CS246238B1

CS246238B1 - Plastic's specific volume dependence on pressure and temperature measuring device

Info

Publication number: CS246238B1
Application number: CS846228A
Authority: CS
Inventors: Lubomir Zeman
Original assignee: Lubomir Zeman
Priority date: 1984-08-17
Filing date: 1984-08-17
Publication date: 1986-10-16
Also published as: DE3528581A1; CH670314A5; GB8520735D0; GB2164160B; CS622884A1; GB2164160A

Description

(54) Zařízení pro měření závislosti měrného objemu plastu na tlaku a teplotě

Zařízení pro měření závislosti měrného objemu plastů na tlaku a teplotě, realizující měření závislosti měrného objemu plastu na izotermické hydrostatické kompresi nebo izobarickém ochlazování nebo ohřívání. Zařízení sestává z regulovaně vytápěné nebo ochlazované tepelně izolované tlakové cely a z programově řízeného zatěžovacího zařízení tvořeného přímočarým hydromotorem s elektrohydraulickým servoventilem, snímačem síly a snímačem dráhy ve spojení s příslušným programátorem.

Vynález se týká zařízení pro měření závislosti měrného objemu plastu na tlaku a teplotě, tj. zjišťování tzv. pvT-diagramů. Tyto diagramy dávají představu o odezvě materiálu na izotermickou hydrostatickou kompresi nebo na ·izobarické ochlazování, případně ohřívání. Oba typy měření jsou realizovány jedním zařízením.

Znalosti naměřených hodnot uvedených závislostí u konkrétních plastů se v praxi využívá především při návrhu strojů pro zpracování plastu, k určení adiabatického ohřevu plastů a v poslední době zejména při přípravě souboru vstupních parametrů k automatické regulaci a řízení technologického procesu vstřikování plastů.

Přístroje pro měření závislostí měrného objemu plastů na tlaku a teplotě jsou různé koncepce, přičemž se nejčastěji používá tří základních typů:

- první skupinu tvoří zařízení, jejichž základem je tlaková cela tvaru lisovacího nástroje, upnutá na stůl hydraulického lisu;

- druhá skupina zahrnuje zařízení, kde tlaková cela je umístěna v termostatu a tlak na zkušební těleso je vyvoláván hydraulicky; modifikaci tohoto systému tvoří zařízení, ve kterém působí hydraulická .kapalina přímo na zkušební těleso;

- třetí skupinu zastupují zařízení, ve kterých je zkušební těleso libovolného tvaru umístěno v poddajné nádobě naplněné rtutí a tato je ponořena do temperované tlakové nádoby naplněné kapalinou.

Žádné z uvedených zařízení neumožňuje měření obou typů závislosti, zařízení umožňují vesměs měření pouze na principu izotermického hydrostatického stlačení, jsou komplikovaná, neumožňují automatizaci měření, jejich přesnost není vysoká.

Uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro měření závislosti měrného objemu plastů na tlaku a teplotě, sestávající z tepelně izolované tlakové cely a ze zatěžovacího zařízení.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že do pracovního prostoru uvedené tepelně izolované a regulovaně vytápěné nebo ochlazované tlakové cely zasahuje tlakový píst programově řízeného zatěžovacího zařízení, sestávajícího z přímočarého hydromotoru s elektrohydraulickým servoventilem a jeho zpětnými vazbami tvořenými snímačem síly vyvozené přímočarým hydromotorem na tlakový píst a snímačem dráhy pohybu tlakového pístu. Elektrohydraulický servoventil je přitom spojen se součtovým členem, na jehož vstup je přes přepínač měřicích míst připojen snímač síly a snímač dráhy, a přes přepínač programů je připojen programátor. Na výstupu součtového členu je pak elektrohydraulický servoventil. .

Zařízení pro měření závislosti měrného objemu plastů na tlaku a teplotě podle vynálezu umožňuje rychlé, přesné a vysoce automatizované měření a vyhodnocování požadovaných závislostí. Například při automatickém počítačovém řízení vstřikovacího procesu se využívá v tvářecí dutině vstřikovací formy, což ve svém důsledku vede k podstatnému zvýšení kvality takto vyráběných součástí. Problém dokonalého zaplnění pracovního prostoru tlakové cely hodnoceným materiálem, která je podmínkou přesnosti a reprodukovatelnosti výsledků, je vyřešen užitím tělíska definovaného tvaru a velikosti, které se vkládá do tepelně izolované tlakové cely, kde je pod tlakem přetaveno.

Na přiloženém výkresu je znázorněno schéma zařízení na měření závislosti měrného objemu plastů na tlaku a teplotě, složené z tepelně izolované tlakové cely s temperací, zatěžovacího zařízení a řídicí jednotky s příslušnými regulačními obvody.

Zkušební těleso 1_ je umístěno v pracovním prostoru tepelně izolované tlakové cely 2, v jejíž stěně je jednak zabudován chladicí šnek _6 spojený přes snímač .8 teploty temperačního média s řídicím temperačním zařízením ]_ spojeným s programátorem 19 a s průtokoměrem .9, jednak je ovinuta elektrickým topením .3 spojeným přes snímač 5. teploty s regulátorem . elektrického topení 2· Na zkušební těleso 2 těsně dosedá tlakový píst 10, v jehož čele je ve vývrtu umístěn snímač 11 teploty zkušebního tělesa 2· Tlakový píst 10 je mechanicky spojen s přímočarým hydromotorem 12 a dále přes elektrohydraulický servoventil 13 se součtovým členem 22, s nímž je tlakový píst 10 současně spojen přes zpětnovazební snímač 14 síly a přijímač 2 3 měřicích míst, к němuž je zároveň připojen i snímač 15 dráhy.

Součtový člen 22 je pak přes přepínač 24 programů spojen s programátorem 22· ^Do spodní části tlakové cely 2 P°d zkušební těleso 2 zasahuje spodní píst 16, ^v jehož čele je umístěn tlakový snímač 22· Tlaková cela 2 í^e opatřena snímačem 18 teploty, umístěným ve vývrtu v její stěně. Snímač 11 teplot zkušebního tělesa 2* zpětnovazební snímač 14 síly, snímač 15 dráhy, tlakový snímač 17 a snímač 18 teploty tlakové cely 2 jsou přes registrační zařízení 20 připojeny к vyhodnocovací jednotce 21;

Měření závislosti měrného objemu plastů na tlaku a teplotě probíhá následujcím způsobem:

Zkušební těleso 1 umístěné v pracovním prostoru tlakové cely 2^, která je vytápěna pomocí elektrického topení 2 řízeného regulátorem 4_ elektrického topení přes snímač 2 téploty topení nebo ochlazována kapalným nebo plynovým médiem v chladicím šneku 6, je zatěžováno prostřednictvím tlakového pístu 22* ^v jehož čele je ve vývrtu umístěn snímač 11 teploty zkušebního tělesa 2·

Teplota média v chladicím šneku 2 j^e řízena temperačním zařízením 2 ^se snímačem 2 teploty temperačního média a prútokoměrem 9. Pohon pístu je odvozen od přímočarého hydromotoru 12 řízeného pomocí elektrohydraulického servoventilu 13 a zpětnovazebného snímače 14 síly vyvozené přímočarým hydromotorem 12 na tlakový píst 10 nebo pomocí snímače 15 dráhy pro měření pohybu nebo deformace pístnice.

Vyhazování zkušebního tělesa 2 ² pracovního prostoru a jeho čištění se provádí pohyblivým spodním pístem 22* ^v jehož čele jě umístěn tlakový snímač 22· Měření teploty tlakové cely -2 je prováděno snímačem 18 teploty tlakové cely, programové nastavení síly nebo deformace programátorem 22· Všechny naměřené hodnoty teploty, síly nebo dráhy jsou zaznamenávány registračním za^zením 20 a vyhodnocovány ve vyhodnocovací jednotce 21.

Součtový člen 22 slouží к porovnání skutečných hodnot síly nebo dráhy, zjištěných snímačem 14 síly nebo snímačem 15 dráhy s hodnotami nastavenými v programátoru 22· Programátor 22 přes přepínač 23 měřicích míst určuje, zda bude zaznamenána skutečná hodnota síly nebo deformace γ . Přepínač 24 programů naproti tomu určuje, zda bude zjišťována závislost měrného objemu na teplotě při konstantním tlaku či závislost měrného objemu na tlaku při konstantní teplotě.

Zařízení pracuje bud při izotermické hydrostatické kompresi, tj. při T = konst., kdy je zkušební těleso 2 zatěžováno konstantní deformací у = konst. realizovanou konstantní rychlostí pohybu tlakového pístu 22· ^v tomto případě snímač 15 dráhy pohybu tlakového pístu 10 dává do programátoru 19 a součtového členu 22 signál, jehož hodnota odpovídá skutečné deformaci Υ_χ zkušebního tělesa a kde je tento signál porovnán s hodnotou у - konst. a případně dán povel ke změně Ду, a tím к vyrovnání požadované a skutečné hodnoty pohybu tlakové pístu 10.

Z důvodu podchycení reálného průběhu zkoušky je hodnota skutečné deformace průběžně zaznamenávána. Obdobně probíhá zkouška při izobarickém ochlazování nebo ohřívání, tj. při konst. tlaku p = konst, kdy je zkušební těleso 2 zatěžováno konstantní silou F = konst. Síla F je nastavena na programátoru 19 a je porovnávána v součtovém členu 22 se skutečnou silou F zjištěnou pomocí snímače 14 síly F. Princip je založen na tom, že při změně délky zkušebního tělesa 2 ^v důsledku jeho řízeného ochlazování nebo ohřívání se hodnota síly F = konst změní na F^ a po zpracování v součtovém členu 22 je dán signál o hodnotě F ke změně nastavení pístu přímočarého hydromotoru 22· Průběh síly se po čas zkoušky zaznamenává. Oba popsané děje se opakují pro dané úrovně F = konst а у = konst.

Pro zajištění konstantní teploty zkušebního tělesa 2 při dlouhodobém ohřevu slouží elektrické topení _3 , které je ovládáno pomocí regulátoru .4· ² programátoru 19 je veden údaj o nastavené teplotě Tg konst d° regulátoru _4, který pomocí příkonu ₽w řídí elektrické topení .3· Snímač teploty topení zaznamenává skutečnou teplotu ΤΕχ, která je v regulátoru £ porovnávána s Tg konst' ^{a z} tohoto porovnání vychází změna příkonu Pw· Zároveň je prováděn záznam teploty Τχ tlakové cely 2 ^ze snímače 18 teploty tlakové cely 2.

Pro přímé ochlazování nebo ohřívání zkušebního tělesa £ se používá kapalné nebo plynné médium temperované v temperačním zařízení 2 na požadovanou teplotu na T_K konst izotermické kompresi, případně na požadovaný teplotní gradient při kompresi izobarické· Temperační médium o teplotě T_K konst ^a průtočném množství Qkonst prochází temperačním systémem tlakové cely 2_, přičemž na výstupu z cely se jeho teplota T_Rx zjišťuje pomocí snímače J3 teploty temperačního média· Skutečná teplota tlakové cely 2 Τχ se zaznamenává a je vstupní veličinou pro porovnání

V průběhu celého měření, a to jak izotermických, tak i za izobarických podmínek, se snímají a zapisují, tj. ukládají do paměti hodnoty ze snímače 11 teploty zkušebního tělesa i tlakového snímače 17. Teplota T_s udávaná snímačem 11 teploty zkušebního tělesa představuje nejbližší přiklonění k reálné teplotě zkušebního tělesa £ stejně jako síla F_g, případně tlak p_s z tlakového snímače 17, které zároveň slouží jako kontrolní hodnoty pro hodnotu udávanou snímačem 14 síly.

V popisu činnosti je použito následujícího označení:

y = konst - konstantní deformace zkušebního tělesa y - skutečná deformace zkušebního tělesa

J x &y - rozdíl mezi у = konst a y^

F3 - skutečná síla působící na zkušební těleso

AF - rozdíl mezi F = konst a F_x ^TE konst ” nastavená teplota elektrického topení

Τ_Εχ - skutečná teplota v blízkosti elektrického topení p^ - příkon elektrického topení ^TK konst “ nastavená teplota pro ohřev nebo ochlazování, příp. nastavený teplotní gradient T_Kx - teplota temperačního média na výstupu z cely

Τχ - skutečná 3 teplota cely a zkušebního tělesa

Qkonst ~ průtočné množství temperačního média

Ts - skutečná teplota zkušebního tělesa

Fs - skutečná kontrolní síla působící na zkušební těleso

Ps - skutečný tlak ve zkušebním tělese

Celý postup měření na popsaném zařízení včetně přípravy vzorků je blíže popsán na následujících příkladech.

Příklad 1

Zjišťování závislosti měrného objemu plastu na tlaku a teplotě za izotermických podmínek.

Měření bylo provedeno s tepelně izolovanou tlakovou celou o následujících parametrech: r^ychlost ohřevu 0^,125 °C/s, max. rozptyl teplot^y v pr^ůřezu cel^{y 0,4} °^C·

Zkušební těleso z 1-pol^yet^ylenu Liten MB 62 bylo třískově opracováno z části výstřiku o tloušťce 12 mm, vloženo do tlakové cely a pod tlakem 0,1 MPa přetaveno a ochlazeno na počáte^ční teplotu ¹⁹ °C.

Rozměry zkušebního tělesa: - průměr 8 mm,

- délka 45 mm,

- objem 2261,97 mm

Podmink^y zkou^šky: ^- r^yc^hlost za^těžov^án^{í 0,}5 mm . min ¹

- řízení temperace elektronickým regulátorem teploty, příkon 100 %, zpětná vazba 1,2 s, počet odečítaných dílků 3 ^{- i}zo^termⁱck^é měř-ení. ^provedeno při 19, ^{50, 10}°, ¹⁵°, ²⁰⁰ °C

- výdrž na teplotě před měřením po najetí na teplotu odspodu 60 min.

Zaznamenány byly parametry zkoušky: F_x, y_x, Τ_χ, T_s, p>p, Τ_Εχ, čas. Z těchto parametrů byly lalezeny tyto závislosti měrného objemu - viz tabulku 1.

Příklad 2

Zjišťování hodnot závislosti měrného objemu plastu na tlaku a teplotě za izobarických podmínek.

Měření bylo provedeno s tepelně izolovanou tlakovou celou o následujících parametrech: r^ych^lost dc^hlazov^án^{í p}ro danou te^pe^lnou ⁱzolacⁱ a ^pr^ůto^k c^hla^dicí vody 0^,0² °C/s.

Zkušební těleso stejné jako v příkladu 1 bylo vyrobeno stejným způsobem.

Po^dm^ínk^y zkou^šky: - Hzen^é oc^azov^ s gra^dientem ^0,02 °^C/s

- izobarické měření při 0,1, 20, 40, 60, 100 a 160 MPa

- najeto odspodu na počáteční teplotu zkoušky, výdrž na této teplotě 60 min.

Zaznamenány byly parametry zkoušky: noven měrný objem - viz tabulku 2.	^Fx' ^yx' ^ps' ^Τχ' Tabulka 1	—s^J Trx	' ^Qkonst* ^Z výsledků by! sta-
Te^plota (^OC)	Tlak (MPa)	Změna	měrného objemu ~-L °c (%) ^V19
19	20		0,446
19	60		1, 198
19	100		2,099
19	150		3,132
19	200		4,000
50	20		0,528
50	60		1,462
50	100		2,442
50	150		3,630
50	200		4,455
100	20		0,594
100	60		1,584
. 100	100		2,772
100	150		4,000
100	200		4,884
150 .	20		0,660
150	60		2,000
’ 150	100		3,135

246238.	6	Pokračování	tabulky
Teplota (°C)	Tlak (MPa)	Změna merneho objemu -A^V— ^V19	°C (%)
150	150	4,785
150	200	6,402
200	20	0,792
200	60	2,192
200	100	4,125
200	150	6,336
200	200	• 8,118

Tabulka 2
Tlak (MPa) '	Te^plota (°C)	měrný o^bjem (cm³g H
0,1	30	1,05266
0,1	60	1,06942
0,1	90	1,10176
0,1	110	1,13804
0,1	130	1,26345
0,1	150	1,28080
0,1 ‘	180	¹ 1,30470
0,1	200	1,32123
20	30	1,04589
20	60	1,06110
20	90	1,08628
20	110	1,11825
20	130	1,24023
20	150	1,25499
20	180	1,27677
20	200	1,29108
40	30	1,03842
40	60	1,05210
40	90	1,07297
40	110	1,09933
40	130	1,15989
40	150	1,23264
40	180	1,25221
40	200	1,26605
60	30	1,03208
60	60	1,04542
60	90	1,06311
60	110	1,08558
60	130	1,13232
60	150	1,21417
60	180	1,23331
60·	200	1,24638
100	30	1,02007
100	60	1,03085
‘100	90	1,04682

Pokračování tabulky

Tlak (MPa)	(°C)	- ' u , 3 -lv merny objem (cm g )
100	110	1,06153
100	130	1,09097
100	150	1,18284
100	180	1,20069
100	200	1,21290
160	30	1,00601
160	60	1,01544
160	90	1,02865
160	110	1,04013
160’	130	1,05575
160	150	1,08785
160	180	1,16731
160 · · . .	200	1 , 17780

Claims

PŘEDMĚT

Y N

LEZU

Zařízení pro měření závislosti měrného objemu plastu na ' tlaku a teplotě, sestávající z tepelně izolované tlakové cely a ze zatěžovacího zařízení, vyznačené tím, že do pracovního prostoru regulovaně vytápěné nebo ochlazované tlakové cely (2) zasahuje tlakový píst (10) programově řízeného zatěžovacího zařízení sestávajícího z přímočarého hydromotoru (12).s elektrohydraulickým servoventilem (13) a jeho zpětnými vazbami.tvořenými - snímačem (14) síly vyvozené přímočarým hydromotorem (12) na tlakový píst (10) a snímačem.(.5)' dráhy pohybu tlakového pístu (10), přičemž elektrohydraulický servoventil (13) je spojen ' se součtovým členem (22), na jehož vstup je přes přepínač (23) mařicích míst připojen snímač (14) síly a snímač · (15) dráhy, a přes přepínač (24) programů programátor (19), a na jehož výstupu je elektrohydraulický servoventil (13).