Устройство для измерения упругих и неупругих свойств материалов

О П И СА"НИ ЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистическик Республик(22) Заявлено 061276 (21) 2427442/25-28 с присоединением заявки М -6 01 Б 29/00 С 01 Н 11/16 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(71) Заяв ителн Тульский политехнический институт и Тульскиймашиностроительный завод им, В.М, Рябинова(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УПРУГИХ И НЕУПРУГИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ 10 Изобретение относится к определению Физических, а именно упругих (модуль Юнга, модуль сдвига) и неупругих (внутреннее трение) свойств материа 5 лов с помощью резонансных испытательных установок и предназначено для использования в практике лабораторий металлургических и машиностроительных заводов и других предприятий. Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения упругих и неупругих свойств материалов, содержащее последовательно соединенные приемник колебаний, усилитель,фаэовращатель, регулятор амплитуды и возбудитель механических колебаний, образца, систему стабилизации амплитуды колебаний образца, вход которого подключен к выходу усилителя, а выход - к управляющему входу регулятора амплитуды (1) .Кроме того, устройство содержит термопару, термопреобразователь и 25 двухкоординатный самопишущий прибор, входы которого подключены к термопаре и выходу термопреобразователя, а вход термопреобразователя - к возбу- дителю, 30 Невысокая точность измерения изменения упругих и неупругих свойствматериалов при их нагреве, заключается в пассивной настройке Фазовращателя на определенный угол только вначале измерений, При нагреве образца его модуль упругости снижается,что приводит к-снижению частоты собственных колебаний образца, Так какФазовый сдвиг в известных устройствах постоянен, а частота колебанийобразца изменяется, то в устройствевозбуждаются колебания, частота которых отличается от частоты свободных колебаний образца, чтоискажаетрезультат измерений,Целью изобретения является повышение точности измерений.Это достигается тем, что предлагаемое устройство снабжено системой стабилизации Фазы возбуждающих колебаний, содержащей генератор низкочастотных колебаний, выпрямитель, вход которого подключен к выходу фазовращателя, низкочастотный фильтр, вход которого подключен к выходу выпрямителя, блок вычитания, входы которого подключены к выходам выпрямителя и низкочастотного фильтра, Фазовый дискриминатор входы которого подключены к выходам блока вычитания игенератора низкочастотных колебаний,интегратор, вход которого подключен кк выходу фазового дискриминатора, исумматор, входы которого подключенык выходам интегратора и генераторанизкочастотных колебаний, а выходсвязан с управляющим входом фазовращателя,На фиг, 1 изображена структурнаясхема устройства; на фиг, 2 - диаграмма, поясняющая работу системыфаэовой стабилизацииУстройство для измерения упругихи неупругих свойств материалов содержит возбудитель 1 механических колебаний в образце 2 исследуемого материала, приемник 3 механических колебаний, подключенный к усилителю 4,последовательно с которым включеныфазовращатель 5 и регулятор б амплитуды возбуждающей силы, связанный свозбудителем 1,Система стабилизации.амплитуды колебаний 7 состоит иэ выпрямителя 8,подключенного к выходу усилителя 4, д 5блока сравнения 9 и интегратора 10,выход которого соединен с управляющимвходом регулятора амплитуды возбуждающей силы б,Система фаэовой стабилизации 11состоит иэ генератора 12 низкочастотных колебаний, выпрямителя 13, подключенного к возбудителю 1, низкочастотного фильтра 14, блока 15 вычитания, фазового дискриминатора 16, ин-тегратора 17 и сумматора 18, выходкоторого соединен с управляющим входом фаэовращателя 5,В процессе регистрации внутреннеготрения и модуля упругости синусоидальное напряжение приемника 3 коле Обаний образца 2 усиливается усилителем 4 и сдвигается фаэовращателем 5на некоторый угол, задаваемый сигналом на управляющем входе фазовращателя, Величина сдвинутого по фазе синусоидального напряжения регулируется регулятором б в зависимости отсигнала, формируемого интегратором10 под действием сигнала блока сравнения 9 между заданным и измереннымпри помощи выпрямителя 8 амплитуднымзначением колебаний образца 2, Этообеспечивает такое значение напряжения на выходе регулятора б, поступающего на возбудитель 1, при которомамплитуда колебаний образца 2 постоянна.Величина возбуждающейсилы, необходимая для поддержания заданногозначения амплитуды колебаний образца2, зависит от рассеяния энергии в образце и сдвига фазы возбуждающей силы относительно колебаний образца,Зави".имость Ь (фиг. 2) возбуждающейсилы от этого сдвига фазы имеет минимум при фазовом угле, равном Л/2, 65 соответствующем возбуждению на частоте свободных колебаний образца 2. Вследствие измерения частоты св ободных колебаний образца 2 при его нагреве сдвиг фазы в контуре возбуждения отклоняется от экстремального значения.Выбор направления, необходимого для восстановления этого значения сдвига фазы, осуществляется следующим образом, Генератор 12 вырабатывает низкочастотное синусоидальное напряжение С низкой частоты, много меньшей скорости срабатывания системы стабилизации амплитуды колебаний образца 2, которое складыв.ается в сумматоре 18 с сигналом 1 интегратора 17. Суммарный сигнал Й поступает на управляющий вход фаэовращателя 5, который под действием синусоидальной составляющей периодически изменяет сдвиг фазы в контуре возбуждения на небольшую величину. Так как амплитуда колебаний образца 2 подцерживается постоянной периодическое изменение сдвига фазы приводит к периодическому изменению напряжения Г, поступающего на возбудитель .1. Переменная составляющая ь амплитудного значения этого напряжения Г выделяется блоком 15 вычитания, на один вход которого поступает выпрямленное напряжение Р, а на другой - среднее значение напряжения Р возбуждения, формируемое низкочастотным фильтром 14, который подключен К выпрямителю 11,В зависимости от отклонения в ту или иную сторону сдвига фазы в контуре возбуждения переменная составляющая д амплитудного значения возбуждающего напряжения Р или совпадает по фазе с напряжением С низкочастотного генератора 12, или находится в противоФазе с ним.Переменная составляющая д возбуждающего напряжения Г и напряжение С низкочастотного генератора 12 поступает на входы фазового дискриминатора 14, на выходе которого формируется сигнал, величина и знак которого определяется величиной и направлением сдвига фазы в контуре возбуждения. Под действием сигнала Ч дискриминатора 16 интегратор 17 изМеняет сигнал 1 на своем выходе, который является средним значением сигнала, управляющего сдвигом фазы в контуре возбуждения, в сторону уменьшения напряжения Р на возбудителе 1. Изменение сигнала 1 происходит до полной компенсации возникшего отклонения сдвига фазы в контуре возбуждения при нагреве образца 2 исследуемого материала.О величине внутреннего трения судят по величине напряжения, поступающего на возбудитель 1 механических колебаний в образце 2, а о величине модуля упругости материала образца - по частоте колебаний образца 2, пре 729501образуемых приемником 3 механическихколебаний в частоту электрическоготока.Формула изобретенияустройство для измереия упругих и неупругих свойств материалов, содержащее последовательно соединенные приемник колебаний, усилитель, фазовращатель, регулятор амплитуды и возбудитель механических колебаний, систему стабилизации амплитуды колебаний образца, вход которой подключен к выходу усилителя, а выход - к управляющему входу регулятора амплитуды, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено системой стабилизации фазы возбуждающих колебаний, содержащей генератор низкочастотных колебаний, выпрямитель, вход которого подключен к выходу фаэовращателя,низкочастотный фильтр, вход которогоподключен к выходу выпрямителя, блоквычитания, входы которого подключенык выходам выпрямителя и низкочастотного фильтра, фазовый дискриминатор,входы которого подключены к выходамблока вычитания и генератора низкочастотных колебаний, интегратор, входкоторого подключен к выходу фазовогодискриминатора, и сумматор, входы которого подключены к выходам интегратора и генератора низкочастотных колебаний, а выход;связан с управляющимвходом фазовращателя,Источници информации,принятые во внимание при экспертизе1 . Авторское свидетельство СССРВ 161559, кл, 0 01 В 19/00, 1962Заказ 1254/38 Тираж 1019 ЦНИИПИ Государств по делам изобр 113035, Москва, 3-35Подписноеенного комитета СССРетений и открытийРаушская наб., д, 4 филиал ППП фПатент, г Ужгород, ул. Проектн