RU2783191C1 - Способ определения пенетрации полутвёрдых материалов и устройство для его осуществления (Пенетрометр) - Google Patents
Способ определения пенетрации полутвёрдых материалов и устройство для его осуществления (Пенетрометр) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2783191C1 RU2783191C1 RU2021138442A RU2021138442A RU2783191C1 RU 2783191 C1 RU2783191 C1 RU 2783191C1 RU 2021138442 A RU2021138442 A RU 2021138442A RU 2021138442 A RU2021138442 A RU 2021138442A RU 2783191 C1 RU2783191 C1 RU 2783191C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- penetration
- sample
- working fluid
- force
- starting position
- Prior art date
Links
- 230000035515 penetration Effects 0.000 title claims abstract description 33
- 239000012056 semi-solid material Substances 0.000 title claims description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 14
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 4
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 description 2
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 2
- 238000000418 atomic force spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к способу и устройству определения пенетрации - глубины проникновения рабочего тела стандартной формы и веса в образец испытуемого материала. Пенетрометр содержит блок измерения и управления, неподвижное рабочее тело, закрепленное на датчике усилия, установленном на основании, имеющем привод с датчиком перемещения для перемещения стола с образцом в вертикальном направлении из исходной позиции до положения определения момента касания или стартовой позиции, а затем, после проведения пенетрации, до конечной позиции. Рабочее тело неподвижно, а стол с образцом с помощью привода перемещается в течение заданного времени из стартовой позиции вертикально вверх в конечную позицию с постоянным измерением усилия на рабочем теле с помощью датчика усилия и координаты с помощью датчика перемещения, управляя при этом ускорением и скоростью перемещения образца, которые вычисляются по формулам. Технический результат: повышение точности определения момента касания рабочим телом поверхности образца испытуемого материала, повышение точности и повторяемости измерений величины пенетрации. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к способу и устройству определения пенетрации - глубины проникновения рабочего тела стандартной формы и веса в образец испытуемого материала в течение заданного времени при определенной температуре. В частности, настоящее изобретение относится к пенетрометру и способу для измерения пенетрации таких материалов как дорожные вяжущие, смазочные материалы, герметики. Измерение пенетрации является обязательным при определении качества дорожных вяжущих в дорожном строительстве.
Для определения пенетрации дорожных вяжущих используется способ в соответствии со стандартными методами, согласно ГОСТ 33136-2014, ГОСТ 5346-78, ГОСТ ISO 2137, EN 1426, ASTM D5. За единицу пенетрации принимается погружение на 0,1 мм. При этом рабочее тело стандартной формы и веса, состоящее из стержня и погружного тела, проникает в течение заданного времени, под собственным весом в образец испытуемого материала. Измеренная таким образом пенетрация, выраженная в единицах пенетрации, отражается в обозначении битума, например, БНД 70 означает глубину погружения 7 мм.
Важным условием, определяющим повторяемость результатов, является точное позиционирование рабочего тела перед пенетрацией непосредственно над поверхностью образца, а также отсутствие добавочных сил трения при движении рабочего тела.
Известен способ из патента DE 10257170 В4 для определения степени твердости полутвердых материалов, при котором перед измерением степени твердости испытательное тело, соединенное с датчиком усилия/пути, опускается в измеряемый материал таким образом, что исследуемый материал при первом подводе испытательного тела, связанного с датчиком, получает только эластичную деформацию. Посредством, по меньшей мере, двух значений измерения усилия/пути датчиком определяется точное стартовое положение для испытательного тела над или на измеряемом материале, и затем, испытательное тело устанавливается в это стартовое положение.
Благодаря этому способу обеспечивается автоматический процесс подвода, за счет чего можно исключить субъективные ошибки подвода. Однако недостатком является относительно большая масса, которая воздействует на датчик усилия/пути, что приводит к большой чувствительности к помехам, таким как вибрации и т.п.
Кроме того, из RU 2443995 С2 известен способ и устройство для определения степени твердости полутвердых материалов в котором, с целью повышения точности, датчик усилия размещен в рабочем теле и является частью рабочего тела. Данный патент является наиболее близким и может считаться прототипом.
В этом способе также обеспечивается автоматический процесс подвода, и точность определения касания, за счет снижения массы рабочего тела с датчиком. Однако недостатком является относительно большой уровень помех при измерении усилия во время перемещения рабочего тела с датчиком и наличие сил трения, которые снижают величину пенетрации при проведении испытаний.
Задачами заявляемого изобретения являются, повышение точности определения момента касания рабочим телом поверхности образца испытуемого материала, повышение точности, повторяемости измерений величины пенетрации и снижение стоимости устройства.
Сущность способа и устройства поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана схема устройства измерения, на фиг. 2 типовой график усилия при пенетрации битума.
Особенностью заявленного способа и устройства является то, что для определения усилия пенетрации используется неподвижное рабочее тело, закрепленное на неподвижном датчике усилия, а пенетрация осуществляется перемещением стола с образцом испытуемого материала вертикально вверх. При этом имитируется погружение аналогично стандартному методу измерения пенетрации падающего рабочего тела под действием собственного веса в неподвижный образец. При имитации погружения задается скорость перемещения стола с образцом. Для этого предварительно вычисляется ускорение по формуле (1):
, где
аз - заданное ускорение;
g - константа, ускорение свободного падения,
принимается с округлением = 9,81 м/сек2;
Fи - измеренное значение силы с датчика усилия в граммах;
Fз - константа, заданное значение веса рабочего тела 2 в соответствии с используемым стандартным методом измерения (50/100/200 грамм).
На основании требуемого ускорения вычисляется скорость движения образца 3 по формуле (2)
, где
Vз - заданная скорость;
Ут - текущая скорость;
tинт - интервал времени между измерениями величин.
Далее осуществляется перемещение стола 12 с образцом 3 испытуемого материала вертикально вверх с управляемой скоростью и ускорением, с постоянным измерением усилия на рабочем теле 2, в течение заданного времени (5 или 60 сек). Величина перемещения за это время является значением пенетрации 8.
Процесс пенетрации Фиг. 2 с управлением ускорением состоит из трех основных этапов. На первом этапе, при малых значениях усилия, происходит увеличение скорости, что соответствует увеличению импульса и кинетической энергии рабочего тела 2 при стандартном методе измерения. На втором этапе, при усилиях выше Fз, происходит снижение скорости, что соответствует снижению импульса и кинетической энергии рабочего тела 2 при стандартном методе измерения. И на третьем этапе, при усилии равном Fз, пенетрация идет с постоянной скоростью.
При этом не требуется выдерживать вес рабочего тела 2 в соответствии со стандартным методом измерения. Это позволяет максимально снизить массу рабочего тела 2, что снижает помехи от механических вибраций при измерении усилия. Измерение усилия на неподвижном рабочем теле 2 позволяет исключить погрешность, возникающую от сил трения.
Предлагаемый пенетрометр Фиг. 1 имеет основание 5, на верхней части которого установлен датчик усилия 1, на котором закреплено рабочее тело 2. Рабочее тело 2 неподвижно относительно основания 5, датчик усилия 1 измеряет силу, действующую на рабочее тело 2 в вертикальном направлении. Привод 7 с датчиком перемещения 6 также закреплен на основании 5 и выполняет перемещение в вертикальном направлении стола 12. На столе 12 размещается образец 3 испытуемого материала. Блок измерения и управления 4 контролирует усилие, перемещение, время, температуру и задает скорость перемещения стола 12 с образцом 3 испытуемого материала.
Измерение пенетрации 8 происходит следующим образом: в начале испытания стол 12 с образцом 3 находится в исходной позиции 11, затем стол 12 с образцом 3 с помощью привода 7 начинает движение вертикально вверх, блок измерения и управления 4 с помощью датчика усилия 1 измеряет усилие, действующее на рабочее тело 2. При превышении порога усилия соответствующего эластичной деформации не более одной единицы пенетрации, стол 12 останавливается в стартовой позиции 10, где по датчику перемещения 6 запоминается начальная координата. С этой координаты перемещения начинается отсчет значения пенетрации 8. Блок измерения и управления 4 на основании измерения усилия и перемещения, по формулам (1) и (2) с помощью привода 7 задает скорость перемещения стола 12 с образцом 3, имитируя процесс падения рабочего тела 2 в образец 3. По окончании времени испытания, стол 12 с образцом 3 останавливается в конечной позиции 9. Разность координат перемещения между конечной позицией 9 и стартовой позицией 10 является величиной пенетрации 8. Затем стол 12 с образцом 3 с помощью привода 7 возвращается в исходную позицию 11.
Данный способ определения пенетрации полутвердых материалов найдет применение в испытательных лабораториях. Устройство для его осуществления может изготавливаться в промышленных масштабах.
Claims (12)
1. Способ определения пенетрации полутвердых материалов измерением глубины проникновения рабочего тела в образец, отличающийся тем, что рабочее тело неподвижно, а стол с образцом с помощью привода перемещается в течение заданного времени из стартовой позиции вертикально вверх в конечную позицию с постоянным измерением усилия на рабочем теле с помощью датчика усилия и координаты с помощью датчика перемещения, управляя при этом ускорением и скоростью перемещения образца, которые вычисляются по следующим формулам:
где аз - заданное ускорение;
g - константа, ускорение свободного падения;
Fи - измеренное значение силы с датчика усилия;
Fз - константа, заданное значение веса рабочего тела в соответствии с используемым стандартным методом измерения;
где Vз - заданная скорость;
Vт - текущая скорость;
tинт - интервал времени между измерениями величин.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительно для определения момента касания или стартовой позиции образец поднимается из исходной позиции с одновременным измерением усилия на рабочем теле, и по превышению усилием порога, обеспечивающего эластичную деформацию менее одной единицы пенетрации, определяется стартовая позиция стола.
3. Устройство (Пенетрометр) для определения пенетрации полутвердых материалов, имеющее блок измерения и управления, неподвижное рабочее тело, закрепленное на датчике усилия, установленном на основании, имеющем привод с датчиком перемещения для перемещения стола с образцом в вертикальном направлении из исходной позиции до положения определения момента касания или стартовой позиции, а затем, после проведения пенетрации, до конечной позиции, отличающееся тем, что рабочее тело неподвижно, а перемещается стол с образцом испытуемого материала.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2783191C1 true RU2783191C1 (ru) | 2022-11-09 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1343607A (en) * | 1971-03-05 | 1974-01-16 | American Chain & Cable Co | Apparatus for testing the hardness of materials |
RU96428U1 (ru) * | 2010-03-18 | 2010-07-27 | Фгу Тиснум | Сканирующий нанотвердомер |
RU96429U1 (ru) * | 2010-03-23 | 2010-07-27 | Федеральное государственное учреждение Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов (ФГУ ТИСНУМ) | Сканирующий зондовый микроскоп-нанотвердомер, совмещенный с оптической системой линейных измерений |
RU2442131C1 (ru) * | 2010-07-21 | 2012-02-10 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов" (ФГБНУ ТИСНУМ) | Устройство для измерения параметров рельефа поверхности и механических свойств материалов |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1343607A (en) * | 1971-03-05 | 1974-01-16 | American Chain & Cable Co | Apparatus for testing the hardness of materials |
RU96428U1 (ru) * | 2010-03-18 | 2010-07-27 | Фгу Тиснум | Сканирующий нанотвердомер |
RU96429U1 (ru) * | 2010-03-23 | 2010-07-27 | Федеральное государственное учреждение Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов (ФГУ ТИСНУМ) | Сканирующий зондовый микроскоп-нанотвердомер, совмещенный с оптической системой линейных измерений |
RU2442131C1 (ru) * | 2010-07-21 | 2012-02-10 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов" (ФГБНУ ТИСНУМ) | Устройство для измерения параметров рельефа поверхности и механических свойств материалов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5616857A (en) | Penetration hardness tester | |
KR100418700B1 (ko) | 유한요소해에 기초한 물성평가 구형 압입시험기 | |
KR101799526B1 (ko) | 콘크리트 압축강도 시험방법 및 시험장치 | |
US10788476B2 (en) | Friction testing apparatus and method | |
US3805598A (en) | Indenting rheometer | |
CN206906222U (zh) | 一种测定摩擦系数的装置 | |
CN107101936A (zh) | 一种测定摩擦系数的装置及方法 | |
RU2783191C1 (ru) | Способ определения пенетрации полутвёрдых материалов и устройство для его осуществления (Пенетрометр) | |
CN111537374B (zh) | 摩擦试验方法 | |
EP1348942B1 (en) | Method and device for defining elastic deformations and measuring the internal angle of a gyratory compactor | |
US3123997A (en) | cosner | |
EP0130326B1 (en) | Fully automatic penetration hardness tester | |
CN110567877A (zh) | 激光薄膜内耗仪及材料内耗的检测方法 | |
US2747399A (en) | Static yield point measurement | |
Kikuchi et al. | Effect of separation distance on cavitation erosion of vibratory and stationary specimens in a vibratory facility | |
CN208239196U (zh) | 一种提高试验准确度的材料压力试验机 | |
JPH05506305A (ja) | 超音波コンタクトインピーダンス方法における、荷重印加の基での硬さ又は弾性材料特性の測定方法 | |
RU178654U1 (ru) | Устройство для трибологических исследований материалов пар трения | |
RU2819268C1 (ru) | Способ выявления скрытых дефектов и устройство для их обнаружения | |
US2913898A (en) | Hardness determination for semi-solid materials | |
SU676908A1 (ru) | Прибор дл измерени твердости царапанием | |
SU851193A1 (ru) | Устройство дл определени в зкоупругихХАРАКТЕРиСТиК ТВЕРдыХ МАТЕРиАлОВ | |
McCormick et al. | The calibration of the nanoindenter | |
CN105092400A (zh) | 非规则岩样的硬度及塑性系数测量方法及装置 | |
RU158916U1 (ru) | Устройство для исследования триботехнических характеристик материалов |