ближайшим техническим решением является преобразователь крутильных колебаний образцов с двумя степенями свободы.

содержащий колебательную систему в виде связанных между собой подвеса, стержня и тигля с исследуемой средой, помещаемых в высокотемпературную зону, систему возбуждения и измерительную тензометрическую мостовую схему .

Этот преобразователь позволяет измерять затухание колебаний в системе, содержащей жидкий металл, выделяя только крутильные колебания.

Однако подвешенная на сравнительно тонком подвесе масса вызывает в ряде случаев еще дополнительные поперечные колебания. Эти колебания с более коротким периодом, чем крутильные колебания, хотя и незначительны, но вызывают в жидком металле дополнительную составляющую. Поперечные к оси подвеса колебания не вызывают эффективного изменения емкости преобразователя в прототипе и, следовательно, не могут быть учтены.

Целью изобретения является повышение точности измерений путем исключения влияния изгибных колебаний и учета влияния поперечных колебаний.

Указанная цель достигается за счет того, что подвес выполнен из высокоомного сплава, к которому подсоединены свободноподвешенные низкоомный и высокоомный токоподводы, включенные в мостовую схему в виде ее плечей. На чертеже представлена схема преобразователя крутильных колебаний образцов с двумя степенями свободы. Датчик крутильных колебаний состоит из участка подвеса 1, к нижнему концу которого подсоединены низкоомный токоподвод 2 и термокомпенсатор 3. Свободные концы токоподвода 2 и термокомпенсатора 3 без натяжения закреплены к изоляторам 4 и 5. Сам подвес 1 перекинут через блок 6, предназначенный для подъема тигля 7 с металлом из печи 8. Участок подвеса 1, токоподвод 2 и термокомпенсатор 3 введены в состав мостовой тензометрической схемы 9 на выходе которой помещены фильтры 10 и 11, предназначенные выделения крутильных колебаний и поперечных. Колебания создают с помощью катущек 12 возбуждения. Устройство работает следуюишм образом. Испытываемому подвесу с тиглем катущками возбуждения 12 сообщаются крутильные колебания. Вращение тигля сопровождается изгибными и поперечными колебаниями, которые воздействуют на подвес. В последнем возникают деформации от крутильных и поперечных колебаний. Изгибные колебания при этом существенны лищь в точке подвеса и на используемый участок подвеса их влияние невелико. Отмеченные деформации подвеса 1 приводят к изменению сопротивления участка, входящего, например, в виде плеча в тензометрическую мостовую схему 9. Поскольку период следования поперечных колебаний отличен от периода крутильных, то с помощью фильтров 10 и 11 их достаточно выделить, а долю влияния каждого из них учесть. Влияние температуры на колебательную систему можно учесть с помощью термокомпенсатора 3, входящего также в измерительнз ю схему 9. Поскольку токоподвод 2 и термокомпенсатор 3 подвещеньт свободно на изоляторах 4, 5, то их влияние на затухание колебательной системы сведено до минимума. Процесс затухания колебаний в образце описывается известными соотнощениями 8 3 - In б - логарифмический декремент;т - число импульсов (полупериодов колебаний); Ai, - соответствующие амплиту.ды колебаний; R - коэффициент; ATF -энергия потерь в образце; W -подводимая энергия. Относительная погрещность измерения б имеет вид: До/ ДЛ/ + При /n const () основной вклад при. . Налиносят составляющиечие крутильных и изгибных колебаний, периоды которых совпадают, без их раздельного выделения приводит к появлению нестационарных измерений сигналов ДЛ и ДЛ;+т. Известные способы усреднения значений Ai за п периодов приводят к увеличению методической погрещности -, так о как соотнощение (1) корректно лищь при т 2. Естественно, что рещение задачи связано с раздельным выделением отмеченных колебаний. С другой стороны, нестационарное возбуждение системы с двумя степенями свободы приводит к появлению дополнительно поперечной составляющей, период которой короче отмеченных колебаний. При изучеНИИ свойств твердых материалов, где подвес является исследуемым образцом, а система имеет две степени свободы, поперечной составляющей, как правило, пренебрегают. Для случая изучения жидких металлов поперечные колебания воздействуют через стержень И тигль на объем металла. Следовательно, происходит перераспределение энергии затухания AWv AWb-p.+ или, что тоже самое (( 1 I us -ОКР. 1-f где бкр., . - составляющие кручения; бпоп, АЖпоп - составляющие поперечных колебаний. Предлагаемое изобретение рещает задачу выяснения отнощения р ° . Тем самым оказывается возможным получение полезиой информации с меньщими затратами на дополнительные испытания и анализ статистических данных. Формула изобретения Преобразователь крутильных колебаний образцов с двумя степенями свободы, содержащий колебательнзЮ систему в виде связанных между собой подвеса, стержня и тигля с исследуемой средой, помещаемых в высокотемпературную зону, систему возбуждения и измерительную тензометрическую мостовую схему, отличающееся

тем, что, с целью повышения точности измерений путем исключения влияния изгибных колебаний и учета влияния иоперечных колебаний, нодвес выполнен из высокоомного сплава, к которому подсоединены свободноподвешенные низкоомиый и высокоомный токоподводы, включенные в мостовую схему в виде ее плечей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Релаксационные явления в твердых телах. Труды IV Всесоюзной конференции. М., «Металлургия, 1968, с. 1380.

2.Заявка № 2373043, кл. G 01 N 11/16, 1976, по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства СССР.