Крутильный маятник для определения механических свойств материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 19) 0 3/3 51) 4 ИЕ ИЗОБРЕТЕНИвел ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРПОДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕ(71) Институт ядерных исследованийАН УССР(56) Авторское свидетельство СССРВ 1067406, кл. С 01 Я 3/38, 1982.(54) КРУТИЛЬНЫЙ МАЯТНИК ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для измерения вязкоупругихсвойств материалов. Целью изобретения является повышение производительности и информативности результатовопределения свойств материалов эасчет расширения частотного диапазонаиспытаний. Крутильный маятник снабжендополнительной электродинамическойсистемой, подвижная катушка которойсоединена с инерционной детальюмаятника. При протекании постоянноготока по подвижной и неподвижной катушкам дополнительной системы возникает дополнительная сила, ускоряющаяили замедляющая колебания маятника взависимости от направления токов вэтих катушках. Направление токовзадается коммутатором, подключающимкатушкам источник постоянного токав соответствующей полярности. 4 илИзобретение относится к испыта тельной технике а именно к технике определения вязкоупругих характеристик (внутреннего трения, динамического модуля упругости, динамической вязкости и т.д.) сред и может быть использовано в машиностроительной, химической промышленности для экспресс контроля Физико-механических 10 свойств жидких и твердых тел.Цель изобретения - повышение произ водительности и информативности ре зультатов определения за счет реализации определения механических 1 г свойств материалов на нескольких частотах.На Фиг.1 представлена конструкция предлагаемого крутильного маятника; на Фиг,2 - разрез А-А на Фиг.; на20 Фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1; на Фиг.4 - структурная схема электронной части крутильного маятника.Маятник содержит корпус 1, в нижней части которого закреплен непа-, 25 движный захват 2, инерционную деталь 3, которой является шток крутильного маятника с подвижным захватом 4, в котором закрепляют образец 5, Вокруг паслецнего установлена электропечь 6.30 Против захватов 2 и 4 в корпусе 1 сделаны пазы 7 для крепления образца 5 в захватах 2 и 4. На штоке крутиль" ного маятника закреплена подвижная катушка 8, которая вместе с. неподвижной катушкой 9, закрепленной в корпусе маятника, образует датчик угла поворота, служащий одновременно и электродинамической системой для скру чивания образца 5. Катушки 8 и 9 установлены на крутильном маятнике так, что их магнитные потоки взаимно ортогональны. На штоке маятника также установлена подвижная катушка 10, которая вместе с неподвижной катушкой 45 11 образует вторую электродинамическую систему. Катушки 10 и 11 этой системы конструктивно установлены так, что их магнитные потоки соасны. Уравновешивающая система содержит два блока 12, скобу 13 специальной конструкции, противовес 14, подвесы к которому проходят через трубки 15 в неподвижных катушках 9 и 11. Противовес 14 уравновешивает вес подвижной системы крутильного маятника. Конуса 55 образный шток 16 дает возможность с помощью электромагнитного захвата опускать и поднимать крутильный маятник из вертикальных технологических каналов.Электронная часть маятника содер жит источники переменного тока 17 и постоянного тока 18, подключенные к катушке 9, последовательно соединен ные детектор 19, подключенный к первому выводу катушки 8, усилитель 20, преобразователь 21 переменного напряжения в постоянное, блоки сравнения 22 и электронной регулировки усиле низ 23, усилитель 24 мощности и изме ритель 25 тока возбуждения, выход которого подключен ко второму выводу катушки 8, последовательно соединенные усилитель-ограничитель 26 вход которого соединен с выходом детектора 19, а второй выход подключен ко второму входу блока 23 электронной регулировки усиления, и частотомер 27, блок 28 опорного напряжения, выход которого подключен ко второму входу бло 1 а 22 сравнения, и самопи сец 29, вход которого соединен со вторым выходом измерителя 25 тока возбуждения. Электронная часть содержит также регулируемый источник 30 постоянного тока, подключенный к последовательно соединенным катушкам 10 и 11 через коммутатор 31.Крутильный маятник работает следу" юшим образом.При колебаниях крутильного маятника переменное магнитное поле неподвижной катушки 9, питаемой ат источника 17 переменного тока, наводит в подвижной катушке 8 ЭДС с частотой 10 кГц.Поступающий с катушки 8 сигнал частотой 10 кГц, модулированный низкочастотными колебаниями, поступает в детектор 19. Амплитуда этого сигнала является мерой угла закручивания маятника. Использование высокой несущей частоты для передачи инФормации об угловых смещениях маятника значительно повышает чувствительность датчика угла поворота и позволяет надежна отделить сигнал, снимаемый с датчика угла поворота от низкочастотного переменного тока возбуждения. Далее сигнал с детектора 19 одновременно поступает в усилитель 20 и усилитель- ограничитель 26. После усиления в усилителе 20 онпреобразуется в постоянное напряжение преобразователем 21.Постоянное напряжение, пропорцио нальное амплитуде колебаний, сравниКогда в коммутаторе 31 замкнутыконтакты 1 и 11, 111 и 17, то токпроходит через катушки дополнительнойэлектродинамической системы, создаваяпри этом в катушке 11 магнитный потоктакого направления, который при взаимодействии с магнитным потоком подвижной катушки 10 вызывает дополнительную силу, оказывающую тормозящеевлияние на частоту колебаний маятника,и она меньше резонансной,В противном случае, когда в коммутаторе 3 замкнуты контакты 1 и 111,11 и 17, магнитный поток катушки 11направлен в противоположную сторону.Дополнительная сила при этом ускоряет колебания маятника и частота вышерезонансной.На опытном образце при низкочастотных колебаниях крутильного маятникана резонансной частоте 2 Гц при помощи дополнительной электродинамическойсистемы удается снизить частоту колебаний доГц и повысить частотудо 4 Гц, т.е. изменить частоту колебаний в два раза. Изменение частотыколебаний зависит от величины тока вкатушках 10 и 11 дополнительной электродинамической системы. Формула изобретенияКрутильный маятник для определения механических свойств материалов, содержащий подвижный и неподвижный захваты, инерционную деталь, соединенную с подвижным захватом, электродинамическую систему для скручивания инерционной детали и систему регистрации, соединенную с электродинамической системой, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности и информативности результатов определения, он снабжен второй электродинамической системой, состоящей из подвижной катушки, установленной на инерционной детали, и неподвижной катушки, коммутатором, первый вход которого соединен с первым вьгводом подвижной катушки второй электродинамической системы, а второй и третий входы соединены с выводами не подвижной катушки второй электродина мической системы, и источником постоянного тока, отрицательный полюс которого соединен с четвертым входом коммутатора, а положительный полюс - с вторым выводом подвижной катушки второй электродинамической системы. 1442869вается в блоке 22 с опорным напряжением, поступающим с выхода блока 28опорного напряжения. Последний является задатчиком амплитуды колебаний5маятника. В блоке 22 происходит сравнение заданной амплитуды колебаний сдействительной, а разностный сигналс выхода блока 22 используется в качестве управляющего в блоке 23 электронной регулировки усиления. Сюда жеприходит сигнал с усилителя-ограничителя 26, В последнем детектированныйсигнал датчика угла поворотов преобразуется в прямоугольное напряжение, чсдвинутое по фазе на 90 относительновходного сигнала, Указанный сдвигфаз является необходимым условием возбуждения незатухающих колебаний маятника. Блок 23 электронной регулировки 20усиления обеспечивает заданную амплитуду колебаний маятника, Сдвинутыйпо фазе на 90 относительно входногосигнала сигнаЛ возбуждения с выходаблока 23 электронной регулировки усиливается усилителем 24 мощности ичерез измеритель 25 тока возбужденияпоступает в подвижную катушку 8. Привзаимодействии переменного тока катушки 8 с постоянным магнитным полем зОкатушки 9, питаемой от источника 18постоянного тока (катушка 9 одновременно запитана и от генератора переменного тока), возникает переменныйкрутящий момент. В результате возникают незатухающие крутильные колебания на собственной частоте системы(направление колебаний указано стрелкой на Фиг.1), С измерителя 25 токавозбуждения сигнал, являющийся мерой 40потерь энергии при колебаниях образца 5, поступает на самописец 29.Для измерения частоты колебаний используется частотомер 27.При протекании постоянного тока 4от регулируемого источника 30 токапо подвижной 10 и неподвижной 11 катушкам, включенным последовательночерез коммутатор 31, дополнительнойэлектродинамической системы из-эавзаимодействия магнитных полей катушек возникает дополнительная сила,влияющая на колебания маятника. Токот регулируемого источника 30 токачерез подвижную катушку 10 всегдапроходит в одном направлении, в товремя как направление тока через не"подвижную катушку 11 можно изменятьпри помощи коммутатора 31,1442869 Составитель В,КрапивинТехред М.Ходанич Корректор С.Черни Редактор И.Горна Заказ 6376 3 одпис ское предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная,Пр ственно-п Тираж 847 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 13035, Москва, Ж, Рауш