Устройство для определения силы аэродинамического трения на поверхности материала

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 1080052 1 МЗЗ 3(50 С 0 00 НИЕ ИЗОБРЕТ Я ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Ленинградский ордена ТрудовогоКрасного Знамени институт текстильной и легкой промышленностиим.Кирова и Ленинградский институтавиационного приборостроения(56) 1. Авторское свидетельство СССРР 216333, кл. С 01 М 9/00, 1968.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯСИЛЫ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО ТРЕНИЯ НАПОВЕРХНОСТИ МАТЕРИАЛА, содержащеенеподвижные стаканы, жестко связанные между собой, и установленныймежду ними с возможностью осевогоперемещения датчик с расположеннымвнутри него стержнем, концы которого контактируют с закрепленными накорпусе чувствительными элементами,выходы которых через измерительныйблок связаны с регистратором, о тличающееся тем, что, сцелью повышения точности определениясилы аэродинамического трения наповерхности материала, оно имеетэлемент сравнения, усилительныйблок, источник света, световоды,фотоприемники, демпфирующую пружину,установленную одним концом на корпусе одного стакана, а другим концомсвязанную с одним чувствительнымэлементом, и электромагнит с якорем,размещенный коаксиально в другом.стакане, а якорь электромагнита связан с другим чувствительным элементом, причем одни световоды закрепле-ны напротив соответствующих источни-ков света на стаканах, а другие за- Екреплены внутри датчика и направлены к свободным концам первых световодов, причем фотоприемники опти- ,реечески связаны с вторыми световодами, еювыходы которых через элемент сравнения и усилительный блок соединены с электромагнитом, при этом выход элемента сравнения связан с входом измерительного блока. Р00Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для аэродинамических испытаний материалов.Известно устройство для определения силы аэродинамического трения на поверхности материала, содержащее неподвижные стаканы, жестко связанные между собой, и установленный между ними с возможностью осевого перемещения датчик с расположенным внутри него стержнем, концы которого контактируют с закрепленными на корпусе чувствительными элементами, выходы которых через измерительный блок связаны с регистраторсм Г 1 . 15Однако указанное устройство характеризуется недостаточной точностью определения силы аэродинамического трения на поверхности материала. 20Цель изобретения - повышение определения точности силы аэродинамического трения на поверхности материала.Поставленная цель достигаетсятем, что устройство для определениясилы аэродинамического трения на поверхности материала, содержащее неподвижные стаканы, жестко связанныемежду собой, и установленный между З 0ними с воэможностью осевого перемещения датчик с расположенным внутринего стержнем, концы которого контактируют с закрепленными на корпусе чувствительными элементами, выходы которых через измерительныйблок связаны с регистратором, имеетэлемент сравнения, усилительныйблок, источник света, светонодЫ,фотоприемники, демпфирующую пружину 40установленную одним концом на корпусе одного стакана, а другим концомсвязанную с одним чувствительнымэлементом, и электрсмагнит с якорем,размещенный коаксиально в другом 45стакане, а якорь электромагнитасвязан с другим чувствительным элементом, причем одни световоды закреплены напротив соответствующих источников света на стаканах, а другиезакреплены внутри датчика и направлены к свободным концам первых световодон, причем фотоприемники оптически связаны с вторыми световодами,выходы которых через элемент сравнения и усилительный блок соединены с электрсмагнитсм, при этом выходэлемента сравнения связан с входомизмерительного блока.На чертеже изображено предлагаемое устройство для определения силы 60аэродинамического трения на поверхности материала электрические связи на ней обозначены сплошной линией, а направление потока аэродинамической трубы - Ч). 65 Устройство содержит неподвижное тело, помещенное н поток аэродинамической трубы и состоящие из двух неподвижных стаканов 1 и 2, жестко соединенных между собой тремя фиксирующими стержнями 3. Внутри неподвижных стаканон 1 и 2 жестко закреплены дне опоры 4 и 5 скольжения, в которых перемещаются дне оси подвижной опорной рамки 6, на внутренних боковых торцах которой с помощью регулировочных винтов неподвижно установлены индуктивные датчики 7 и 8 давления, на чувствительные элементы которых - мембраны 9 и 10 с натягом и без возможности смещения,перпендикулярно их поверхности оперт установленный стержень 11 с жестко закрепленным на нем подвижным датчиком 12. Образец 13 исследуемого материала с псмощью установочных колец 14 закреплен на внешней поверхности подвижного датчика 12, причем его поверхность является продолжением внешней поверхности неподвижных стаканов 1 и 2.В зазорах 15 и 16 между торцовыми поверхностями подвижного датчика 12 с образцом 13 исследуемого материала и торцовыми поверхностями неподвижных стаканов 1 и 2 расположены.упругие мембраны соответственно 17 и 18, жестко закрепленные по обе стороны от подвижного датчика 12 на установочном стержне 11. Свободные концы мембран 17 и 18 оперты на торцовые поверхности образца 13 исследуемого материала. Каждая из мембран имеет отверстие для закрепления входных концов двух отрезков волоконных светонодов 19 и 20, выходные концы которых скрепленыс упругими мембранами около их закрепления на установочном стержне 11, напротив выходных концов световодов на фиксирующем стержне 3 установлены фотодатчики. 21 и 22 .регистрации деформации материала. :На торцовых понерхностях неподвижных стаканов 1 и 2 напротив входных концов световодов соответственно 19 и 20 установлены выходные концы неподвижных световодов 23 и 24,входные концы которых закреплены на внутренней поверхности неподвижных стаканон 1 и 2 напротив источников 25 и 26 света, также установленных на неподвижных стаканах 1 и 2.Выходы фотодатчиков регистрации деформации исследуемого материала подключены к двум входам элементов сравнения-кампаратора 27, выход которого через усилительный блок,включающий корректирующий усилитель 28 и усилитель мощности 29, соединен с управляющей обмоткой исполнительного элемента, и электромагнита 30, жестко установленного внутри неподнижного стакана 2, силовой элемент которого (якорь 311 шарнирно связан с одной из сторон подвижной опорной рамки б. Другая сторона подвижной опорной рамки 7 через упругий элемент (пружину 321 связана с подвижным участком тела.Выходные концы измерительных обмоток о, Ь, с датчика 8 давления и д,е,1 датчика 7 давления подключены соответственно к точкам а, Ъ,с., ; Ы е, Х мостовой схемы, питаемой переменйым током частотой 3-6 кГц от источника 33. Диагональ измерительного моста Ъ, а соединена с усилителем 34, который через ключевой элемент 35, управляемый с выхода компаратора 27, подключен к входу измерительного прибора 36.Устройство работает следующим образом.В рабочую часть аэродинамической ,трубы устанавливается неподвижное тело, с помощью установочных колец 14 на внешней поверхности подвижногс датчика 12 закреплен образец 13 исследуемого материала. Включается вся электрическая часть устройства и с выхода фотодатчиков 21 и 22 регистрациидеформации материала снимаются сигналы, характеризующие деформацию материала, вызванную установкой образца исследуемого материала 13 на внешней поверхности подвижного датчика 12. На компараторе 27 происходит сравнение поступившего сигнала и зафиксированная разность с учетом , знака, который указывает на какой ,из торцовых поверхностей подвижного кольцевого отсека (передней или задней по отношению к набегающему потоку 1 деформация больше, с выхода компаратора через корректирующий усилитель 28 и усилитель 29 мощности поступает на управляющую обмотку исполнительного элемента (электромагнита 30 ). В результате происходит смещение силового элемента (якоря 31 1 и шарнирно связанной с ним подвижной опорой рамки 6. Одновременно происходит перемещение подвижного датчика 12 и исследуемого образца 13. Такое изменение положения происходит до тех пор, пока деформация материала станет одинаковой с обеих сторон. Это приводит к тому, что начальные сигналы датчиков 7 и 8 давления обнуляются и на измерительном приборе Зб устанавливается начальная точка отсчета. Подключение прибора 36 к выходу усилителя 34 осуществляется автсиатически в момент равенства выходных сигналов фотодатчиков 21 и 22 регистрации деформации материала, т.е. в тот момент, когда датчики 7 и 8 давления не нагружены силами упругой деформации материала, заметно искажающими их показания.После включения аэродинамическойтрубы и выхода ее на режим начинается этап непосредственного измерениясилы аэродинамического трения на поверхности испытуемого образца 13.Под дейотвием касательных напряженийподвижной датчик 12 перемещается кторцовой поверхности неподвижного 10 стакана 2. Датчики 7 и 8 давленияфиксируют это перемещение и на выходе усилителя 34 появляется сигнал,пропорциональный этсиу,перемещению.Однако он не поступает на вход изме 15 рительного прибора 36, посколькуключевой элемент 35 закрыт.Сигналы .с датчиков давления зависят не только от касательных напряжений на поверхности образца 13исследуемого материала, но и от упругих сил, возникающих за счет сжатия материала в зазоре между торцовыми поверхностями подвижного датчика 12 и неподвижного стакана 2. Аналогичные силы могут возникать для некоторых материалов и между торцовымиповерхностями подвижного датчика 12и неподвижного стакана 1. Результатом появления упругих сил . яв- ЗО ляются деформации мембран 17 и 28 и,как результат, смещение оптическихосей световодов 20 и 24, 19 и 23.Изменение коэффициентов пропусканиясветоводов приводит к появлениюсигналов на выходах фотодатчиков21 и 22 регистрации деформации материала, пропорциональных упругимсилам, возникающим при сжатии материала между торцовыми поверхностями подвижного датчика 12 и соответственно неподвижных стаканов 1 и 2.Эти сигналы поступают на входы компаратора 27, а их разность, усиленная в корректирующем усилителе 28и усилителе мощности 29, - на управ ляющую обмотку, исполнительного элемента электрсиагнита 30 1. В результате начинается перемещение силового элемента (якоря 31 , подвижнойопорной рамки б и подвижного датчи,ка 12 с образцом 13 исследуемогоматериала. Это перемещение происходит в сторону уменьшения сжатия материала между торцовыми поверхностями подвижного датчика 12 и непод вижного стакана 2, т.е. навстречупотоку аэродинамической трубы. Онопроисходит до.тех пор, пока силасжатия. материала между торцовыми поверхностями неподвижного стакана 1 6 О и подвижного датчика 12 не уравновесит силу сжатия материала междуторцовыми поверхностями последнегои неподвижного стакана 2.В момент равенства этих сил сигнал с выхода компаратора 27 становит. (1080052 1 О 15 2 О ся равным нулю, и работа следящей системы прекращается, т.е. прекраща ется перемещение подвижной опорной рамки б с установленными на ней элементами. Этот момент характеризуется тем, что на исследуемый образец материала 13 действуют только силы аэродинамического трения. Соответствующий этому моменту нулевой выходной сигнал с компаратора 27.открывает ключевой элемент 35, и сигнал с датчиков давления 7 и 8, усиленный усилителем 34, поступает на вход измерительного прибора 36, причем его величина пропорциональна только силам аэродинамического трения.После измерения силы аэродинамического трения на поверхности исследуемого образца производится остановка аэродинамической трубы и отключение электрической схемы. Для проведения испытаний с другими материалами производится разбор устрой= ства, состоящий в разделении неподвижных стаканов 1 и 2., смещении с помощью микровинта датчика 8 давления и освобождении подвижного датчика 12 с установленными на нем образце 13 материала и установочными кольцами 14. После чего испытываемый образец снимают с поверхности датчика 12. Установка образца другого ма териала производится в обратном порядке. По окончанию сборки устройства проводится регулировка натяга мембран пружин чувствительных элементов. Контроль регулировки осущест вляется по величине сигнала, снимаемого с одного из чувствительных элементов.Изобретение позволяет повыситьточность определения силы аэродинамического трения на поверхности материала, в частности текстильного. ВНИИПИ Заказ 1327/44 Тираж 823 Подпис илиал ППП "Патент",