Устройство для измерения реологических полимерных систем

рц 448767 ОЛИ ИЗОБ Союз Советских Социалистических Республик, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(б 1) Зависимое от ав (22) Заявлено 07.10.7 свидетельства(51) М Кч 6 01 п 11/16 присоединением заявки М Государствеиыи комитет Совета Мистров СССР ла делам изобретенийи открытий(32) ПриоритетОпубликовано 15.10 юллетень3 3) УДК 532.137(088,8 писания 11.03 а опубликования Виноградов,ая, Гков сенков, Н. Н. овский и С, И рское бюро ун фтехимическогАН СССР Касто р Серге(71) Заявител ентральное конструктН СССР и Институт н кального приборостроен синтеза им. А. В. Топчи(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РЕОЛОГИЧЕС ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛИМЕРНЫХ СИСТЕМ 2 логических исслев диапазоне низпомощью вынужи.озиметр для исжащий генератор которого запитыомещенная в одмагнита и скреп- усилителем, тертуры и регистрипо приводнои камагнитным полем, утящий момент,кена схема предлагае(72) Авторы изобретения Л, П, Ульянов, О. Н, Бор Ю.Г,ЯИзобретение касается реодований полимерных системких и инфранизких частот сденных крутильных колебаниИзвестен крутильный вискследования полимеров, содеринфранизких частот, токомвается приводная катушка,нородное поле постоянноголенная с образцом, датчик смокамеру, регулятор темперарующее устройство.Ток генератора протекаеттушке и, взаимодействуя ссоздает синусоидальный крприкладываемый к образцу. Под воздействием крутящего момента приводная катушка вместе с образцом совершает колебания, которые по окончании переходного процесса приобретают синусоидальный характер. Эти колебания регистрируются самопишущим прибором, Одновременно самопишущим прибором регистрируют колебания тока возбуждения, протекающего по приводной катушке. По амплитудам тока возбуждения и колебаний образца и по разности фаз между ними рассчитывают вязкоупругие характеристики образца полимера.Цель изобретения - расширение диапазона измерений в области низких частот и сокращение времени измерений.Это достигается тем, что предлагаемое устройство снабжено зеркальным гальваномет 5 ром, расположенным параллельно приводнойкатушке в однородном магнитном поле и подключенным к генератору инфранизких частот, выход которого соединен с дифференциальным разложителем вектора гармонических 10 колебаний в полярных координатах, причемнапротив заркал, закрепленных на приводной катушке и гальванометре, освещаемых коллимированным пучком оптического квантового генератора, установлена призма полного 15 внутреннего отражения, направляющая световой поток на два дифференциально включенных фотоэлемента, выходы которых через нагрузку, буферный усилитель подключены к входу системы управления, выход которой 20 подключен к обмотке приводной катушки ик дифференциальному разложителю вектора гармонических колебаний в полярных координатах.На чертеже изобра25 мого устройства.Приводная катушка 1 и зеркальный гальванометр 2 помещены в однородное магнитное поле постоянного магнита 3. Верхний держатель образца 4 жестко скреплен с привод- ЗО ной катушкой 1, нижний держатель образ3ца 4 - с взвешенной подвижной кареткой 5, способной перемещаться в вертикальнои плоскости по шариковым направляющим. Образец 4 помещен В термокамеру 6, подключенную к регулятору 7 температуры, На фотоэлементы Ь и 9 через призму 10 полного внутреннего отражения, систему зеркал, закрепленных на приводной катушке 1 и гальванометре 2, и модулятор 11 светового потока поступает коллимированный пучок света оптического квантового генератора 12. Зеркальный гальванометр 2 подключен к генератору 13 инфранизких частот.Обмотка приводной катушки 1 подключена к выходу автоматической системы управления 14, состоящей, например, из операционного усилителя с цепями коррекции. Вход автоматической системы управления 14 через буферный усилитель 15 подключен к общей нагрузке 16 дифференциально включенных фотоэлементов 8 и 9, К выходу автоматической системы управления 14 и к генератору 13 инфранизких частот подключен дифференциальный разложитель 17 вектора гармонических колебаний в полярных координатах, снабженный устройствами отсчета фазы и амплитуды крутящего момента.Зеркальный гальванометр 2 совершает эталонные гармонические колебания с амплитудой и частотой, заданными генератором 13 инфранизких частот, Колебания гальванометра 2 сравниваются с колебаниями приводной катушки 1. Сигнал рассогласования поступает на автоматическую систему управления 14.В последней формируется ток, протекающий по приводной катушке 1, который и создает крутящий момент, поворачивающий катушку 1 в сторону уменьшения сигнала рассогласования, Таким образом происходит синфазное слежение приводной катушки 1 за заданными колебаниями зеркального гальванометра 2. Это позволяет проводить исследования образцов полимеров при определенных заданных относительных деформациях сдвига.Качество автоматической системы управления определяет точность отслеживания и время установления гармонических колебаний, т, е. время переходного процесса приводной катушки, Практически оно составляет незначительную долю периода колебаний. Это позволяет начать измерения требуемых параметров, спустя незначительное время переходного процесса.Напряжение, приложенное автоматической системой управления 14 к приводной катушке 1, пропорциональное крутящему моменту, поступает также на дифференциальный разложитель 17 вектора гармонических колебаний в полярных координатах, С него считывается разность фаз г между током возбуждения приводной катушки и заданными колебаниями и амплитудное значение крутящего момента М. Разность фази амплитуда крутящего момента М зависят от свойств испытуемого образца полимеров и констант прибора 10 15 20 Я зо 35 4 О 45 50 55 оо 65(например, от главного центрального момента инерции, упругости и вязкости приводнойкатушки), Время вычисления параметров ри М разложителем 17 вектора определяетсявременем переходного процесса встроенныхфильтров низких частот и также составляетнезначительную часть периода заданных колебаний.Сравнение колебаний приводной катушки 1с колебаниями зеркального гальванометра 2происходит следующим образом.Световой пучок оптического квантового генератора 12, промодулированный модулятором 11, отражается от зеркала, закрепленного на приводной катушке 1, на зеркалогальвапометра 2, после чего вновь поступает на зеркало катушки 1, а от него на призму 10 полного внутреннего отражения, В начальном (нулевом) положении зеркал пучоксвета отражается от граней призмы 10 обратно, и фотоэлементы 8 и 9 затемнены. При повороте зеркала гальванометра 2 в ту или инуюсторону часть пучка света проходит черезпризму 10 на один из фотоэлементов 8 или 9,Возникающий при этом фототок создает нанагрузке 16 падение напряжения той или инойполярности. Это напряжение усиливается буферным усилителем 15 и поступает на входавтоматической управляющей системы 14.При компенсации угла рассогласования уголповорота катушки 1 вдвое больше угла поворота гальванометра 2.Применение в качестве коллимированногоисточника света оптического квантового генератора позволяет за счет исключения хроматической аберрации и за счет малого угларасхождения пучка света (3 - 6) получитьмалую начальную освещенность фотоэлементов. Это обеспечивает высокую чувствительность устройства к углу рассогласования положения зеркал и практически исключаетдрейф его от температурной и временной нестабильности фотоэлементов.Динамические характеристики полимеровизмеряются в различных температурных режимах, Для этой цели образец помещен втсрмокамеру 6, в которой с помощью терморсгулятора 7 поддерживается заданная температура.Для спятия нормальных напряжений в образце 4, возникающих вследствие термического расширения или сжатия, нижний держатель образца жестко скреплен с взвешеннойподвижной кареткой 5, свободно перемещающейся в всртикальной плоскости по шариковым направляющим,Устройство позволяет исследовать полимеры в диапазоне частот 10 - 10 - б гц и в интервале температур 100 - 300 С с погрешностью поддержания температуры не ниже +- 0,5 С. Погрешность измерения фазы 1, амплитуды 17 оУстройство позволяет на порядок повыситьточность измерения фазы, особенно при малыхтангенсах угла потерь, Это достигается ком448767 Предмет изобретения Составитель В. Вощанкин Техред М. Семенов Корректор И. Позняковская Редактор Е, Караулова Заказ 288/1 Изд, Мо 2047 Тираж 902 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, )К, Раушская наб., д. 4/5Типография, пр. Сапунова, 2 пенсацией реакции упругой составляющей комплексного модуля сдвига образца, которая достигается введением комбинированной обратной связи параллельно (и независимо) автоматической системе управления 14. 5 Устройство для измерения реологических характеристик полимерных систем, содержа щее приводную катушку, связанную с держателем образца и помещенную в однородное магнитное поле постоянного магнита, нижний держатель образца, закрепленный на взвешенной подвижной каретке с шариковыми на правляющими, генератор гармонических колебаний, термокамеру с регулятором температуры, датчик угла колебаний приводной катушки и автоматическую систему управления, о тл ич аю ще ес я тем, что, с целью повы шсния точности измерений и сокращения времепи установления вынужденных синусоидальных колебаний образца, оно снабжено зеркальным гальванометром, расположенным параллельно приводной катушке в однородном магнитном поле и подключенным к генератору инфранизких частот, выход которого соединен с дифференциальным разложителем вектора гармонических колебаний в полярных координатах, причем напротив зеркал, закрепленных на приводной катушке и гальванометре, освещаемых коллимированным пучком оптического квантового генератора, установлена призма полного внутреннего отражения, направляющая световой поток на два дифференциально вкл 1 очснных фотоэлемента, выходы которых через нагрузку, буферный усилитель подключены и входу системы управления, выход которой подключен к обмотке приводной катушки и к дифференциальному разложителю вектора гармонических колебаний в полярных координатах.