SU949397A1 - Устройство дл измерени реологических характеристик материалов - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к исследованию механических свойств материалов, а именно к устройствам дл  измерени  реологических характеристик материалов, и может быть использовано дл  измерени  динамического модул  упругости, тангенс угла механических потерь и др; xapiairre ристик широкого класса материалов в широком диапазоне температур. Известно устройство дл  измерени  реологических характеристик материалов, содержащее задакщий генератор, подключенный нему электромеханический преобразователь дл  возбуждени  колебаний образца и прибор дл  измерени  электрического импеданса катушки преобразовате л , 1., Недостатком этого устройства  вл етс  больша  трудоемкость обработки результатов измерени . Наиболее близким к изобретению по технической сушности  вл етс  устройство дл  измерени  реологических харак- теристик материалов с помощью вьшужденных гармонических колебаний низкой частоты, содержащее последовательно соединенные регулируемый по частоте задающий генератор, имеющий два выхода , с фазами напр жений на этих выходах О и 90, регул торы напр жений обеих фаз, сумматор, усилитель мощности и электромеханический преобразователь дл  возбуждени  колебаний образца исследуемого материала, вибронзмерительный преобразователь, блоки вьзделени  действительной и мнимой составл ющих вектора колебаний образца, к одним входам которых подключены выходы задающего гецератора с фазами напр жений О и 90 соответственно, и регистратор 2 . Однако, известное устройство вьтолнеио так, что в отсутствии образца в прЫ бразоваггеле нет сдвига фаз между напроженнем в перемещением подвижной катушки преобразовател . Дeфop П pyeмый офаэец измен ет характеристики преобразовател  и выэьюает по вление фазового сдвига. Если разложить вектор колебаний образца на действительную, т.е. совпадающую по фазе с напр жением фазы о генератора, И мнимую, т.е. сдвинутую на 9О°, составл ющие, то величина действительной составл ющей будет прсшорцибнальна динамическому модулю упругости, а мнима  - динамическому модулю потерь. Точность определени  реологических характеристик зависит от точности выделени  действительной и мнимой компонент колебаний И от точности измерительного (регистри- рующего) устройства. В известном устройстве производитс  пр мое измерение выделенной компоненты и поэтому фазовы дискриминатор, определ ющий точность блоков выделени , должен иметь высокую линейность во всем воа ложном диапазоне изменени  угла фазового сдвига. Этот диапазон в об гютн углов, бпизкик к О и 90°, ограничен также уровнем шума и фона, поэтому точность тл лерепк  реологических характеристик материала, имеющего малые величины динамического модул  потерь, будет низкой. . Цель изофетени  - повышение точнос ти измерени  реологических характеристи материалов, имеющих малые величины динамического модул  потерь и, тем самым , расширение частотного диапазона измерени .Цель достигаетс  тем, fro устройство снабжено дшюлнительными регул торами напр жений обеих фаз, соеди;ненными с сумматором, серводвигател ми, усилител ми , задет-чиком уровн , источником пос то нного стабшшзированного напр жени , элементом сравнени , двум  управл емьп и неуправл емыми делител ми напр жени дополнительный регул тор напр жени  фа О механически св зан с серводвигателе подключенным к Выходу усилител , вход которого соединен с выходом блока выделени  действительной составл юшей, , второй вход которого подключен к выход элемента сравнени , подключенного одним входом к ВЫХОДУ вифоизмерительного преофазовател , а другим входом через задатчик уровн  - к выходу генератора с напр жением фазы О , а дополнительны регул тор напр$1жени  фазы 9 О механически св зан с серводвигателем, подключенным к выходу усилител , вход которого соединен с выходом блока выделе ни  мнимой составл ющей, второй вход которого подключен к выходу элемента сравнешш, а задатчик уровн  механически св зан с регул торами напр жений обеих фаз и неуправл емым де/пггелем напр жени , подключенным входом к источнику стабилизированного напр жени , а выходом - к входам управл емых делителей напр жени , каждый из которых механически св зан с одним из дополнительных регул торов напр жени  и соединен выходом с регистратором. Устройство содержит регулируемый по частоте задающий генератор 1, нме- к ций два выхода с фазами напр жений на этих выходах О и 9О°, регутшторы 2-5 напр жений фаз О и 90 , дополнительные регул торы 6 и 7 напр жений фаз О и 90 соответственно, сумматор 8, к которому подключены выходы регул торов 2-5 и дополнительных регул торов 6 и 7,. последовательно соединенные после сумматора 8 усилитель 9 мощности и электромеханический (электромагнитный , электродинамический) преобразователь 1О, служащий дл  возбуждени  колебаний образца 11, помешенного в гермокриокамеру 12, оснащенную терморегул тором 13, компенсатор 14 нормальных НЁШр жений, возникающийв образце при изменении температурного режима, виброизмерительный преобразователь 15, к которому подключен одним входом элемент 16. сравнени , задатчик 17 уровн , выход котоцого подключен к второму входу элемента 16 сравнени , а вход - к ВЫХОДУ генератора 1 с напр жением фазы о, блоки 18 и 19 выделени  действительной и мнимой составл ющих вектора колебаний образца 11, один вход каждого из которых подключен к выходу элемента 16 сравнени , второй вход блока 18 подключен к выходу генератора 1 с напр жением фазы О, а второй вход блока 19 - к выходу генератора 1 с фазой напр жени  90°, усилители-20 и 21, подключенные к выходам блоков 18 и 19 соотвественно , подключеншле к выходам усилителей 2О и 21 серводвигатели 22 и 23, источник 24 стабилизированного напр жени , подключенный к нему неуправл емый делитель 25 напр жени , который механически св зан с задатчиком 17 уровн , управл емые делители 26 и 27, которые механически св заны с дополнительными регул торами 6 и 7 и подключены к выходу неуправл емого делител  25, логарифмические усишггели 28-30, входы которых подклгочоны сосп ветствеино к выходам управл е пах делителей 26 и 27 и механически соединены с задатчиком частоты {на чертеже не показан) задающего генератора 1 регул торы 2 и 3 соединены с задатчиком частоты задакщего генератора, регул торы 4 и 5 соединены, с аадатчиком 17 уровн , а дополнительные регул торы 6 н 7 св заны с серводвигател ми 22 и 23 соответственно. Устройство работает следующим образом . . В исследуемом образце 11, помещенном в термокрнокамеру 12, температура в I которой может быть задана посто нной или измен тьс  по определенной программе , возбуждаюггс  с помощью элек- . тромеханического преобразовател  Ю, питаемого усилителем 9 мощности, крутильные колебани , частота н уровень ко торых задаютс  генератором 1. Дл  оп- ределени  действительной составл ющей вектора колебаний образца 11 сигнал с виброизмерительного преобразовател  15 подаетс  на вход блока 18 вьщелени  действительной составл ющей через элемент 16 сравнени . На второй вход блока 18 поступает напр жение генератора 1 с фазой О Блок 18 выделетет действительной составл кацей выбирает из сигнала вифоизмерктепьного преобразовател  15 часть напр жени , совпадающего с напр жением фазы О генератора 1. Это выделенное напр жение усиливаетс  усилителем 2О и подаетс  на сер водвигатель 22, который перемещает движок дополнительного регул тора 6 таким образом, чтобы уровень действительной составл ющей вектора колебаний образца стал равен заданному уровню. При достижении заданного уровн  напр жени  на входах элемента 16 сравнени  станут равными и серводвигеггель 22 остановитс . Напр жение, снимаемое с управл емого делител  26 и пропорциональное напр жению, снимаемому с допол нительного регул тора 6, определ ющего уровень действительной составл ющей вектора колебаний образца, через логарифмический усилитель 28, определ кщий вид масщтаба регистрации, подаетс  на

регистратор 31.

Дл  выделени  мнимой составл ющей ; вектора колебаний образца сигнал ви оизмерительного преобраэоватетш 15 подаетс  через элемент 16 с|:1авнени  на блок 19, на второй вход которого поступает напр жение с фазой 9О генератора 9

управл емые делител  26 и 27, посредством которых на регистратор 31 подаютс  посто нные напр жени , пропорциональные переменным напр жени м, снимаемым с движков дополнительных регул ггоров 6 и 7, т.е. пропо|5циональные динамическим модул м упругости и потерь исследуемого материала. 976 1. Блок 19 выбирает но сигнолп пиброизмерительного преобразовател  15 часть напр жени , совпадающую по фазе с напр жением фазы 9СР генератора 1. Выделенное напр жение подаетс  через усилитель 21 на серводвигатель 23, который перемещает движок дополнительного регул тора таким образом, чтобы уровень мнимой составл ющей сигнала виброиэмеритшьного преобразовател  15 стал равен нулю. Напр жение, снимаемое с управл емого делител  27 и пропорциональное напр жению, снимаемому с дополнительного регул тора 7 и компенсирующему мнимую составл ющую вектора колебаний образца, через логарифмический усилитель 29 подаетс  на регистратор 31. Запись действительной и мнимой составл ющих вектора колебаний оброзиа производитс  в функции частоты. Развертка регистратора 31 по оси частот осуществл етс  с помощью механически св занного с задатчиком частоты генератора логарифмического усилител  ЗО. Регул торы 2-5 напр жешт  служат дл  компенсации сдвига фазеы межцу напр жением О фазы генератора и перемещением подвижной катущки электромеханического преобразовател  Ю без обраэца при различных амплитудах и частотах колебаний.-Снимаемое с даюкка регул тора 7 напр жение фазы 90 ко ипенсирует сдвиг фазы, вызванный наличием потерь в материале образца 11, поэтому блок 19 всегда работает как индикатор нулевого уровн . Такой режим работы позвол ет значительно повысить разрещающую способность устройства, а это, в свою очередь, повышает точность определени  характеристик материалов, особенно имекэщих малые величины модути динамических потерь. Нижний предел диапазона рабочих частот, при которых определ ютс  реологические характеристики материала, составл ет дес тые доли герца, поэтому непосредственна  регистраци  амплитуды выходного пере менного напр жени  генератора представп ет значительные трудности. В пред агаемом устройстве, дл  этой цели служат

Повышение разрешающей способности блоков выделени  и, как следствие этого , повышение точности определени  характеристтси материалов с малыми величинами модул  динамических потерь и расширение частотного диапазона испытаний в область низких частот, позвол ет значительно расширить диапазон материалов , исследуемых с помощью предлагаемого устройства.

Ф о

рмула изобретени 

Устройство дл  измерени  реологичес них характеристик материалов с помощью вынужденных гармонических |солебаний низкой частоты, содержащее последовательно соединенные регулируемый по частоте задающий генератор, имеющий два выхода с фазами нап же- НИИ на этих выходах О и 90 , регул торы напр жений обеих фаз, сумматор, усилитель мощности и электромеханический преобразователь дл  возбуждени  колебаний исследуемого материала виброизмерительный преобразователь, блоки выделени  действительной и мнимо С1эставл ю1дих вектора колебаний образца к одним исодвм которьвс подключены выходы эадак цего генератора с фазами напр жений О и 90° соагветственно, и регистратор, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени  реологические х актеристик материалов, нмеюиоис малые величины динамического модул  потерь, и расширени  частотного диапазона измерени , оно снабжено дополнительными регул торами напр л е1П{й обеих фаз, соединениыми с c TviMaTopoM, серводвигател ми, усшпгтел ми, задатчиком уровн , источником посто нного стабилизиро1шнного нап  жешш, элементом сравнени , двум  управл емыми и неуправл емыми делител ми напр жени , дополнительный регул тор напр жени  фазы О механически св зан с серводвигателем, подключенным к выходу усилител , вход которого соединен с выходом блока выделени  действительной составл ющей, .второй вход которого подключен к выходу элемента сравнени , подключенного одним входом к выходу виброизмерительного преобразовател , а другим входом через задатчик уровн  - к .выходу генератора с напг1 жением фазы О, а дополнительный регул тор напр жени  фазы 90 механически св зан с серводвигателем, подключённым к выходу усилител , вход которого соединен с выходом блока выделени  мнимой составл ющей, второй вход которого подключен к выходу элемента сравнени , а задатчик уровн  механически св зан с регул торами напр жений обеих фаз и неуправл емым делителем напр жени , подключенным входом к источнику стабилизированного напр жени , а ньЕХодом - к входам управл ющих делителей напр жени , каждый их которы механически св зан с одним из дополнительных регул торов напр жени  и соеди . нен выходом с регистратором. Источники инфармации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Дж. Ферри. В зкоупругие свойства полимеров. М., Иностранна  литература 1963, с. 135-139.

2.Патент Японии № 18280, кл. 112 Т 1, 1963 (прототип).

са

Л

tr

If I

L5J

i;

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Устройство для измерения реологи- 15 ческих характеристик материалов с помощью вынужденных гармонических колебаний низкой частоты, содержащее последовательно соединенные регулируемый по частоте задающий генератор, 20 имеющий два выхода с фазами нап · яжений на этих выходах О и 90 , регуляторы напряжений обеих фаз, сумматор, усилитель мощности и электромеханичес- _а кий преобразователь для возбуждения ко- 25 лебаний образца исследуемого материала, виброизмерительный преобразователь, блоки выделения действительной и мнимой составляющих вектора колебаний образца, к одним входам которых подключены вы- 30 ходы задающего генератора с фазами напряжений О и 90° соответственно, и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения реологический характеристик ₃₅ материалов, имеющих малые величины динамического модуля потерь, и расширения частотного диапазона измерения, оно снабжено дополнительными регуляторами напряжений обеих фаз, соединен- до лыми с сумматором, серводвигателями, усилителями, задатчиком уровня, источником постоянного стабилизированного нал яжения, элементом сравнения, двумя управляемыми и неуправляемыми делителями напряжения, дополнительный регулятор напряжения фазы 0° механически связан с серводвигателем, подключенным к выходу усилителя, вход которого соединен с выходом блока выделения действительной составляющей, второй вход которого подключен к выходу элемента сравнения, подключенного одним входом к выходу виброизмерительного преобразователя, а другим входом через задатчик уровня - к выходу генератора с напряжением фазы О°, а дополнительный регулятор напряжения фазы 90° механически связан с серводвигателем, подключенным к выходу усилителя, вход которого соединен с выходом блока выделения мнимой составляющей, второй вход которого подключен к выходу элемента сравнения, а задатчик уровня механически связан с регуляторами напряжений обеих фаз и неуправляемым делителем напряжения, подключенным входом к источнику стабилизированного напряжения, а выходом - к входам управляющих делителей напряжения, каждый их которых механически связан с одним из дополнительных регуляторов напряжения и соединен выходом с регистратором.