Устройство для дилатометрических из-мерений полимерных материалов

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОУСКОМУ СВ ТИЗЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(5)М. Кю,з с присоединением заявки й 9 6 01 й 25/16 Государстаенный аоинтет СССР но делам нзббретеннй н открмтнй(54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИЛАТОМЕТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в химической, машиностроитель; ной, электротехнической и других отраслях проваааленности, производящихилк использующих полимерные материалы еИзвестно устройство для проведе"ния днлатометрических измерений по-лкмеров, содержащее держатель для образца, передающий стержень, к которому подвешена платформа с грузом,нагревательную печь и микроскопМИРдля измерения деформацкк образца 115Измерение деформации образца наизвестных устройствах производитсяоператором визуально с помощью оптических приборов, что повышаеттрудоемкость опытов, уменьшает точность измерений вследствие быстройутомляемости оператора, затрудняетнепрерывную регистрацию измерениядлины образца в динамическом режимеизмерения температуры,Наиболее близким к предлагаемомуявляется линейный микродклатсметр,состоящий иэ кварцевой трубки сразмещенным в ней кварцевьм толкателем, прилегающим одним концом к , 30 поверхности образца, а другим - кдатчику деформации - механотрону,кварцевой трубки с эталонным образцомдля дифференциально-термического анализа, термоблока с программным регулированием температуры, системы вакуумкрования образца, регистрирующегоприбора и следящей системы, состоящей из мккрометрического винтовогомеханизма, устанавливающего толкатель на образец, связанного с реверсивным электродвигателем, подключенаюм иа выход механотрона, включенного в качестве нуль-органа вследящую систеьЮ. С целью уменьшения абсолютной величины измерительного усилия кварцевый, толкатель закреплен в серьге, подвешенной на плоских пружинах, соединенных с регулкровочным эксцентриком и жестко закрепленных на неподвижной стойке,. Термическое расширение образца измеряется датчиком перемещения механотронбм, а следящая система служит только для автоматического подведениятолкателя к образцу к выключаетсяпрк проведении измерений. Прк различных положениях индикатора датчикаперемещений вследствие различнойдеформации упругих элементов датчкка изменяется величина измеРительногоусилия, действующего на образец. Закрепленйе кварцевого толкателя на плоских пружинах, жестко связанных сЙеподвижной стойкой, приводит к уменьшению по абсолютной величине измерительного усилия, но увеличиваетего изменение в процессе эксперимента, так как при перемещении толкателя вспвдствие теплового расширенияобразца изменяется величина деформации упругих пружин и, соответственно, изменяется доля веса толкателя,компенсируемая упругими элементамиЕ 23При испытании образцов из полимерных материалов, особенно в области 15высокоэластического состояния, снижается точность измерений вследствиенепостоянства измерительного усилия,действующего на образец в процессеизмерения. Воэможность проведения 33термомеханических испытаний в конструкции микродилатометра не предусмотрена.Цель изобретения - обеспечение возможности проведения термомеханических исследований и повьваение точностиизмерений, особенно при испытанииполимерных пленок, волокон, тонкихпластинок, путем стабилизации измерительного усилия, действующего наобразец в процессе эксперимента.Указанная цель достигается тем,что устройство, содержащее опорнуютРУбу , внутри которой. Расположенстержень, опирающийся на индикаторположения и соедкненный с системойрегистрации, снабжено электромагнитом, якорь которого соединен с передающим стержнем, а сердечник электромагнита, индикатор положения -механотрон и система упругих элвментов закреплены на подвижном основании следящей системы, соединенномс дополнительно введенным датчикомперемещения.,Иа чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого устройства./Зажим 1 с закрепленным в нем образцом 2 помещен на верхний торецопорной трубки 3, выполненной из ма- щтериала, имеющего малый термическийкоэффициент линейного расширения(,например кварца). Передающий стержень 4, также выполненный из материала имеющего малый теРмическийкоэффициент линейного расширения(например кварца) с помощью зажима 5 подвешен к образцу 2 и опирается на чувствительный элемент индикатора б положения Передакщий стержень 4 закреплен в серьге 7, подвв- Щщенной на системе упругих элементов8. Упругие элементы 8 закрепленына кронштейне 9, установленном наподвижном основании 10. Якорь 11электромагнита жестко соединен с пв реданхцим стержнем 4. Индикатор 6 положения закреплен на кронштейне 12, установленном на подвижном основании 10. Сердечник 13 электромагнита установлен на юстировочной площадке 14, соединенной с подвижным основанием 10, Подвижное основание 10 опирается на микрометрйческий винтовой механизм 15, соединенный с помощью, например, зуб- . чатой передачи с реверсивным электродвигателем 16, а с помощью, например, беэзазорной крестовой муфты - с датчиком 17 перемещения. Индикатор б положения электрически связан через усилитель 18 с реверсивным электродвигателем 16, а датчик 17 перемещения электрически связан с регистрирующим прибором 19, Электромагнит 13 электри" чески связан через амперметр 20 и реостат 21 со стабилизированным источником питания . Нагрев образца осуществляется термоблоком 22 с програм" мным регулированием температуры,Устройство работает следующим образом.После Установки зажима 1 с закрепленным в нем образцом 2 на опорной трубке 3 к образцу 2 с, помощью зажима 5 подвешивают передающий стержень 4 так, чтобы он опирался на чувствительный элемент индикатора 6 положения. При необходимости с помощью кронштейна 12 производят регулировку положения индикатора б, затем с помощью кронштейна 9 регулируют на" тяженив системы упругих элементов 8, чтобы компенсировать вес передающего стержня 4 с зажимом 5, серьги 7 и якоря 11. электромагнита.Измерительное усилие Р, действую- щее на образец, можно рассчитывать по формуле1 2 Э 4где Р - вес передающего стержня 4с зажимом 5;Р,2 - вес серьги 7;Р 3 - вес якоря 11 электромагнита;Р 4 - измерительное усилие индикатора 6 положения,р - реакция системы уцругкх элемендэв 8,Таким образом, измерительное усилие Р легко регулируется по величине с помощью системы уцругих элементов 8. В качестве упругих элемейтовудобно испольэовать плоские пружины,а в качестве индикатора положения -механотрон 6 Мх 1 С ГОСТ 5.1658-72.В этом случае мииимальное измерительное усилие, действующее на образец,равно 1 х 10 Н, что позволяет определять термическое расширение полимерных пленок, волокон, тонких пластинок.Дилатометркческие испытания проводят прк выключенном электромагните. При тепловом расширении образ-.ца 2 передающий стержень 4 перемешается и вызывает перемещение чувствительного элемента индикатора 6 положения. на выходе индикатора б положения появляется электрический сигнал,который усиливается в усилителе 18и подается на реверсивный электродвигатель 16.Реверсивный электродвигатель 16вращает микрометрический винтовоймеханизм 15, который перемещает подвижное основ Йие 10 с закрепленнымина нем индикатором б положения исистемой упругих элементов 8 до техпор, пока индикатор б положения невернется в положение равновесия иэлектрический сигнал индикатора нестанет равным нулю, Индикатор 6 поло" 15жвния работает в режиме нуль-прибора, и следящая система все время возвращает его в положение равновесия.Поэтому величина перемещения основания 10 равна изменению длины образ- , 20ца в результате теплового расширенияи пропорциональна углу поворота микрометрического винтового механизма 15.Угол поворота микрометрического винтового механизма 15 измеряется датчиком 17 перемещения. Запись сигналадатчика 17 и температуры образцапроизводится регистрирующим прибором19.В результате того, что индикатор ЗОб положения и система упругих элв"ментов 8 установлены на подвижномосновании 10, перемещение которогоравно тепловой деформации образца,а измерение теплового расширенияобразца 2 осуществляется дополнительно введенным датчиком 17 перемещенияпо величине угла поворота микрометрического винтового механизма 15, деформация упругих элементов индикатора б положения и системы упругих 4 Оэлементов 8 остается постоянной в- процессе всего опыта., что и позволяет добиться стабилизации величины измерительного усилия, действующего наобразец в процессе эксперимента, 45н, соответственно, увеличения точности эксперимента,Средний коэффициент линейного термического расширения исследуемогоматериала в интервале температур АТрассчитывается по формулераТгде Ь 9 - разность показаний датчика 55перемещений 17 в интервале температур ЬТК - коэффициент пропорциональности, определяемый экспериментально при тарировкеприбора,3 о - длина образца при начальнойтемпературе,Для проведения термомеханичес-ких испытаний при необходимости внача"в 5 ле проводят регулировку величины зазора между якорем 11 и сердечником 13 электромагнита с помощью юстировочной площадки 14. По калиброванной кривой (зависимость усилия, развиваемого электромагнитом, от величины тока в цепи) определяют необходимую силу тока, соответствующую требуемой по условиям эксперимента нагрузке, и устанавливают еес помощью реостата 21. Величину тока контролируют с помощью амперметра 20.Механическая деформация с образца измеряется так же, как и тепловая, и рассчитывается по формуле6% К ео Так как перемещенные платформы 10 с закрепленным на ней сердечником 13 электромагнита равно деформации образца,то величина зазора между якорем, соединенньви с передающим стержнем, н сердечником электромагнита не изменяется в течение эксперимента, поэтому магнитный поток, а следовательно, и велииина создаваемого усилия не зависят от величины деформации образца и остаются постоянными в процессе опыта,Применение предлагаемого устройства для дилатометрических и термомеханических исследований полимеров позволяет на 80 уменьшить трудоемкость измерения и на 40 уменьшить количест.во экспериментов за счет повиаения точности измерения.Формула изобретенияУстройство для дилатометрическихизмерений полимерных материалов, содержащее опорную трубу, расположенный внутри нее передающий стержень,опирающийся на индикатор положенияи соединенный с системой упругихэлементов, следящую систему и регнстрирующнй прибор, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью обеспечения воэможности проведения термомеханичвских измерений и повышения точности измерений, оно снабжено электромагнитом, якорь которого соединен спередающим стержнем, а сердечникэлектромагнита, индикатор положенияи система упругих элементов закреплены на подвижном основании следящейсистемы, соединенном с дополнительно введенным датчиком перемещения.Источники информации,принятыв во внимание при экспертизе1. Михайлов В.С. и др. УстановкадЛя проведения дилатометричвскихиспытаний полимеров. - Заводскаялаборатория", 1973, 9 1, с. 95-96.2. Авторское свидетельство СССР9 184486, кл. 6 01 М 25/16, 1964851225 Составитель А.ВолковТехред Т, МаточкаКорректо емч ктор хеев Тираж 907Государственного комитета ам изобретений и открытий Москва, Ж, Раушская н каз 634 дписноеССР И д. 4/5 113035,Филиал ППП "Патент", г. Ужгород. ул. Проектн