Способ измерения вязкости и устройство для его осуществления

(9) (11) щ 00 Т Мlапдег 11 пд). епт о 1 1)1 дт г Тес)пооду,к контрольно- ласти вискозиих вязкостей и для измерения ленно-упругой(с (Л ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Специальное конструкторское бюро по . проектированию приборов и средств автоматизации(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относитсяизмерительной технике в обметрии высоких и сверхвысокможет быть использованоупругой деформации, замед деформации и вязкости аморфных мате риалов. Цель изобретения - упрощение процесса измерения, расширение функциональных возможностей и повышение точности измерения. Способ заключается в определен(1 и малых смещений в результате наблюдения в реальном времени голографической картины интерференции двух волн на фотопластинке при нагружении объекта, при этом одна иэ интерферирующих волн отражается от отражателя, закрепленного на наблюдаемой стороне исследуемого объекта, который, в свою очередь, за.лен на юстировочном столике, а другая волна восстанавливается голограммой и соответствует исходному состоянию отражателя, и расчет вязкости производится по формуле г 26)Ь тсозу /3 А (и-по). Устройство включает гелий-неоновый газовый лазер 1, светоделитель 2, расположенный по ходу излучения и образующий объектный и опорный лучи, объективы 3 и 4 для расширения полученных лучей, отражатель 5, распо1659777 Ла=):д поженный по ходу объектного луча и закрепленный на наблюдаемой стороне исследуемого объекта 6, который, в свою очередь, расположен на юстировочном столике 7, и фотопластинку 8 с проявленным голографическим изображением отражателя 5, К верхней грани исследуемого образца 6 прикреплена пластина с грузом, передающим на образец деформирующее напряжеИзобретение относится к контрольноизмерительной технике в области вискоэиметрии высоких и сверхвысоких вязкостей иможет, быть использовано для измеренияупругой деформации, замедленно-упругой 5деформации и вязкости аморфных и твердых материалов,Измерение вязкости заключается в определении малых смещений голографическим методом верхней грани пробы, 10имеющей вид прямоугольного параллелепипеда, относительно нижней грани, вызванных деформацией пробы иэисследуемого материала под действием постоянного касательного напряжения, припоженного к верхней грани пробы в течениеопределенного промежутка времени,Цель изобретения - упрощение процесса-,измерения, расширение Функциональных возможностей и повышение точности 20измерения.На Фиг.1 изображена проба с закрепленным отражателем для вывода расчетныхсоотношений; на фиг,2устройство для осуществления способа; на фиг.3 - схема креппения и нагружения пробы, вид сбоку; наФиг.4 - схема крепления и нагружения пробы, вид сверху.При вязком течении аморфного материала связь между постоянным касательным 30напряжением ст = - , скоростью деформа 6бации сдвига б и динамической вязкостьюб 1ц для пробы 6, имеющей вид прямоугольного параллелепипеда (фиг.1), описываетсяуравнением Максвеллаба сгт ба 6, ипи --б Чс 1 Г Я 3ба 40где - - скорость деформации сдвига,6 - сила, действующая на верхнююгрань пробы 6 площадью Я в плоскости этойграни, перпендикулярно ребру АВ (фиг,1);,.- динамическая вязкость,ние, На юстировочном столике 7 предусмот-. рен выступ с внутренним прямым углом рдпя Фиксации образца 6 с отражателем 5 в одном постоянном положении. Юстировочный столик 7, имеющий три взаимно перпендикулярные оси вращения, поворачивается с помощью юстировочных винтов 12, 2 с,п. Ф-лы, 4 ил,Как известно, измерение вязкости должно начинаться после момента времени 1 г, когда выполняется условие С учетом этого уравнение (1) переписывается таким образом где Ла - угол сдвига, прошедшего за промежуток времени Л 1,При малом угле сдвига Ьалинейное перемещение б верхнего ребра отражателя 5 (фиг.1), закрепленного на наблюдаемой стороне пробы 6, с большой точностью можно принять за дугу окружности радиуса й где и - высота отражателя.Тогда уравнение можно записать следующим образом Смещение б при перемещении точек отражателя перпендикулярно его наблюдаемой поверхности за промежуток времени Ьт равноб = (и - по) Л/(сов у+ созО ), (4) где по - число интерференционных полос в момент времени 1 = 0 начала наблюдения;и - число имеющихся интерференционнцх полос через промежуток времени Л 1;Л- длина волнц источника излучения; у - угол между падающим пучком и нормалью к поверхности отражателя 5;.О - угол наблюдения, измеренный от нормали к поверхности отражателя, 1659777За начало отсчета принимается полоса, проходящая через нижнее ребро наблюдаемой поверхности отражателя 5.Для зеркально отражающего объекта =0. Поэтому уравнение (6) можно записать следующим образомО =- (п - п) 1 /2 соэ у,Подставляя найденное значение б в уравнение (3), получают расчетную формулу для определения вязкости 510 еиствующая щадью Я в пл улярно ребру ражателя; оявления иу падающим и ости отражате оверхности и деформ ирующ е 6 - сила, д ань пробы пло ани, перпенди и - высота от Л т - время и у - угол межд алью к поверхн Я - площадь ой приложено15 а верхнююскости этойАВ (фиг.1);полос;учком и норля;робы к кото- пряжее 1 - длина волны излучателя; 25п - число интерференционных полос вмомент времени т = 0 начала наблюдения;и - число имеющихся интерференционных полос через промежуток времени Ь 1,Способ осуществляется следующим образом,Для проведения измерения заранееподготавливают исследуемый образец сприспособлением для его нагружения, фиксируя его на юстировочном столике, а нанаблюдаемой стороне исследуемого объекта закрепляют отражатель. После этого излучение лазерного излучателя пропускаютчерез светоделитель с последующим расширением полученных опорного и объектного 40лучей соответствующими объективами и наблюдают на фотопластинке, имеющей прозкспонированное и проявленноеголографическое изображение отражателя;интерференцию двух волн. Одна из интерферирующих волн восстанавливается голограммой и соответствует исходномусостоянию отражателя, а другая отражаетсяот отражателя и интерферирует с восстановленным изображением отражателя. На интерферограмме, в результате того, чтоположение отражателя не совпадает точнос тем его положением, которое он занималпри экспонировании голограммы, появляются интерференционные полосы. Они устраняются с помощью юстировочногостолика, имеющего возможность поворотавокруг трех взаимно перпендикулярныхосей вращения.Исследуемыи образец ном состоянии закрепляю ном столике 7, а на ег в ненагруженна юстировоч- наблюдаемой После нагружения исследуемого образца на интерферограмме появляется большое число параллельных горизонтальных полос в результате упругой деформации исследуемого образца, устранение которых достигается путем поворота юстировочного столика. Далее имеет место замедленно-упругая деформация, вследствие чего скорость появления интерференционных полос уменьшается, После того, как скорость появления интерференционных полос становится постоянной, производится измерение вязкости с расчетом по формуле (2).Полученная интерференционная картина позволяет определить деформацию счета исследуемого образца за любой нужный промежуток времени. Измерение вязкости любого числа проб можно проводить с помощью одной единственной фотопластинки с проэкспонированным на ней изображением отражателя.Устройство для осуществления способа (фиг,2) включает лазерный источник 1 излучения, светоделитель 2, расположенный по ходу излучения и образующий объектный и опорный лучи, объектив 3, расширяющий объектный луч, и объектив 4, расширяющий опорный луч, отоажатель 5, расположенный по ходу объектного луча и закрепленный на наблюдаемой стороне исследуемого объекта 6, имеющего форму прямоугольного параллелепипеда, который, в свою очередь, расположен на юстировочном столике 7, и фотопластинку 8 с проявленным голографическим изображением отражателя 5, на которую падают опорный луч и объектный луч, отраженный от отражателя 5.К верхней грани исследуемого образца 6 прикреплена пластина 9 с грузом 10, передающим на образец 6 деформирующее напряжение (фиг.З и 4).Для того, чтобы во время измерения все исследуемые образцы 6 находились в одинаковом положении, на юстировочном столике 7 предусмотрен выступ 11 (фиг.З и 4) с внутренним прямым углом/3(фиг.4), к которому вплотную устанавливается образец 6 с отражателем 5.На юстировочных винтах 12 (фиг.З и 4) имеются насечки 13, устанавливаемые во время экспонирования голограммы напротив отметок 14 на юстировочном столике 7, имеющем три взаимно перпендикулярные оси вращения, пересекающиеся в однойточке.Устройство работает следующим образом, 1559777стороне закрепляют отражатель (фиг.З и 4). Все три юстировочных винта 12 устанавливают в полокение, при котором насечки 13 оказываются напротив соответствующих отметок 14 (фиг,З),После этого (фиг,1) вклкчают гелий-неоновый газовый лазер, 1, излучение которого проходит через светоделитель 2, образующий объектный и опорный лучи, расширяемые соответствующими объективами 3 и 4. Опорный луч после расширения попадает на фотопластинку 8 и восстанавливает записанное заранее на ней голографическое изображение отражателя 5. Объектный луч, отражаясь от отражателя 5, также попадает на фотопластинку 8 и интерферирует с восстановленным изображением отражателя 5, На голограмме 8 после этого можно различить интерференционнь 1 е полосы, которые появляются в результате того, что положение отражателя 5 не совпадает очно с тем положением, которое он занимал при экспонировании голограммы.Нежелательные интерференционные полосы устраняются следующим образом,Юстировочный столик У, на котором расположен исследуемый образец б, слегка поворачивается при помощи юстировочных винтов 12 вокруг каждой из трех взаимно перпендикулярных осей. Заметив направление вращения, при котором расстояние между полосами уменьшается, можно найти нужное направление поворота для каждой оси, Для устранения нежелательных интерференционных полос выполняется несколько таких регулировок по каждой иэ осей,Затем производится нагружение образца(фиг,З). Сразу же после нагружения имеет место упругая деформация, подчиняющаяся закону Гука. Поэтому на интерферограмме (фиг.2) появляется большое число параллельных горизонтальных интерференционных полос, которые устраняются при гомощи юстировочных винтов 12.Далее имеет место замедленно-упругая деформация, следовательно, скорость появления интерференционных полос уменьшается. После того, как скорость появления голос становится постоянной, можно начигать измерение вязкости, Расчет вязкости г роизводится по формуле (5).Поскольку в устройстве имеется возможность определения времени наступления пластической деформации, т.е. наступления момента времени 12, то очевидно, что это приводит к повышению его быстродействия. Расширены и функцио. альные возможности устройства, так как г.о сравнению с известным устройством имеется воэможность измерения упругой и40 45 50 55 26 ЬЬсозБХ тгде 6 - деформирующая сила сдвига;и - высота отражателя;Л т - промежуток времени наблюдения;у- угол между объектным лучом и нормалью к поверхности отражателя;3 - площадь поверхности пробы, на которую распространяется напряжение сдвипо - число интерференционных полос в момент времени то начала наблюдения;и - число интерференционных полос через промежуток времени Ь 1;А- длина волны источника излучения.2. Устройство для измерения вязкости аморфных материалов, содержащее гелий- неоновый газовый лазер, светоделитель, расположенные по ходу излучения, два обьектива для расширения полученных объектного и опорного лучей, исследуемый обьект с возможностью нагружения, имеющий форму прямоугольного параллелепипеда и П - По замедленно-упругой деформации. Повышение точности измерения достигается за счеттого, что в устройстве исключено влияниевремени экспонирования голограммы на5 точность измерения.Кроме того, в устройстве фотопластинка8 с записанным и проявленным на ней голографическим изображением отражателя 5может быть использована для измерений10 любого числа исследуемых образцов, таккак один и тот же отражатель может устанавливаться на каждый из исследуемых образцов перед его исследованием, чтоприводит к увеличению экономичности уст 15 ройства,Формула изобретения1. Способ измерения вязкости аморфных материалов, заключающийся в определении малых смещений в результате20 наблюдения в реальном времени голографической картины интерференции двухволн на фотопластинке при нагружении исследуемого объекта, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью упрощения процесса изме 25 рения, расширения функциональных возможностей и повышения точностиизмерения, одну из интерференционныхволн пропускают через отражатель, закрепленный на наблюдаемой стороне исследуе 30 мао объекта, который закреплен наюстировочном столике, а другую волну восстанавливают голограммой и она соответствует исходному состоянию отражателя,расчет вязкости у производят по формуле35659777 10 Оиг 3 расположенный на столике по ходу объектного луча, и фотопластинку, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью упрощения процесса измерения, расширения функциональных возможностей устройства и повышения точности измерения, оно снабжено юстировочным столиком, имеющим возможность поворота вокруг трех взаимно перпендикулярных осей вращения, для закрепления и юстировки образца и отражателем, закрепленным на наблюдаемой стороне образца, 5 причем фотопластинка имеет проэкспонированное и проявленное голографическое изображение отражателя,165977712Составитель Л; Ульянов Редактор И. Касарда Техред М,Моргентал Корректор Э. Лончако аэ 1835 Тираж 389 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4 ЮПроизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101