Крутильный маятник Советский патент 1982 года по МПК G01N11/16 

(54) КРУТИЛЬНЫЙ МАЯТНИК

Изобретение относится к технике определения вязкоупругих свойств материалов методом крутильного маятника и может быть применено в химической, радиотехнической, машиностроительной, авиационной и других отраслях промышленности. Известно устройство для определения вязкоупругих свойств материала. Основным конструктивным элементом его является упругий элемент, выполненный в виде жесткого торсиона, к которому крепится исследуемый образец 1. К недостаткам данного устройства можно отнести понижение точности измерений по причине потери упругих свойств торсиона с течением времени. Наиболее близким к предлагаемому является крутильный маятник, содержащий упругий элемент, соединенный с инерционным элементом,демпфирующий узел и блок обработки информации. Упругий элемент выполнен в виде системы, состоящей из радиально намагниченного магнита и электромагнитов постоянного тока, сердечники которых расположены против полюсов радиально намагниченного магнита противоположными полюсами, при этом радиально намагниченный магнит подвешен на неупругой нити в точке, лежащей на оси последнего, совпадающей с осью нити, а к нижнему торцу магнита прикреплен ферромагнитный стержень с инерционным элементом, геометрические оси которых совпадают с осями магнита и нити. Демпфирующий узел ферромагнитного стержня выполнен в виде магнитного подшипника с электромагнитами переменного тока. Указанный упругий элемент практически представляет собой магнитную муфту с регулируемой магнитной связью, что практически, позволяет проводить исследование любых образцов (волокон, пленок, полосок), вплоть до их вязкотекучего состояния 2. Недостатком известного устройства является относительно высокая рабочая низкая частота (до 10 Гц), что не позволяет исследовать релаксационные процессы, например эластомеров, где необходимы более низкие рабочие частоты (до ). Относительно высокая рабочая низкая частота известного устройства обусловлена тем, что ослабление магнитной связи в упругом элементе (что будет соответствовать тонкому торсиону) нельзя производить до

бесконечности, так как упругая энергия, т. е величина противодействующего момента должна быть достаточной для создания режима свободных колебаний.

Цель изобретения - расширение диапазона измерений.

Поставленная цель достигается тем, что крутильный маятник, содержащий упругий элемент, выполненный в виде радиально намагниченного магнита, а также электромагнитов постоянного тока с сердечниками и соединенный с инерционным элементом, демпфирующий узел и первый фотопреобразователь, снабжен реверсивным двигателем с редуктором, кронштейном, переключателем и вторым фотопреобразователем, причем ось реверсивного двигателя соединена с электромагнитом постоянного тока посредством кронштейна, переключатель связан с реверсивным двигателем, а его подвиж.ная часть - с инерционным элементом, при этом оптическая шторка второго фотопреобразователя жестко соединена с осью редуктора.

На чертеже показана конструкция предлагаемого крутильного .маятника.

Крутильный маятник содержит радиаль но намагниченный магнит 1, к нижнему торцу которого прикреплен ферромагнитный стержень 2 с инерционным элементом 3. Стержень проходит через отверстия двух тороидальных электромагнитов, состоящих из сердечников 4 и катушек 5, образующих ортогональный магнитный подшипник пере.менного тока.

К нижнему концу стержня 2 1рикреплен подвижный зажим 6 измеряемого образца 7, закрепленного нижним концом в неподвижный зажим 8. Система, состоящая из радиальногго намагниченного магнита 1, ферромагнитного стержня 2 и инерционного элемента 3, подвешена на неупругой нити 9.

11ротив полюсов радиально намагничен1ЮГО магнита 1 находияся сердечники электромагнитов 10 постоянного тока, запитываемых постоянным напряжением. Электромагниты 10 жестко прикреплены к оси 11 редуктора 12 при помощи кронштейнов 13. Редуктор 12 приводится в движение реверсивным двигателем 14, реверсирование которого осуществляется переключателем, состоящим из контактов 15 и 16, и подвижной части (рычагом 17) прикрепленной к инерционному элементу 3.

Крутильный маятник содержит также основной фотопреобразователь, включающий первый источник 18 света. Первый фотоириемник 19 и первую оптическую шторку 20 и дополнительный фотопреобразователь, содержащий второй источник 21 света. второй фотоприемник 22, и вторую оптическую шторку 23, жестко соединенную с осью редуктора 11 через кронштейны 24

и 13. Допускается и прямое крепление шторки 23 к оси 11 редуктора 12. Центрирование оси редуктора производится при помощи подшипника 25. Данный крутильный маятник работает в двух режимах - режиме свободных колебаний и в режиме вынужденных колебаний от электродвигателя.

Работа устройства в режиме свободных колебаний происходит точно так же, как и в устройстве-прототипе. В даном режиме двигатель 14 не запитывается, а съем информации производится с основного фотопреобразователя (18-20).

Работа крутильного маятника в режиме вынужденных колебаний происходит следующим образом.

При подаче напряжения возбуждения на статорную обмотку реверсивного двигателя 14 он начинает вращаться в одну из сторон. Вращающий момент через редуктор 12 передается электромагнитом 10 и, благодаря наличию магнитной связи - радиально намагниченному магниту 1, стержню 2 и образцу 7. Выбором постоянного напряжения устанавливается оптимальная магнитная связь в зависи.мости от физического состояния образца 7 (стеклообразное, высокоэластическое, вязкотекучее).

Начало колебаний регистрируется дополнительным фотоэлектрическим преобразователем (21, 22, 23).

Через определенный промежуток времени, обусловленный физико-механическими характеристиками образца 7, начинает вращение радиально намагниченный магнит 1, стержень 2 и образец 7. Это фиксируется основным фотопреобразователем (18-20).

При закрутке образца на определенный угол, заданный заранее расстояниями между контактами 15 и 16, подвижная часть 17 замыкает один из контактов и происходит реверсирование вращения двигателя 14, а, следовательно, и магнита 1, стержня 2 и образца 7. О свойствах образца судят по сдвигу фаз между вращением электромагнитов 10 и магнита 1.

Таким образом, предлагаемый крутильный .маятник выгодно отличается от устройства-прототипа, так как помимо работы в режиме свободных колебаний (до ), он позволяет вести исследования и в режиме вынужденных колебаний (до ) и ниже, что особенно важно для эластомеров, исследования которых при таких периодах деформирования практически не возможно проводить на существующей аппаратуре.

Формула изобретения

Крутильный маятник для определения вязкоупругих свойств материалов, содержащий упругий элемент, выполненный в

виде радиально намагниченного магнита, а также электромагнитов постоянного тока с сердечниками и соединненный с инерционным э лементом, демпфирующий узел и первый фотопреобразователь, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений, он снабжен реверсивным двигателем с редуктором, кронштейном, переключателем и вторым фотопреобразователем, причем ось реверсивного двигателя соединена с электромагнитом постоянного тока посредством кронштейна, переключатель связан с реверсивным двигателем, а его подвижная часть - с инерционным элементом, при этом оптическая шторка второго фотопреобразователя жестко соединена с осью редуктора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2799254/25, кл. G 01 N 11/16, 1980 (прототип).