Pierwszenstwo: 73634 Ki. 42k, 34/04 MKP GOln 3/00 Zgloszenie ogloszono: 30.05.1973 Opis patentowy opublikowano: 49.03.1975 CZYTELNIA Urzedu Pal*flto*ego Twórca wynalazku: Ryszard Plowiec Uprawniony z patentu tymczasowego: Polska Akademia Nauk Instytut Podstawowych Problemów Tech¬ niki, Warszawa (Polska) Urzadzenie do pomiaru modulu sprezystosci Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do po¬ miaru modulu sprezystosci cial stalych i cieczy lcpkosprezystych, zawierajace uklad wzbudzajacy, uklad odbiorczy oraz wibrator pobudzany do drgan ultradzwiekowych.Znane sa urzadzenia do pomiaru wartosci dy¬ namicznych cial stalych i cieczy lepkosprezystych w zakresie ultradzwiekowych czestotliwosci od¬ ksztalcen.Do tego celu wykorzystuje sie drgania ultra¬ dzwiekowe wibratora poprzez pomiar czestotiiwosci jego drgan swobodnych i dobroci mechanicznej, z których to wielkosci wnioskuje sie o wlasnosciach badanego osrodka. W przypadku badania cial sta¬ lych obiektem pomiarowym jest sam wibrator wy¬ konany z materialu badanego, natomiast w przy¬ padku cieczy okresla sie wplyw osrodka cieklego na wibrator i stad wnioskuje o wlasnosciach spre¬ zystych na scinanie osrodka. W trakcie badan mie¬ rzona próbka ciala stalego jest bezposrednio pobu¬ dzana do drgan rezonansowych, natomiast przy ba¬ daniu wlasnosci cieczy krysztal kwarcu, stanowiacy wibrator, jest pobudzany do drgan skretnych i u- mieszczony w badanej cieczy.W obu przypadkach duza trudnosc stanowi takie zamocowanie mechaniczne wibratora, aby straty spowodowane tym zamocowaniem jak równiez po¬ budzaniem go do drgan byly male. W znanych dotychczas rozwiazaniach konstrukcyjnych wibra¬ tor w tym celu jest umocowany ze wspólpracuja- 10 15 20 30 2 cymi ukladami mechanicznie w wezle drgan. Za¬ mocowanie takie posiada jednak wymiary fizyczne, co wprowadza okreslone tlumienie do drgajacego wibratora. Straty te nie moga byc pominiete i w konsekwencji maja one wplyw na podstawowe wielkosci mierzone w czasie pomiaru, to jest na czestosc drgan wlasnych wibratora i jego dobroc, co powoduje bledy w okreslaniu wyznaczanych wielkosci.Celem wynalazku bylo opracowanie nowego ukla¬ du drgajacego w urzadzeniu do pomiaru modulu sprezystosci, zapewniajacego jak najmniejsze w nim tlumienie.Urzadzenie wedlug wynalazku ma wibrator po¬ miarowy mocowany mechanicznie w ukladzie drga¬ jacym poprzez sztywny lacznik o dlugosci równej czwartej czesci dlugosci rozchodzacej sie w nim fali lub nieparzystej wielokrotnosci tej czesci.Zastosowanie sztywnego lacznika o odpowiedniej dlugosci do mocowania wibratora praktycznie bio¬ rac eliminuje calkowicie straty spowodowane jego mechanicznym mocowaniem. Na skutek odpowied¬ niego rozkladu drgan na dlugosci lacznika naste¬ puje silny zanik drgan na jego koncu, przez co lacznik wykazuje wlasciwosci izolatora drgan. Sa to wlasciwosci charakterystyczne dla ukladu sta¬ nowiacego odcinek linii dlugiej. Zamocowanie takie praktycznie nie wplywa na charakterystyczne wiel¬ kosci mechaniczne wibratora, na przyklad na czes¬ tosc drgan swobodnych wibratora i na jego dobroc, 73 «3473 634 z których to wielkosci okresla sie nastepnie pocho¬ dne wielkosci fizyczne. Ponadto urzadzenie wedlug wynalazku wykazuje dodatkowe zalety jakimi jest latwosc pomiarów wielkosci fizycznych w funkcji temperatury i cisnienia.Istota wynalazku jest przedstawiona w przykla¬ dzie wykonania na rysunku, który przedstawia schemat blokowy urzadzenia.Urzadzenie sklada sie z ukladu wzbudzajacego 1, ukladu odbiorczego 2 i ukladu drgajacego 3, który jest polaczony z poprzednimi ukladami. Uklad drgajacy 3 zawiera wibrator pobudzajacy 4 oraz wibrator pomiarowy 5, polaczone mechanicznie za pomoca sztywnego lacznika 6. Dlugosc a lacznika 6 jesrfflwna czwartej czesci dlugosci fali rozcho¬ dzacej *si§*w*ukladzie drgajacym 3. Wibrator pobu¬ dzajacy 4 i wibrator pomiarowy 5 maja ksztalt cy¬ lindrycznych, walców;. Dla badania wlasnosci cial stalych wibrator pomiarowy 5 jest wykonany z ma¬ terialu poddawanego pomiarom, natomiast do ba¬ dan cieczy jest on wykonany z dowolnego materia¬ lu malo tlumiacego drgania.Pomiar rozpoczyna sie od wzbudzania do drgan ultradzwiekowych wibratora pobudzajacego 4 przez przylozenie do niego impulsów o odpowiedniej czestotliwosci. Drgania wymuszone w wibratorze pobudzajacym 4 przedostaja sie poprzez lacznik 6 do wibratora pomiarowego 5 i pobudzaja go do drgan swobodnych. Drgania te wracaja nastepnie poprzez lacznik 6 do wibratora pobudzajacego 4, skad sa odbierane, wzmacniane i uwidaczniane w ukladzie odbiorczym 2. Mozliwy jest takze pomiar przy zastosowaniu drgan ciaglych, jednakze istnie¬ je trudnosc ekranowania od siebie przebiegów wzbudzajacego i wzbudzanego. W czasie dokony¬ wania pomiarów okresla sie czestosc drgan swo- 11 25 30 35 bodnych wibratora pomiarowego $ i nastepnie, w oparciu o znane zaleznosci matematyczne, wyznacza sie modul sprezystosci.Dla wyznaczenia modulu sprezystosci podluznej iv wibratorze pomiarowym 5 mierzy sie drgania swobodne podluzne, natomiast dla wyznaczenia mo¬ dulu sprezystosci poprzecznej — drgania swobodne skretne. Ponadto mozna okreslic straty wewnetrzne, tak zwana dobroc mechaniczna ciala stalego po¬ przez dodatkowy pomiar czestosci, przy której am¬ plituda drgan maleje do okreslonej wartosci. Z po¬ miaru tych dwóch czestosci i w oparciu o znana zaleznosc matematyczna wyznacza sie dobroc me¬ chaniczna materialu, z którego wykonano wibrator pomiarowy 5. W ten sposób mozna okreslic na przyklad koncentracje dyslokacji w czystych me¬ talach. Z kolei dokonanie powyzszych pomiarów dwukrotnie: raz w powietrzu a drugi raz po obcia¬ zeniu wibratora pomiarowego 5 ciecza, pozwala obliczyc skladowe modulu sprezystosci tej cieczy na scinanie, poniewaz róznica pomierzonych wiel¬ kosci okresla wplyw osrodka na tlumienie drgan swobodnych wibratora pomiarowego 5. PL PL