SU754262A1 - Vibration-type meter of rheological characteristics of viscoelastic materials - Google Patents
Vibration-type meter of rheological characteristics of viscoelastic materials Download PDFInfo
- Publication number
- SU754262A1 SU754262A1 SU782656846A SU2656846A SU754262A1 SU 754262 A1 SU754262 A1 SU 754262A1 SU 782656846 A SU782656846 A SU 782656846A SU 2656846 A SU2656846 A SU 2656846A SU 754262 A1 SU754262 A1 SU 754262A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- viscosity
- outputs
- inputs
- modulus
- vibration
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Description
Изобретение относится к области исследования физико-механических свойств веществ, а именно к устройствам для измерения и регистрации процессов изменения их динамического модуля упругости и динамической вязкости.The invention relates to the field of research of physical and mechanical properties of substances, namely, devices for measuring and recording the processes of changing their dynamic elastic modulus and dynamic viscosity.
Известен эластометр, содержащий корпус, кювету с исследуемым веществом, шток с зондом, погруженным в ’ исследуемое вещество, привод, датчик перемещения штока и датчик усиления, развиваемого исследуемым веществом, выходами связанные через формирователь сигнала модуля упругости со 1A known elastomer comprising a housing, a cuvette with a test substance, a rod with a probe immersed in the ’test substance, a drive, a rod displacement sensor and a gain sensor developed by the test substance, the outputs connected via an elastic modulus signal generator 1
входом исполнительного блока канала модуля упругости, выход которого связан со входом обратного преобразователя модуля упругости [1] . Известное устройство позволяет измерить20 с высокой точностью и в широком диапазоне частот упругую составляющую комплексного модуля вещества, однако, не позволяет выделить вязкую составляющую и ислючить ее влияние на про- 25 цесс измерения модуля упругости.Эластомер измеряет усредненное значение динамического модуля упругости во всем объеме образца и не позволяет выделить модуль упругости исследуе- 30the input of the Executive unit of the channel of the modulus of elasticity, the output of which is connected to the input of the inverse transducer of the modulus of elasticity [1]. The known device allows to measure20 with high accuracy and in a wide frequency range the elastic component of the complex modulus of a substance, however, it does not allow to isolate the viscous component and exclude its influence on the process of measuring the elastic modulus. The elastomer measures the average value of the dynamic elastic modulus in the entire sample volume and does not allow to select the modulus of elasticity of the study 30
22
мого вещества и его поверхностного слоя.moss substance and its surface layer.
Наиболее близким техническим решением является вибрационный эластовис’ козиметр, выполненный в виде вибропреобразователя, содержащего корпус, кювету с исследуемым веществом, шток с зондом в виде пластины, погруженный в исследуемое вещество, θ платформу, привод кюветы, датчик усилия, развиваемого исследуемым веществом при деформации, датчик перемещения штока и измеритель скорости перемещения штока, обратный преобразова5 тель модуля упругости, состоящий из статора и якоря с катушкой, жестко связанного со штоком, обратный преобразователь вязкости, состоящий из статора с катушкой и якоря с катушкой, жестко связанного со штоком, регистраторы модуля упругости и вязкости, блок измерения модуля упругости, включающий последовательно соединенные формирователь сигнала модуля упругости, фильтр и исполнительное устройство канала модуля упругости, входы которого соединены с выходами датчиков усилия и перемещения штока, блок измерения вязкости, включающий 1юследовательно соединенные форми3The closest technical solution is a vibrating elastovis coosimeter, made in the form of a vibration transducer, comprising a housing, a cuvette with a test substance, a rod with a probe in the form of a plate, immersed in the test substance, θ platform, a cuvette drive, a force sensor developed by the test substance during deformation, rod displacement sensor and rod displacement speed meter, inverse modulator of elastic modulus, consisting of a stator and an anchor with a coil rigidly connected with the rod, inverse transducer l viscosity, consisting of a stator with a coil and an anchor with a coil rigidly connected with the rod, registrars of the elastic modulus and viscosity, the measuring unit modulus of elasticity, which includes serially connected signal generator modulus of elasticity, the inputs of which are connected to the outputs force sensors and rod displacement, viscosity measuring unit, including 1 consequently connected form 3
754262754262
4four
рователь сигнала вязкости, фильтр и исполнительное устройство канала вязкости, входы которого соединены с выходами датчиков усилия и измерителя скорости перемещения штока, а его выход соединен с катушкой статора обратного преобразователя вязкости, катушка якоря обратного преобразователя вязкости при этом соединена с выходом измерителя скорости перемещен ния штока, катушка якоря обратного преобразователя модуля упругости соединена с выходом блока измерения модуля упругости, а статоры обратных преобразователей укреплены на платформе И ·Viscosity signal finder, filter and viscosity channel actuator, whose inputs are connected to the outputs of force sensors and rod speed meter, and its output is connected to the stator coil of the inverse viscosity converter, while the armature coil of the inverse viscosity converter is connected to the output of the rod speed meter , the elastic modulus inverter armature coil is connected to the output of the elastic modulus measurement unit, and the inverters stators are mounted on the platforms And ·
Вибрационный эластовискоэиметр позволяет с достаточной точностью измерить вязкоупругие характеристики исследуемых материалов во всем диапазоне их изменения, включая область незначительных изменений их величины. Недостатком этого измерительного устройства является измерение лишь усредненных значений динамического модуля упругости и динамической вязкости во всем объеме исследуемого образца, в то время, как на практике у исследуемого образца всегда имеется поверхностный слой, величина составляющих вязкоупругих характеристик которого всегда отлична от составляющих в его- объеме. Особенно эта разность оказывается в зависимости от растворителя и температурных условий, однако анализ результатов измерений всегда идет в предположении незначительности влияния вязкоупругих свойств поверхностного слоя, что заведомо снижает точность измерений.Vibrational elastoviscoeimeter allows to measure with sufficient accuracy the viscoelastic characteristics of the studied materials in the whole range of their change, including the area of minor changes in their size. The disadvantage of this measuring device is to measure only the averaged values of the dynamic modulus of elasticity and dynamic viscosity in the entire volume of the sample under study, while in practice the sample under investigation always has a surface layer, the magnitude of the components of viscoelastic characteristics of which is always different from the components in its volume. Especially this difference is dependent on the solvent and temperature conditions, however, the analysis of the measurement results is always under the assumption that the viscoelastic properties of the surface layer are insignificant, which obviously reduces the measurement accuracy.
Целью изобретения является повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей. Указанная цель достигается тем, что в вибрационный измеритель реологических характеристик вязкоупругих материалов введен второй вибропреобразователь, имеющий с первым общий привод, а зонд его выполнен в виде двух пластин, имеющих одинаковые площади и стороны, параллельные сторонам зонда первого зибропреобразователя, длины которых связаны соотношениемThe aim of the invention is to improve the accuracy of measurements and enhanced functionality. This goal is achieved by introducing a second vibration transducer into the vibratory gauge of the rheological characteristics of viscoelastic materials, which has a common drive with the first one, and its probe is made in the form of two plates having the same areas and sides parallel to the probe sides of the first vibration transducer, whose lengths are related by the relation
Ь< + ί>ι _ Ь " с'L <+ ί> ι _ Ь with
где Ь, , Ь„ — длины параллельныхwhere b, b b are the lengths of parallel
горизонтальных сторон пластин зондов первого и второго вибропреобразователей соответственно/the horizontal sides of the plates of the probes of the first and second vibration transducers, respectively /
с, с. , с — длины параллельныхs, s. , с - lengths of parallel
V 1 вертикальных сторонV 1 vertical sides
пластин зондов первого и второго вибропреобразователей соответственно/plates of probes of the first and second vibration transducers, respectively /
при этом в каждом вибропреобразователе статоры обратных преобразователей модуля упругости и вязкости укреплены на корпусе измерителя, статор обратного преобразователя модуля упругости снабжен катушкой, соединенной с выходом блока измерения модуля упругости, а катушка его якоря соединена с выходом датчика перемещения штока,причем выходы блоков измерения модуля упругости первого и второго вибропреобразователей через соответствующие масштабные усилители соединены со входами соответствующих регистраторов, а выходы блоков измерения вязкости первого и второго вибропреобразователей через соответствующие масштабные усилители соединены со входами третьего и четвертого блоков сравнения, выходы которых через их масштабные усилители соединены со входами соответствующих регистраторов .in each vibration converter, the stators of the inverse transducers of the elastic modulus and viscosity are mounted on the meter body, the stator of the inverse transducer of the elastic modulus is equipped with a coil connected to the output of the elastic modulus measurement unit, and its armature coil is connected to the output of the rod displacement sensor, and the outputs of the elastic modulus measurement blocks the first and second vibration transducers through the respective large-scale amplifiers are connected to the inputs of the respective recorders, and the outputs of the measuring units yazkosti first and second vibration transducers through appropriate scaling amplifier connected to the inputs of the third and fourth comparators, the outputs of which through their scale amplifiers are connected to the inputs of the corresponding registers.
Так как ‘пробные воздействия со стороны общего привода передаются кюветам с исследуемым веществом обоих вибропреобразователей,зонды которых имеют разную конструкцию, то это и обуславливает возникновение сил, действующих на штоки со стороны исследуемого вещества, величины которых определяются комплексными модулями исследуемого вещества, его поверхностного слоя и геометрическими размерами зондов в соответствии со следующими выраже-Since the test influences from the common drive side are transferred to the cuvettes with the test substance of both vibration transducers, the probes of which are of different designs, this causes the occurrence of forces acting on the rods from the test substance, the values of which are determined by the complex modules of the test substance, its surface layer and geometrical dimensions of the probes in accordance with the following
преобразователяconverter
— сила, действующая на шток- the force acting on the stock
через пластины зонда второго вибропреобразователя ;through the plates of the probe of the second vibrator;
Рол = · с-Ь-С§ - сила, обусловленная комплексным модулем исследуемого вещества, действующая ка пластину зонда первоговибропреобразователя >Р ol = · с-Ь-С§ is the force due to the complex module of the test substance, acting as a plate of the primary transducer probe>
обусловленная комплексным модулем поверхностного слоя вещества, действующая на пластину зонда первого в ибропреобр аз оват еля;caused by the complex modulus of the surface layer of a substance acting on the plate of the probe of the first in the conversion unit;
= -5-°= 5 - деформация исслел о' О= -5- ° = 5 - deformation isl l o 'O
дуемого вещества и поверхностного слоя;blown substance and surface layer;
О(о- амплитуда деформации;O ( O is the strain amplitude;
0 — величина зазора;0 - the size of the gap;
с, Ь — геометрические размерыc, b - geometric dimensions
пластины первого вибропреобразователя ;plates of the first vibrator;
5five
754262754262
66
сп* >. с*а — комплексные модули поверхностного слоя вещества при различных характерах деформации? with n *>. с * а - complex modules of the surface layer of a substance with different deformation characters?
гог g og
сила,strength,
обусловленная комплексным модулем С*· исследуемого вещества, действующая на пластины второго вибропреобразователя;due to the complex module C * · of the test substance acting on the plates of the second vibration transducer;
с4 · с1’ > ь а ~ геометрические 4 · 1 '> s a ~ geometric
размеры пластин зонда второго вибропреобразователя;the dimensions of the plates of the probe of the second vibrator;
гпг= Ч-*-(Ь4+ ьг> < <4 +υ^Εθι)" сила, обусловленная комплексным модулем поверхностного слоя вещества, действующая на пластины второго вибропреобразователя . г п г = Ч - * - ( Ь 4 + ь г><<4 + υ ^ Ε θ ι) "force due to the complex module of the surface layer of the substance acting on the plates of the second vibration transducer.
Для упрощения конструкции вибрационного измерителя реологических характеристик вязкоупругих материалов наложим следующие ограничения на размеры зондов:To simplify the design of the vibration meter for the rheological characteristics of viscoelastic materials, we impose the following restrictions on the dimensions of the probes:
Ь ч + ь 1B h + s 1
с, + сЛ c, + c L
с< ь4 with <b 4
(2)(2)
(3)(3)
"1 1"eleven
С учетом условий (2) и (3) отношения сил, обусловленных комплексным модулем поверхностного слоя вещества, действующих на зонды первого и второго вибропреобраэователей, могут быть представлены следующим образом?Taking into account conditions (2) and (3), the relations of forces due to the complex module of the surface layer of a substance acting on the probes of the first and second vibration transducers can be represented as follows?
10ten
1515
2020
2525
30thirty
лдld
:4):four)
3535
а силы, обусловленные комплексным^ модулем С* вещества, действующие на пластины обоих вибропреобразователей, равныand the forces due to the complex ^ modulus C * of the substance acting on the plates of both vibration transducers are equal to
(5)(five)
Зададимся соотношениями между геометрическими размерами пластин зондов, принявLet us set the relations between the geometric dimensions of the plates of the probes, taking
:е): e)
Ь = сч · с ,B = sc · s
ЬА = й, Ьг= о(гс,, ,B A = d, b g = o ( g c ,,,
где и — постоянные коэффициенты. Тогда с учетом условий (2) и (3) можно записатьwhere and are constant coefficients. Then, taking into account conditions (2) and (3), we can write
С,Οΐ οί-, СC, Οΐ οί-, C
(7)(7)
С,WITH,
<]с<] with
г УсЧг (о*. а")-с*.сч д+ ' g TEST (o *. a ") - s *. ss g + '
ΛΛ, О<аС__ΛΛ, О <аС__
4 УоС Ус*. («*л-*Л)'Ч*чАдЛ оЧЫ/ 4 WOC Us *. ("* L - * L) 'H * CHORD OF THE Eyes /
4545
5050
5555
6060
О1 сO1 with
Используя соотношения (7), определим периметры пластин зондов первого и второго вибропреобраэователейUsing relations (7), we determine the perimeters of the plates of the probes of the first and second vibration transducers
Р(>2(б+с)»2с(ок+д'),Р ( > 2 (б + с) "2с (ok + d '),
р Ην\| -г Λ |Сp Ην \ | -r Λ | С
г К2[°Ч*г<УП"/4 ί8) g K 2 [° H * g <UE " / 4 ί8)
Их отношение равно правой части выражения (4). Следовательно, отношение сил, действующих на зонды вибропреобразователей, обусловленных комплексным модулем поверхностного слоя вещества, равно отношению их периметров.Their ratio is equal to the right side of expression (4). Consequently, the ratio of the forces acting on the probes of vibration transducers, due to the complex modulus of the surface layer of a substance, is equal to the ratio of their perimeters.
Таким образом, на зонды первого и второго вибропреобразователей действуют равные силы, обусловленные комплексным модулем исследуемого вещества, и силы, обусловленные комплексным модулем поверхностного слоя, отношение величин которых пропорционально отношению их периметров. Это позволяет, изменяя периметры зондов обоих вибропреобраэователей, выделить из комплексного модуля вещества комплексный модуль его поверхностного слоя.Thus, equal forces act on the probes of the first and second vibration transducers, due to the complex module of the substance under study, and forces caused by the complex module of the surface layer, the ratio of the magnitudes of which is proportional to the ratio of their perimeters. This allows, changing the perimeters of the probes of both vibration transducers, to select from the complex module of a substance the complex module of its surface layer.
Необходимость связи кювет обоих вибропреобраэователей с одним приводом влечет введение катушки в статор обратного преобразователя модуля упругости и закрепление его на корпусе.The need to connect the cuvette of both vibration transducers with a single drive leads to the insertion of a coil into the stator of the inverse transducer of the elastic modulus and fixing it on the housing.
Это в значительной степени ослабляет требования к качеству привода за счет его разгрузки и снижения инерционных сил и позволяет повысить точность генерации частоты пробных колебаний, а следовательно, и точность измерений.This greatly weakens the requirements for the quality of the drive due to its unloading and reduction of inertial forces and improves the accuracy of generation of the frequency of probe oscillations, and hence the accuracy of measurements.
На фиг. 1 приведена схема вибрационного измерителя реологических характеристик вязкоупругих материалов; на фиг. 2 - конструкция зондов вибрационного измерителя реологических характеристик вязкоупругих материалов .FIG. 1 shows a diagram of a vibration meter for the rheological characteristics of viscoelastic materials; in fig. 2 - the design of the probes of the vibration meter of the rheological characteristics of viscoelastic materials.
Вибрационный измеритель реологических характеристик вязкоупругих материалов, например полимеров,содержит штоки 1, на которые укреплены зонды 2, первый из них содержит пластину 3, а второй — две пластины 4 и 5 с одинаковыми площадями и со сторонами, параллельными сторонам пластины 3 и удовлетворяющих вышеприведенному соотношению, погруженные в исследуемое вещество 6. На штоках 1, связанных с помощью упругих растяжек 7 с корпусом 8 измерителя, укреплены якори 9 обратных преобразователей модуля упругости с катушками 10, якори 11 обратных преобразователей вязкости с катушками 12, шторки 13 датчиков усилия, развиваемого веществом при деформации, шторки 14 дат чиков перемещения штоков 1, якори 15The vibration meter for the rheological characteristics of viscoelastic materials, such as polymers, contains rods 1, onto which probes 2 are fixed, the first of them contains plate 3, and the second contains two plates 4 and 5 with equal areas and with sides parallel to the sides of plate 3 and satisfying the above relation immersed in the test substance 6. On the rods 1, connected with the help of elastic stretch marks 7 with the meter body 8, the anchors 9 of elastic moduli inverters with coils 10, anchors 11 inverse transforms ers viscosity with the coils 12, the shutter 13 sensors force developed material upon deformation, the shutter 14 dates tors displacement rod 1, anchors 15
6565
77
754262754262
измерителей скорости перемещения штока 1. На корпусе 8 вибрационного измерителя реологических характеристик вязкоупругих материалов укреплены статоры 16 обратных преобразователей модуля упругости с катушками 17, статоры 18 обратных преобразователей вязкости с катушками 19, корпуса 20 датчиков усилия, в которых укреплены фотодиоды 21 и электрические лампочки 22. Корпуса 23 датчиков перемещения штока, где,укреплены фотодиоды 24 и электрические лампочки 25, через тягу 26, на которой укреплены катушки 27 статоров измерителей скорости перемещения штоков, связаны с кулачком 28 и приводом 29 через скобу 30, где находятся рабочие плоскости 31 и·measuring the speed of the rod 1. On the case 8 of the vibration meter of the rheological characteristics of viscoelastic materials, the stators 16 of the elastic moduli converters with coils 17, the stators 18 of the viscosity converters with coils 19, the force sensor housings 20, which strengthened the photodiodes 21 and the electric bulbs 22, are strengthened. The housings 23 of the rod displacement sensors, where the photodiodes 24 and the electric bulbs 25 are reinforced, through the thrust 26, on which the coils 27 of the stators of the measuring speeds of the moving rod are fixed s, are connected to cam 28 and actuator 29 through bracket 30, where working planes 31 and · are located
32 кюветы через калибровочные пластины 33 и 34. С помощью пластин 33 и 34 устанавливаются требуемые зазоры 35 и 36 с исследуемым вещест- . вом 6. Скоба 30 прижимается к кулачку 28 пружинами 37 и 38 и вместе с рабочими плоскостями 31 и 32 располагается в термостабилизированной камере (на чертеже не показана).Выходы фотодиодов 21 датчиков усилия соединены с первыми входами блоков 39 и 40 измерения, модуля упругости, где выделяются активные составляющие комплексного модуля, и первыми входами блоков 41 и 42 измерения вязкости, где выделяются реактивные составляющие комплексного модуля. Вторые входы блоков 39 и 40 измерения модуля упругости соединены с выходами фотодиодов 24 датчиков перемещения штоков 1, которые также соединены со входами катушек 10 якорей 9 обратных преобразователей модуля упругости, а вторые входы блоков 41 и 42 измерения вязкости — с выходами катушек 27 измерителей скорости перемещения штоков 1, которые также соединены со входами катушек 12 якорей 11 обратных преобразователей вязкости. Первые выходы блоков 39 и 40 измерения модуля упругости соединены со входами катушек 17 статоров 16 обратных преобразователей модуля упругости, а первые выходы блоков 41 и 42 измерения вязкости соединены со входами катушек 19 статоров 18 обратных преобразователей вязкости. Вторые выходы блоков 39 и 40 измерения модуля упругости соединены со входами масштабных усилителей 43 и 44 соответственно, а выходы масштабных усилителей соединены со входами первого блока сравнения 45. Причем блок сравнения 45 'соединен со входом масштабного усилителя 46, выход которого связан со входом регистрирующего устройства 47 модуля упругости вещества. Вторые выходы блоков 39 и 40 через масштаб8‘32 cuvettes through calibration plates 33 and 34. Using plates 33 and 34, the required gaps 35 and 36 are established with the substance under test. 6. The bracket 30 is pressed against the cam 28 by springs 37 and 38 and, together with the working planes 31 and 32, is located in a thermally stabilized chamber (not shown). The outputs of the force sensor photodiodes 21 are connected to the first inputs of measurement units 39 and 40, the elastic modulus, where the active components of the complex module stand out, and the first inputs of the viscosity measurement units 41 and 42, where the reactive components of the complex module stand out. The second inputs of the modulus of elasticity measurement blocks 39 and 40 are connected to the outputs of the photodiodes 24 of the displacement sensors of the rods 1, which are also connected to the inputs of the coils 10 of the anchors 9 of the elastic moduli inverters, and the second inputs of the viscosity measuring blocks 41 and 42 to the outputs of the displacement coils 27 rods 1, which are also connected to the inputs of the coils 12 of the anchors 11 inverse viscosity converters. The first outputs of the modulus of elasticity measurement blocks 39 and 40 are connected to the inputs of the coils 17 of the stators 16 inverse moduli of the elastic moduli, and the first outputs of the viscosity measurement units 41 and 42 are connected to the inputs of the coils 19 of the inverse viscosity converters 18. The second outputs of the modules 39 and 40 measuring the modulus of elasticity are connected to the inputs of the scale amplifiers 43 and 44, respectively, and the outputs of the scale amplifiers are connected to the inputs of the first comparison unit 45. Moreover, the comparison unit 45 'is connected to the input of the scale amplifier 46, the output of which is connected to the input of the registering device 47 modulus of elasticity of the substance. The second outputs of blocks 39 and 40 through the scale of 8
ные усилители 48 и 49 также соединены со входами второго блока сравнения 50. Выход блока 50 соединен через масштабный усилитель 51 со входом регистратора 52 модуля упругости поверхностного слоя вещества. Вторые выходы блоков 41 и 42 через масштабные усилители 53 и 54 соединены со входами третьего блока сравнения 55, выход которого связан со входом масштабного усилителя 56, выходом соединенного со входом регистратора 57 вязкости вещества. Вторые выходы блоков 41 и 42 измерения вязкости через масштабные усилители 58 и 59 соединены с четвертым блоком сравнения 60, а выход блока сравнения 60 через масштабный усилитель 61 соединен с выходом регистратора 62 вязкости поверхностного слоя вещества.Amplifiers 48 and 49 are also connected to the inputs of the second comparison unit 50. The output of block 50 is connected via a scale amplifier 51 to the input of the recorder 52 of the elastic modulus of the surface layer of the substance. The second outputs of the blocks 41 and 42 through the large-scale amplifiers 53 and 54 are connected to the inputs of the third comparison unit 55, the output of which is connected to the input of the large-scale amplifier 56, the output connected to the input of the recorder 57 of the substance viscosity. The second outputs of the viscosity measurement units 41 and 42 are connected to the fourth comparison unit 60 via the large-scale amplifiers 58 and 59, and the output of the comparison unit 60 through the large-scale amplifier 61 is connected to the output of the viscosity recorder 62 of the surface layer of the substance.
Вибрационный измеритель реологических характеристик вязкоупругих материалов работает следующим образомVibration meter rheological characteristics of viscoelastic materials works as follows
При включении привода 29 через кулачок 28 скобе 30 передается возвратно-поступательное движение фиксированной амплитуды и частоты. Через исследуемое вещество 6 на зонды 2 с пластинами 3,4,5 действуют силы, вызывающие возвратно-поступательное движение связанных с зондами штоков 1. Под действием этих сил штоки 1 обоих вибропреобразователей совершают возвратно-поступательное движение с одинаковой частотой, но с различными амплитудами и фазами. При этом с первых выходов фотодиодов 21 датчиков усилия обоих вибропреобразователей будут сниматься сигналы, пропорциональные суммарным силам Ц и__:When turning on the drive 29 through the cam 28, the bracket 30 is transmitted reciprocating motion of a fixed amplitude and frequency. Through the test substance 6, the probes 2 with plates 3,4,5 are affected by forces that cause the reciprocating movement of the rods 1 connected with the probes. Under the action of these forces, the rods 1 of both vibration transducers make a reciprocating movement with the same frequency, but with different amplitudes and phases. In this case, from the first outputs of the photodiodes of the 21 force sensors of both vibration transducers, signals proportional to the total forces C and __ will be taken:
,возникающим при деформации исследуемого вещества, которые поступают на первые входы блоков 39 и 40 измере ния модуля упругости первого и второго вибропреобразователей, а на вторые их входы поступают сигналы с выходов фотодиодов 24 датчиков перемещения штоков 1, величины которых пропорциональны активным составляющим комплексного модуля вещества и его поверхностного слоя. В блоках измерения модуля упругости 39 и 40 сигналы, пропорциональные суммарным силам Г л и детектируются соответствующими сигналами перемещения, фильтруются на частоте колебаний привода и формируются сигналы для компенсации активной составляющей комплексного модуля обоих вибропреобразователей. Выходные сигналы, пропорциональные величинам модуля упругости вещества и его поверхностного слоя, поступают на первый и второй выходы блоков измерения модуля упругости 39 и 40. При этом сигналы с выходов фотодиодов 24 также подаются на входы катушек 10 якорей 9arising from the deformation of the test substance, which arrive at the first inputs of blocks 39 and 40 of the elastic modulus measurement of the first and second vibration transducers, and their second inputs receive signals from the outputs of photodiodes 24 rod displacement sensors 1, whose magnitudes are proportional to the active components of the complex module of the substance and its surface layer. In blocks measurement modulus 39 and 40 signals proportional to the total force F L detected and corresponding displacement signals are filtered at the frequency of oscillation and drive signals are generated to compensate for the resistive component of the complex modulus of vibration transducers both. Output signals proportional to the magnitude of the elastic modulus of the substance and its surface layer are fed to the first and second outputs of the modules measuring the elastic modulus 39 and 40. The signals from the outputs of the photodiodes 24 are also fed to the inputs of the coils 10 of the anchors 9
99
754262754262
10ten
обратных преобразователей модуля упругости, которые образуют переменные магнитные моля в их зазорах. Таким образом, в соответствии с выражением (1) с обоих выходов блока измерения модуля упругости 39 снимаются 5elastic modulus inverters that form variable magnetic moles in their gaps. Thus, in accordance with expression (1), from both outputs of the modulus of elastic modulus measuring block 39 are removed 5
сигналы, величина которых может быть выраженаsignals whose magnitude can be expressed
а с обоих выходов блока 40 снимаются сигналы, величина которых выраженаand from both outputs of block 40 signals are taken, the magnitude of which is expressed
1 4 с1+сг о. ь4+ог 1 4 с 1+ с г о. l 4 + about g
где К* — коэффициент пропорциональности, Οθ , Сп', Сп - модули упругости вещества и его поверхностного слоя при различных характерах деформации. Сигналы с первых выходов блоков 39 и 40 измерения модуля упругости поступают на входы катушек 17 статоров 16 обратных преобразователей модуля упругости и образуют постоянные магнитные поля в их зазорах, которые пропорциональны величинам сигналов, определяемых выражениями (10) и (11). Постоянные магнитные поля статоров 16,. взаимодействуя с переменными магнитными полями катушек 10 якорей 9 обратных преобразователей модуля упругости, обуславливают возникновение сил, приложенных к штокам 1 обоих вибропреобразователей, которые равны по величине и обратны по знаку соответствующим силам сопротивления движению зондов 2 со штоком 1,обусловленным модулем упругости вещества и его поверхностного слоя.where K * is the coefficient of proportionality, Οθ, C p ', C p are the elastic moduli of a substance and its surface layer with different deformation characters. The signals from the first outputs of the elastic modulus measurement units 39 and 40 are fed to the inputs of the coils 17 of the stators 16 of the inverse transducers of the elastic modulus and form constant magnetic fields in their gaps, which are proportional to the values of the signals defined by expressions (10) and (11). Permanent magnetic fields of stators 16 ,. interacting with the variable magnetic fields of the coils 10 of the anchors 9 of the inverters of the modulus of elasticity, cause the occurrence of forces applied to the rods 1 of both vibration transducers, which are equal in magnitude and inverse to the corresponding forces of resistance of the probes 2 with the rod 1, due to the modulus of elasticity of the substance and its surface layer.
При компенсации сил сопротивления движению зондов 2 электромагнитными силами обратных преобразователей модуля упругости могут быть опреде.лены значения модуля упругости вещества и модуля упругости поверхностного слоя. Со вторых выходов блоков 39 и 40 сигналы поступают на входы масштабных усилителей 43 и 44. Выходные сигналы усилителей 43 и 44 поступают на входы первого блока сравнения 45, -где происходит их вычитание, а с его выхода результирующий сигнал поступает' на вход масштабного- усилителя 46, выходной сигнал которого регистрируется в регистраторе 4 7 модуля - упругости вещества. Со вторых выходов блоков 39 и 40 сигналы также поступают на входы усилителей 48 и 49. Выходные их сигналы поступают на входы второго блока сравнения 50, где происходит их вычитание, результат которого поступает на вход усилителя 51, выход которого связан со входом регистратора 52, где регистрируется величина модуля упругости поверхностного слоя веще15When compensating the resistance forces to the movement of the probes 2 by the electromagnetic forces of the inverse transducers of the elastic modulus, the values of the elastic modulus of a substance and the elastic modulus of the surface layer can be determined. From the second outputs of blocks 39 and 40, the signals arrive at the inputs of the scale amplifiers 43 and 44. The output signals of the amplifiers 43 and 44 arrive at the inputs of the first comparison unit 45, where they are subtracted, and from its output the resultant signal is fed to the input of the scale amplifier 46, the output signal of which is recorded in the registrar 4 7 moduli - elasticity of the substance. From the second outputs of blocks 39 and 40, the signals are also fed to the inputs of amplifiers 48 and 49. Their output signals go to the inputs of the second comparison unit 50, where they are subtracted, the result of which goes to the input of amplifier 51, the output of which is connected to the input of the recorder 52, where the magnitude of the elastic modulus of the surface layer is recorded 15
2020
2525
30thirty
3535
4040
5050
5555
6060
6565
ства. С выходов фотодиодов 21 датчиков усилия обоих вибропреобразователей сигналы, пропорциональные суммарным силам и поступают также на первые входы блоков 41 и 42 измерения вязкости первого и второго вибропреобраэователей, а на вторые их входы поступают сигналы с выходов катушек 27 статоров измерителей скорости перемещения штоков 1, величины которых пропорциональны реактивным составляющим комплексного модуля вещества и его поверхностного слоя.properties. From the outputs of the photodiodes 21 of the force sensors of both vibration transducers, signals proportional to the total forces also arrive at the first inputs of the viscosity measurement blocks 41 and 42 of the first and second vibration transducers, and the second inputs receive signals from the outputs of the coils 27 of the stators of the movement speeds of the rod 1 moving, whose values proportional to the reactive components of the complex module of the substance and its surface layer.
В блоках 41 и 42 измерения вязкости выходные сигналы фотодиодов 21 датчиков усилия детектируются сигналами с выходов катушек 27 статоров измерителей скорости перемещения штоков 1, сдвинутых на угол Л/2 по отношению к сигналам перемещения штока 1, фильтруются на частоте колебаний привода и формируются сигналы для компенсации реактивной составляющей комплексного модуля обоих вибропреобразователей. Выходные сигналы,In blocks 41 and 42 of viscosity measurement, the output signals of the photodiodes 21 of the force sensors are detected by signals from the outputs of the coils 27 of the stators measuring the speed of movement of the rods 1, shifted by the angle L / 2 relative to the signals of the movement of the rod 1, filtered at the frequency of the drive oscillation and generated signals to compensate reactive component of the integrated module of both vibration transducers. Output signals
пропорциональные величинам вязкости вещества и его поверхностного слоя, поступают на первый и второй выходы блоков 41 и 42. При этом сигналы с выходов катушек 27 также подаются на входы катушек 12 якорей 11 обратных преобразователей вязкости, которые образуют переменные магнитные поля в их зазорах.Таким образом, в соответствии с выражением (1) с обоих выходов блока 41 снимаются сигналы, величина которых может быть выражена следующим образом:proportional to the values of the viscosity of a substance and its surface layer, go to the first and second outputs of blocks 41 and 42. At the same time, signals from the outputs of coils 27 are also fed to the inputs of coils 12 of anchors 11 inverse viscosity converters, which form alternating magnetic fields in their gaps. , in accordance with the expression (1), the signals from the outputs of block 41 are removed, the magnitude of which can be expressed as follows:
%-КаГ5, С'ь Ч0+Ла'’ <12’% -CaG 5 , C ' s Ch0 + La ''< 12 '
а величины сигналов с обоих выходов блока 42 измерения вязкости вещества равныand the values of the signals from both outputs of the block 42 measuring the viscosity of a substance
4545
где к2 — коэффициент пропорциональности, η0,Π λ4, Π'ηι ~ динамические вязкости вещества и его поверхностного слоя при различных характерах деформации.where k 2 is the proportionality coefficient, η 0 , Π λ 4 , Π'ηι ~ dynamic viscosities of the substance and its surface layer with various deformation characters.
Сигналы с первых выходов блоков 41 и 42 поступают на входы катушек 19 статоров 18 обратных преобразователей вязкости первого и второго вибропреобраэователей и образуют . постоянные магнитные поля в их зазорах, которые пропорциональны величинам сигналов, определяемых выражениями (12) и (13). Постоянные магнитные поля статоров 18, взаимодействуя с переменными магнитными полями катушек 12 якорей 11 обратных преобразователей вязкости, обуславливают возникновение сил, приложенных к штокам 1 обоих вибро11The signals from the first outputs of the blocks 41 and 42 are fed to the inputs of the coils 19 of the stators 18 of the inverse viscosity converters of the first and second vibration transducers and form. constant magnetic fields in their gaps, which are proportional to the magnitudes of the signals defined by expressions (12) and (13). The constant magnetic fields of the stators 18, interacting with the variable magnetic fields of the coils 12 of the anchors 11 inverse viscosity converters, cause the occurrence of forces applied to the rods 1 of both vibrators 11
754262754262
1212
преобразователей, которые равны по величине и обратны по знаку соответствующим силам сопротивления движению зондов 2 со штоком 1, обусловленным вязкостью вещества и его поверхностного слоя. При компенсации сил сопротивления движению зондов 2 электромагнитными силами обратных преобразователей вязкости могут быть определены значения вяз-, кости вещества и вязкости его поверхностного слоя.converters that are equal in magnitude and inverse in sign to the corresponding forces of resistance to the movement of probes 2 with rod 1, due to the viscosity of the substance and its surface layer. When the forces of resistance to the movement of the probes 2 are compensated by the electromagnetic forces of the inverse viscosity converters, the values of viscous, bone matter and the viscosity of its surface layer can be determined.
Со вторых выходов блоков 41 и 42 измерения вязкости сигналы поступают на входы усилителей 53 и 54 соответственно. Выходные сигналы усилителей 53 и 54 поступают на входы третьего блока сравнения 55, выходной сигнал которого поступает на вход масштабного усилителя 56, а его выходной сигнал регистрируется в регистраторе 57 вязкости вещества.From the second outputs of the viscosity measurement units 41 and 42, the signals arrive at the inputs of the amplifiers 53 and 54, respectively. The output signals of the amplifiers 53 and 54 are fed to the inputs of the third comparison unit 55, the output signal of which is fed to the input of the scale amplifier 56, and its output signal is recorded in the recorder 57 of the substance viscosity.
Со вторых выходов блоков 41 и 42 сигналы также поступают и на входы масштабных усилителей 58 и 59, с выхода которых сигналы поступают на входы четвертого блока сравнения оО, а с его выхода — на вход усилителя 61 выходной сигнал которого поступает на вход регистратора 62, где регистрируется вязкость поверхностного слоя вещества.From the second outputs of blocks 41 and 42, the signals also go to the inputs of large-scale amplifiers 58 and 59, from the output of which the signals go to the inputs of the fourth comparison unit OO, and from its output to the input of amplifier 61, the output signal of which goes to the input of the recorder 62, where the viscosity of the surface layer of the substance is recorded.
При изменении вязкости вещества и его поверхностного слоя произойдет изменение амплитуды й фазы колебаний штоков 1 с зондами 2, что приведет к изменению сигналов на выходе блоков 41 и 42, компенсирующих изменение вязкости вещества. Изменение сигналов со вторых выходов блоков 41 и 42 вызовет соответствующее изменение выходного сигнала третьего блока сравнения 55, котороезарегистрируется в регистраторе 57 в виде нового значения вязкости вещества. Изменение сигналов блоков 41 и 42 измерения вязкости вызовет также соответствующее изменение выходного сигнала четвертого блока сравнения 60, которое зарегистрируется в регистраторе 62 в виде нового значения вязкости поверхностного слоя вещества.When the viscosity of a substance and its surface layer changes, the amplitude of the second phase of oscillation of rods 1 with probes 2 will change, which will lead to a change in the signals at the output of blocks 41 and 42, compensating for the change in the viscosity of the substance. The change of signals from the second outputs of blocks 41 and 42 will cause a corresponding change in the output signal of the third comparison unit 55, which will be registered in the recorder 57 as a new value of the viscosity of the substance. A change in the signals of viscosity measurement units 41 and 42 will also cause a corresponding change in the output signal of the fourth comparison unit 60, which will be registered in the recorder 62 as a new viscosity of the surface layer of the substance.
Изменение модуля упругости вещества и его поверхностного слоя приведет к изменению амплитуды и фазы колебаний штоков 1 с зондами 2. Это вызовет изменение сигналов на выходе блоков 39 и 40 измерения модуля упругости до тех пор и в ту сторону, пока сигналы с первых выходов блоков 39 и 40 не создадут усилия на штоках 1 обоих вибропреобразователей, компенсирующие изменение модуля упругости вещества. Тогда изменение сигналов со вторых выходов блоков 39 и 40 измерения модуля упругости вызовет соответствующее. изменение выходногоA change in the modulus of elasticity of a substance and its surface layer will lead to a change in the amplitude and phase of oscillations of rods 1 with probes 2. This will cause a change in the signals at the output of blocks 39 and 40 of the measurement of the modulus of elasticity up and down the signals from the first outputs of blocks 39 and 40 will not create forces on the rods 1 of both vibration transducers, compensating for the change in the elastic modulus of the substance. Then the change of signals from the second outputs of the modules 39 and 40 of the measurement of the modulus of elasticity will cause the corresponding. output change
сигнала первого блока сравнения 45, которое зарегистрируется в регистраторе 47 в виде нового значения модуля упругости вещества. Изменение сигналов с выходов блоков 39 и 40 измерения модуля упругости также вызовет соответствующее изменение выходного сигнала блока сравнения 50, которое зарегистрируется в регистраторе 52 в виде нового значения модуля упругости поверхностного слоя вещества.the signal of the first comparison unit 45, which will be registered in the registrar 47 as a new value of the modulus of elasticity of the substance. A change in the signals from the outputs of the modulus of elasticity measurement units 39 and 40 will also cause a corresponding change in the output signal of the comparator unit 50, which will be registered in the recorder 52 as a new value of the modulus of elasticity of the surface layer of the substance.
Устройство позволяет не только повысить точность измерений модуля упругости и вязкости вещества,но и обеспечивает возможность исследования реологических характеристик поверхностных слоев, что особенно важно при.анализе влияния различных сред на 'кинетику полимеров. Использование предлагаемого изобретения открывает возможность синтеза новых материалов, обладающих поверхностно-активными свойствами, возможность анализа качественного и количественного влияния внешней среды на кинетику материалов и позволяет получить значительный экономический эффект.The device allows not only improving the accuracy of measurements of the modulus of elasticity and viscosity of a substance, but also provides the possibility of studying the rheological characteristics of the surface layers, which is especially important when analyzing the influence of various media on the kinetics of polymers. The use of the present invention opens up the possibility of the synthesis of new materials with surface-active properties, the ability to analyze the qualitative and quantitative influence of the external environment on the kinetics of materials and allows to obtain a significant economic effect.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU782656846A SU754262A1 (en) | 1978-08-21 | 1978-08-21 | Vibration-type meter of rheological characteristics of viscoelastic materials |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU782656846A SU754262A1 (en) | 1978-08-21 | 1978-08-21 | Vibration-type meter of rheological characteristics of viscoelastic materials |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU754262A1 true SU754262A1 (en) | 1980-08-07 |
Family
ID=20782200
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU782656846A SU754262A1 (en) | 1978-08-21 | 1978-08-21 | Vibration-type meter of rheological characteristics of viscoelastic materials |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU754262A1 (en) |
-
1978
- 1978-08-21 SU SU782656846A patent/SU754262A1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0112156B1 (en) | Apparatus for measuring viscosity | |
CN107014480A (en) | Linear motor displacement amplitude detection method and detection means | |
CN109828141A (en) | Highly sensitive voltage measuring apparatus and measurement method based on weak coupling micromechanical resonator | |
US4050530A (en) | Method and apparatus for determining weight and mass | |
Higo et al. | The general problems of AE sensors | |
SU754262A1 (en) | Vibration-type meter of rheological characteristics of viscoelastic materials | |
SU602825A1 (en) | Device for measuring dynamic elasticity modulus of solidifying substances | |
SU682796A1 (en) | Apparatus for the determination of shear viscosity and elasticity of media | |
Miller | L.," Experimental Determination of Unsteady Propeller Forces," | |
SU828020A1 (en) | Elastoviscometer | |
RU2730423C1 (en) | Accelerometer for measuring linear accelerations | |
SU1080070A1 (en) | Elastoviscometer | |
SU1046664A1 (en) | Thermogravimetric moisture meter | |
SU708202A1 (en) | Device for measuring rheologic characteristics of visco-elastic media | |
SU1227957A1 (en) | Arrangement for measuring vibration parameters | |
SU1137398A1 (en) | Device for measuring sensitivity of vibro-measuring converters to deformation of object under measurement | |
SU830233A1 (en) | Device for measuring internal friction in solid bodies | |
SU1553909A1 (en) | Graduating device for acceleration piezoelectric transducer | |
SU1427109A1 (en) | Method of determining efficiency factor of vibration isolator | |
SU1245950A1 (en) | Method of analyzing particle systems | |
SU1303844A1 (en) | Method of calibration checking of equipment for measuring vibrations with piezoelectric transducer and calibrating piezoelectric element | |
SU911320A1 (en) | Method of ceramic converter flaw detection | |
SU868472A1 (en) | Rotary elastoviscosimeter measuring unit | |
SU1237916A1 (en) | Device or measuring resonance frequency of parts | |
SU1619067A1 (en) | Method of determining energy absorption factor in object |