Автоматическое устройство для регистрации температурных зависимостей модуля упругости и внутреннего трения образца исследуемого материала

.СОЮЗ СОВЕТСНИХСВИВЛЮЭНВНВРЕСПУ БЛИН аПЕ Ш вся) 0 01 Б 29 СОНад ТЕИТВ)- 1 д Е ИЗОБРЕТЕНИСВИДЕТЕЛЬСТВУ А АВТОРСКОМУ вы-,ным са"ненныватеАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Абаев М.И. Устройство для . измерения собственной частоты и декремента затухания колебательных .систем. ПТЭ В.2, 1964, с. 153-155,2. Авторское свидетельство СССР 9682792, кл.601929/00,1977(прототип ( 54) (57) АВТОМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО . ДЛЯ,1 РЕГИСТРАЦИИ ТЕИПЕРАТУРНЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ И. ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ ОБРАЗЦА ИССЛЕДУЕМОГО МАТЕРИАЛА, содержащее блок для нагре-. ва образца, термопару, возбудитель колебаний образца, последовательно соединенные измерительный преобразователь, усилитель, детектор, блок сравнения, интегратор и регулируемый усилитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя, последовательно соединенные преобразователь частота-напряжение, подключенный.к выходу усилителя, квадратор и первый двухкоординатный самописец, второй вход которого соединен с термопарой, и второй двухкоординатный самописец,. отличающееся тем, что, с целью повышения точности, быстро действйя и расширения .Функциональным возможностей, оно снабжено многоканальным анализатором, каждый канал которого выполнен из последовательно соединенных компаратора, преобразователя длительность-напряжение иблока умножения, подключенным к ходам анализатора многоканаль мописцем, последовательно соеди ми пиковым детектором и Формиро лем пороговых уровней, последова тельно соединенными одновибратором, подключенным к выходу компаратора последнего канала, схемой. 2 КЛИ-НЕ и ключом, второйвход которого соединен С выходом регулируемого усилителя, а выход - с возбудителем колебаний образца, схемой запуска, подключенной к второму вхбду схемы 2 ИЛИ-НЕ, последовательно соединенными генератором линейно изменяющегося напряжения и коммутатором, второй вход которого подключен и источнику опорного напряжения, а выход соединен с вторым входом блока сравнений, перейлючателем, первый вход которого соединен с выходом детектора второй вход - с термопарой, а выход - с первым входом второго двух- координатного самописца, второй вход которого соединен с выходом блока умножения первого канала, выход дете тора соединен с первыми входами ком параторов.каждого канала и пикового детектора, каждый выход формировате ля пороговых уровней подключен квто рык и третьим входам компараторов каждой парц каналов, выход пикового детектора соединен с третьим входом компаратора первого канала, а вторыа входй блоков умножений соединены с выходом преобразователя частотнапряжениеИзобретение,относится к техникеизмерения физических характеристиКматериалов и может быть использовано для измерений температурныхзависимостей модуля упругости, внут"реннего эрения и амплитудных зави"симостей внутреннего трения материалов,Известно устройство для измерения,собственной частоты и декрементазатухания материалов, содержащеегенератор возбуждения, усилитель,предназначенный для получения необходимой амплитуды возбуждающегонапряжения, емкостной датчик и пред"усилитель, напряжение на выходе которого пропорционально мгновенномузначению деформации образца, каскады формирования импульсов, задающие измерительный интервал времени,логарифмический преобразователь экспоненциального закона убывания амплитуды импульсов в линейный Г 13Недостатками известного устройства,являются низкаяточность, малая ско"рость проведения испытаний, обусловленные ручной настройкой образца в .резонанс, что в режиме непрерывногонагрева не позволяет обеспечитьдостаточную точность определения температурой, амплитудной зависимостейвнутреннего трения, а также резонансной частоты.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемому результату является автоматичес.кое устройство для регистрации температурных зависимостей модуля упругости и внутреннего трения образцаисследуемого материала, содержащееблок для нагрева образца, термопару,возбудитель колебаний образца, после довательно соединенные измерительныйпреобразователь, усилитель, детектор,блок сравнения, интегратор и регулируемый усилитель, второй вход котоРого соединен с выходом усилителя,последовательно соединенные преобразователь частота-напряжение, подключенный к выходу усилителя, квадратор и первый двухкоординатный самописец, второй вход которого соединенс термопарой, и второй двухкоординатный самописец 23.Недостатком известного устройстваявляется низкая точность определениявнутреннего трения материалов с высокой колебательной добротностью из-за 55низкой чувствительности.Кроме того., данное устройство непозволяет при проведении автоматических измерений температурных зависимостей одновременно проводить изме 60рение амплитудной зависимости внутреннего трения.Цель изобретения - повышение точности, быстродействия и расширение Функциональных возможностей устройства. Поставленная цель достигается тем, что автоматическое устройство для регистрации температурных зависимостей модуля упругости и внутреннего трения образца исследуемого материала, содержащее блок нагрева образца, термопару, возбудитель колебаний об- разца, последовательно соединенные измерительный преобразователь, усилитель, детектор, блок сравнения, инте- гратор и регулируемый усилитель,вто рой .вход которого соединен с выходом усилителя, последовательно соединенные преобразователь частота-напряжение, подключенный к выходу усилителя, квадратор и первый двухкоординатный самописец, второй вход которого соединен с термопарой, и второй двух- координатный самописец, снабжено многоканальным анализатором, каждый канал которого выполнен из последо-вательно соединенных компаратора, преобразователя длительность-напряжение и блока умножения, подключенным к выходам анализатора многоканальным самописцем, последовательно соединенными пиковым детектбром и формирователем пороговых уровней, последовательно соединенными одновибрато-ром,подключенным к выходу компаратора последнего канала, схемой 2 ИЛИ-НЕ и ключом, второй вход которого соединен с выходом регулируемого усилителя, а выход - с возбудителем колебаний, образца, схемой запуска, подключенной к второму входу схемы 2 ИЛИ-НЕ, последовательно соединенными генератором линейно изменяющегося напряжения икоммутатором, второй вход которого подключен к источнику опорного напря" жения, а выход соединен с вторым входом блока сравнения, переключателем, первый вход которого соединен с выхО- дом детектора, второй вход - с термопарой, а выход - с первым входом второго двухкоординатного самописца, второй вход которого соединен с выходомблока умножения первого канала, выходдетектора соединен с первыми входамикомпараторов каждого канала и пикового детектора, каждый выход формирователя пороговых уровней подключен квторым и третьим входам компараторовкаждой пары каналов, выход пиковогодетектора соединен с третьим входомкомпаратора первого канал-., вторыевходы блоков умножения соединены свыходом преобразователя частота-напряжение,На чертеже представлена функциональная схема автоматического устройства для регистрации температурных зависимостей модуля. упругости,и внутреннего трения образца иссле =дуемого материала.Автоматическое устройство для рвгиотрации температурных зависимостеймодуля упругости и внутреннего трения образца исследуемого материаласодержит блок 1 для нагрева Образца 2, термопару 3, возбудитель 4колебаний образца, последовательносоединенные измерительный преобразователь 5, усилитель б, детектор 7, 5,блок 8 сравнения, интегратор 9 и.регулируеизй усилитель 10, второйвход которого соединен с выходомусилителя б, последовательно соеди. ненные преобразователь 11 частотанапряжение, подключеннйй к выходуусилителя б, квадратор 12 и первыйдвухкоординатнйй самописец 13, вто-.рой вход которого соединен с термо-,парой 3, и второй двухкоординатный 5самописец 14, многоканальный анализа"тор, каждый канал которого выполнениз последовательно соединенных компаратора 15 - 19 преобразователя .20 - 24 длительность-напряжение иблока 25 - 29 умножения, подключенный. к выходам анализатора многоканальный самописец, 30, последовательно соединенные пиковый детектор 31и формирователь 32 пороговых уровней 25последовательно соединенные одновибратор 33, подключенный к выходу компаратора 19 последнего канала, схему34 2 ИЛИ-НЕ и ключ 35, второй входкоторого соединен с выходом регулируемого усилителя 10, а выход - с возбудителем 4 колебаний образца, схему36 запуска, подключенную к второмувходу схемй 34 2 ИЛИ-НЕ, последовательно соединенные генератор 37 линейноизменяющегося напряжения и коммутатор 38, второй вход которого подключен к источнику опорного напряжения(на .чертеже не показан,а выход соединен с вторым входом блока 8 сравнения, переключатель 39, первый вход 40которого соединен с выходом детек,тора 7, второй вход с термопарой 3,а выход - с первым входом второгодвухкрординатного самописца 14,второй вход которого соединен с 45выходом блока 25 умножения первогоканала, выход детектора 7 соединен.с первыми входами комнараторов 1519 каждого канала и пикового детек-тора 31, каждый выход формирователя32 пороговых уровней подключен ктретьим входам компараторов 15 - 19каждой пары каналов, выход пиковогодетектора 31 соединен с третьимвходом компаратора 5 первого канала, вторые входы блоков 25 - 29 55.умножения соединены с выходом преобразователя 11 частота-напряжение.Устройство работает следующим об"разом.Образец 2 исследуемого материала Япомещают в блок 1 для нагрева образца. При включении питания схема36 запуска вырабатывает имиульа напряжения длительностью 10 мс, необходимый для возникновения устойчи 65 вых резонансных колебаний в образце 2, который через схему 34 2 ФИ-НЕ поступает на управляющий вход ключа 35, включающего цепь положительной обратной связи, содержащий усилитель 6, детектор 7, блок 8 сравнения, интегратор 9 и регулируемый усилитель 10, В образце 2 воэбужда ются резонансные колебаний с помощью электростатического возбудителя 4 Сигнал с.измерительного преобразователя 5 усиливается усилителем б .и через детектор 7 поступает на входы многоканального анализатора и пикового детектора 31. запоминающего максимальное значение амплитуды резонансных колебаний образца 2. Нагрузкой пикового детектора 31. является формирователь 32 пороговых уровней, выполненный на резисторах 40 - 45, определяющих пороги срабатывания компараторов 15 - 19 многоканального анализатора.По окончании первоначального запускающего импульса ключ 35 размыкает положительную обратную связь и резонансные колебания образца 2 начинают затухать по экспоненциальному закону, что приведет к поочередному ;срабатыванию двухуровневых компара,торов 15 - 19 и на их выходах поя- . вятся . импульсы длительностью, равной времени уменьшения амплитуды сво бодно затухающих колебаний образца 2 от величины, определяемой верхним порогом срабатывания до величины, определяемой нижним порогом, срабатывания двухуровневого компаратора. Причем нижний порог срабатывания .предыдущего компаратора является одновременно верхним порогом срабатывания следующего компаратора и т.д. При реализации устройства.использовались сдвоенные двухуровневые компараторы типа К 510 СА 1.По окончании выходного. импульса последнего компаратора 19 срабатывает одновибратор 33, вырабатывающий импульс длительностью 10 мс. Этим импульсом через схему 34 2 ИЛИ-НЕуправляется ключ 35, эакорачивающий .цепь положительной обратной связи на время действия импульса одновибратора 33. За это время амплитуда собственных резонансных колебаний вновь достигает максимальной величины и процесс повторяется.Так как верхний порог срабатывания первого компаратора 15 равен потенциалу на выходе запоминающего пикового детектора 31, но из импульса на его выходе необходимо вычесть время незатухающих колебаний образца 2, что происходит при подключении выхода одновибратора 33 к стробирующему входу компаратора 15, При этом компаратор 15 отключается на время лействия импульса ждущего одновибра 1037169Тора 33. Длительность импульсов на выходах компараторов 15 - 19, равная времени затухания колебаний образца 2 ьт амплитуды, равной значению верх него уровня порога до амплитуды,равной значению нижнего уровня порога, преобразуется в напряжение преобраэо" вателями 20 - 24 длительность-напряжение, которое подается на соответствующие входы блоков 25 - 29 умноже. "ния, на вторые входы которых подает ся напряжение с выхода преобразователя 11 частота-напряжение, пропорцио.нальное частоте резонансных колебаний образца 2. Сигнали с выходовблоков 25 -. 29 умножения подаются на 15входы многоканального самописца 30,вычерчивающего графики временнойзависимости внутреннего трения (декремента затухания)при различных амплитудах колебания образца 2, При по даче на вход блока 8 сравнения сигнала от генератора 37 линейно изменяющегося напряжения через контакты ком-, мутатора 38 и подключении входов втФ рого двухкоординатного самописца 14через переключатель 39 к выходу детектора 7 и выходу блока 25 умножения первого канала многоканальногоанализатора соответственно, вторым двухкоординатным самописцем;14 бу" дет регистрироваться зависимость внутЗ 0реннего трения от амплитуды колебания образца 2, а в случае подключения через коммутатор 38 опорного напряжения к блоку 8 сравнения и подключении через переключатель 39 тер- З 5мопары 3 к входу второго двухкоординатного самописца 14 будет регистрироваться температурная зависимостьвнутреннего трения образца 2. Сигнал преобразователя 11 частота-напряжение поступает на входквадратора 12, вырабатывающего подего действием напряжение, пропорциональное модулю упругости образца 2. Это напряжение поступает на1 вход двухкоординатного самописца 13,вычерчивающего зависимость модуляупругости от температуры, причемвторой вход самописца.13 подключенк термопаре 3.,Таким образом, процесс измерения внутреннего трения происходит периодически с частотой повторения Р = = 1/5 Г + 10 мс, где Г - время затухания колебаний образца, что является максимально достижимой скоростью измерения и как следствие этого возможно достижение значительной скорости нагрева образца, что резко уменьшает время исследования материала до минимально возможного.Применение генератора 37 линейно изменяющегося напряжения позволяет производить измерение амплитудной зависимости внутреннего трения образца автоматически, что также существенно повышает скорость измерения.Таким образом, скорость проведения испытаний на данном устройстве может быть повиаена в несколько раз (2-10), в зависимости от условий испытания.7 Изменение декремента затухания с помощью данного устройства вместо" измерения амплитуды возбуждающей силы существенно повышает чувствительность измерения внутреннего трения высокодобротных образцов материалов,10371 б 9 Составитель К ЦаревПатрушева Техред И.Гайду КорректорИ, .Ватрушкнна Редак ное ак 4 иал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектна 001/46 ВНИИ по 113035тирак 873 Подл И Государственного комитета дедам изобретений и открыти Москва, Ж,. Раушская наб