Устройство для измерения реологических характеристик материалов

О П И С А Н И Е ц 434808ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(61) Зависимое от авт. свидетельства - (22) Заявлено 12.12,72 (21) 185330226-2 51) М. Кл 1 п 111 с присоединением заяв сударственный коми вета Министров СС 32) ПриоритетОпубликовано 25.0 75. Бюллетень Ме ДК 532.137(088,8 лам иаобретеиии открытий Дата опубликования описани) Автор нзооретсння 1. Й. Ульяно ентральное конструкторское бюро уникального приборостроенияАН СССР аяптсль 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРНИЯ РЕОЛО 1 ИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВИзобретение относится к исследованиям материалов, например полимерных систем, в диапазоне низких и инфранизких частот с помощью вынужденных крутильных колебаний.Известно устройство для измерения реологических характеристик полимерных систем, содержащее приводную катушку, связанную с держателем образца и помещенную в однородное магнитное поле постоянного магнита, нижний держатель образца, закрепленный на взвешенной подвижной каретке с шариковыми направляющими, генератор гармонических колебаний, термокриокамеру с регулятором температуры, датчик угла колебаний приводной катушки, автоматическую систему упправления и дифференциальный разложитель вектора гармонических колебаний в полярных координатах.Точность измерений обусловлена точностью разложителя вектора гармонических колебаний в полярных координатах, погрешность которого составляет +0,5. Это сужает круг исследуемых материалов, не позволяет проводить измерения характеристик материалов с большим соотношением динамических модулей.Цель изобретения - повышение точности измерений характеристик материалов с большим соотношением динамических модулей.Цель достигается тем, что автоматическая система управления подключена к приводнойкатушке через последовательно соединенныебуферный усилитель и сумматор, к которомуподсоединены выходы двух прецизионных5 ослабителей, входы которых подключены квыходам генератора инфракрасных частот,сдвинутых по фазе на 90, а анализатор передаточной функции подключен к приводной катушке через буферный усилитель и сумма 1 О тор,На чертеже показана схема предлагаемогоустройства.Приводная катушка 1 и зеркальный гальванометр 2 помещены в однородное поле по 15 стоянного магнита 3, На приводной катушке1 закреплено зеркало 4, Приводная катушка1 штоком 5 скреплена с верхним держателем6 образца. Нижний держатель 7 образца закреплен штоком 8 с подвижной кареткой 9,20 взвешенной с помощью рычажных весов 10 испособной перемещаться в вертикальной плоскости по шариковым направляющим. Испытуемый образец 11 вместе с держателями 6и 7 помещен в термокриокамеру 12, подклю 25 ченную к программному регулятору температуры 13.Луч света от оптического квантового генератора 14 с закрепленными на нем оптическим модулятором 15 отражается зеркалом 430 и зеркалом зеркального гальванометра 2 и50 55 60 65 3проходит через вырезанную под критическим углом призму 16 на фотоэлементы 17 и 18. Фотоэлементы 17 и 18 через общее сопротивление нагрузки 19 подключены к усилителю 20 переменного напряжения, нагрузкой которого служит демодулятор 21, подключенный к усилителю 22 постоянного напряжения со встроенными в него цепями амплитудно-фазовой коррекции. С выходом усилителя 22 связан анализатор 23 передаточной функции, соединенный с генератором 24 инфранизких частот. Усилитель 22 через буферный усилитель 25 и суммирующий усилитель 26 подключен к приводной катушке 1. К одному выходу генератора 24 инфранизких частот подсоединен прецизионный ослабитель 27, связанный с зеркальным гальванометром 2, и презиционный ослабитель 28, подключенный к сумматорному усилителю 26.К: другому выходу генератора 24, сдвинутому по фазе на 90 относительно первого выхода, подключен прецизионный ослабитель 29, подсоединенный к суммирующему усилителю 26. Зеркало 4 оптически связано с зеркальным гальванометром 2.Генератор инфранизких частот задает нужную частоту, а прецизионный ослабитель 27 - амплитуду колебаний зеркального гальванометра 2. В .начальном (нулевом) положении приводной катушки 1 и зеркального гальванометра 2 коллимированный пучок света оптического квантового генератора 14, модулированный частотой 10 кгц бесшумовым оптическим модулятором 15, отражаясь от зеркала 4 и зеркального гальванометра 2, попадает на призму 16 и отражается обратно. В эгоа лоложении фотоэлементы 17 и 18 затемнены, и на сопротивлении нагрузки 19 переменное .напряжение отсутствует.При отклонении зеркального гальванометра 2.на некоторый угол от начального часть пучка света. проходит через призму 16 и попадает на один из фотоэлементов 17 или 18. На сопротивлении 19 возникает переменное напряжение, которое усиливается усилителем 20, выпрямляется фазочувствительным демодулятором 21 и усиливается усилителем 22, на выходе которого появляется напряжение той или иной полярности. Это напряжение через буферный усилитель 25 и суммирующий усилитель 26 прикладывается к приводной катушке 1, которая поворачивается в сторону уменьшения угла рассогласования между зеркалом 4 и зеркальным гальванометром 2, Таким образом происходит слежение приводной катушкой 1 за колебаниями зеркального гальванометра 2. А так как приводная катушка 1 жестко связана штоком 5 и держателем 6 с испытуемым образцом 11, то замкнутый следящий контур обеспечивает колебания испытуемого образца с заданной частотой и амплитудой, Напряжение на выходе усилителя 22 пропорционально току, протекающему через приводную катушку 1, который в свою очередь пропорционален крутящему моменту, приложенному к испытуемому образцу. Это 10 1 Г) 20 25 30 Д 5 40 45 4напряжение поступает на анализатор 23 передаточной функции, определяющий фазу и модуль его, а следовательно, фазу и модуль приложенного к образцу крутящего момента, По этим данным определяют действительную и мнимую составляющие приложенного момента и рассчитывают динамические характеристики исследуемого материала,Программный регулятор температуры 13 поддерживает в термокриокамере 12 заданную температуру эксперимента.Взвешенная с помощью рычажных весов 10 подвижная каретка 9, закрепленная штоком 8 с никиям держателем образца, предназначена для снятия нормальных напряжений образца 11, возникающих при его температурных деформациях.Для повышения точности измерений и обеспечения измерений характеристик материалов с большим содержанием динамических модулей в устройство введены два разомкнутых контура управления движением испытуемого образца, каждый из которых состоит из генератора 24 инфранизких частот, одного из ослабителей 29 или 28, суммирующего усилителя 26 и приводной катушки 1, причем ослабитель 29 первого контура подключен к выходу генератора с фазой, равной 0, а ослабитель 28 второго контура - к выходу генератора с фазой 90.Широкодиапазонными прецизионными ослабителями 28 и 29 подбирают такой ток через приводную катушку 1, что последняя совершает заданные колебания и без участия замкнутого следящего контура, т. е. анализатор передаточной функции может быть использован в качестве индикатора нуля. Кроме того, достаточно с помощью одного из ослабителей сделать соизмеримыми действительную и мнимую составляющие напряжения на выходе усилителя 22. После этого показания ослабителей 28 и 29, предварительно отградуированных в значениях механического момента, суммируют с соответствующими показаниями действитсльной и мнимой составляющих момента анализатора передаточной функции 23 и по этим данным рассчитывают динамические характеристики материалов. Предмет изобретения Устройство для измерения реологических характеристик твердых материалов, содержа щее приводную катушку, связанную с держа телем образца и помещенную в однородное поле постоянного магнита, нижний держатель образца, закрепленный на взвешенной подвижной каретке с шариковыми направляющими, генератор гармонических колебаний, термокриокамеру с регулятором температуры, датчик угла колебаний приводной катушки, автоматическую систему управления и анализатор передаточной функции, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точ434808 Составитель В. Вощанкин Техред О. Гуменюк Редактор И. Орлова Корректор Л. Брахнина Заказ 1434,2 Изд. М 658 Тираж 902 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретешш и открытий Москва, Ж.35, Раугнская наб., д, 45Типография, пр. Сапунова, 2 ности измерений и расширения класса исследуемых веществ, автоматическая система управления подключена к приводной катушке через последовательно соединенные буферный усилитель и сумматор, к которому подсоединены выходы двух прецизионных ослаби тел ей, входы которых подключены к выходам генератора инфранизких частот, сдвинутых по фазе на 90, а анализа.тор передаточной функции подключен к при водной катушке через буферный усилитель исумматор.