ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Измерения в режиме резонансных колебаний из "Методы измерения механических свойств полимеров" Измерительные схемы- прибора позволяют регистрировать касательные напряжения с помощью датчика перемещений и сменного торсиона нормальные напряжения (эта система измерений здесь не описывается, поскольку проблема измерения нормальных напряжений при сдвиговом течении не рассматривается в данной книге) колебания нижней плоскости, т. е. задаваемые колебания. Прибор укомплектован набором торсионов с жесткостью от 0,1 до 10 Н-м/рад (10 —10 ° дин-см/рад), а индукционный датчик перемещений с соответствующим вторичным прибором может работать в шести пределах — от 5 до 2000 мкм. В целом система измерения крутящего момента пригодна для работы в довольно широких пределах— от 5-10 Н-м до 5 Н-м, что отвечает интервалу касательных напряжений (при использовании набора конусов, имеющихся в комплекте рабочих узлов прибора) от Ы0 до 1-10 Па. Система задания колебаний позволяет варьировать амплитуду деформаций в пределах от 1,6-10 до 3,1 Ю рад. При использовании измерительного узла типа конус — плоскость с углом между образующей конуса и плоскостью 2° эти смещения отвечают деформациям от 5 до 100%. Однако вблизи нижнего предела измерений возможны отклонения от синусоидальной формы колебаний, так что наиболее целесообразно проводить измерения при амплитудах деформации, больших 5-10 рад. В обычном исполнении реогониометра оба сигнала — от задатчика колебаний и от смещений верхнего конуса — подаются на двухканальный самописец (потенциометр или осциллограф) и их амплитуды, а также разность фаз находятся вручную , по записи на ленте самописца. Однако изготовитель прибора поставляет также дополнительное электронное оборудование для автоматической регистрации амплитуд сигналов и разности фаз колебаний с выходом на цифровые показывающие приборы. Измерительные схемы реогониометра работают на несущей частоте 5000 Гц и снабжены системой фильтров, что позволяет получать довольно четкие сигналы, легко поддающиеся расшифровке. В то же время использование системы фильтров делает незаметным для экспериментатора возможные ошибки, связанные с недостатками механической части прибора (это удобно для серийных измерений, но может привести к серьезным ошибкам при научных исследованиях). [c.131] Отличием этого прибора от реогониометра является развитие методов автоматизации обработки результатов измерений. Это достигается тем, что измеряемые величины подаются на вход мини-ЭВМ, которой укомплектован прибор, а экспериментатор считывает непосредственно значения конечных характеристик материала— модулей упругости и потерь. Этот прибор может работать в автоматическом режиме по (различным программам повторяя измерения через требуемое время, изменяя частоту или температуру и т. п. При этом результаты измерений фиксируются печатающим устройством. [c.132] Прибор, по схеме подобный реогониометру и обладающий близкими характеристиками, разработан также в СССР и известен под названием ПИРСП — Прибор для измерения реологических свойств полимеров . [c.132] Приборы с электромагнитным возбуждением колебаний. Испытания жестких материалов (пластмасс, наполненных композиций и др.) с модулями упругости от 105 до Ю Па по методу вынужденных колебаний удобно осуществлять с помощью электромагнитных преобразователей, в которых усилие возбуждается электромагнитным методом и скорость движения определяется по методу измерения импеданса. Прибор, работающий по этому принципу, был предложен Е. Фитцджеральдом и Дж. Ферри (в 1952 г.) и в поледствии воспроизведен в различных вариантах рядом исследователей, в том числе в СССР Ю. Г. Яновским и Г. В. Виноградовым [5]. [c.133] Второе слагаемое (т. е. 2 , или К и К ) определяется ири калибровке прибора без образца. Поэтому использование электрической схемы дает величину 2, которая пересчитывается в 2°. Затем из 2 вычитается 2 , что позволяет достичь конечную цель эксперимента — найти О и О образца при заданной частоте. [c.134] Основные конструктивные требования к электромагнитным преобразователям сводятся к необходимости осуществления центровки подвижной части с высокой точностью и подбору размеров и параметров подвижной трубы и катушек, исключающих появление резонансных колебаний в рабочем диапазоне частот. Термостатирование выполняется путем помещения всего измерительного устройства вместе с постоянным магнитом в камеру воздушного термостата, что позволяет проводить опыты при температурах от —60 до 170 °С. [c.134] Общими достоинствами электромагнитных преобразователей являются возможность плавного регулирования частоты в довольно широких пределах проведение измерений при варьируемых, но малых амплитудах деформации (доли процента), что позволяет проводить измерения строго в линейной области механического поведения исследуемого материала использование электрических методов измерений, позволяющих находить комплексное отношение напряжения к силе тока (Zэ) без прямого определения механических характеристик — амплитуд сил и смещений и разности фаз возможность проведения измерений на образцах небольших размеров (с массой до 2—3 г). В то же время приборы такого типа весьма сложны в изготовлении, наладке и калибровке, а также требуют довольно длительной н трудоемкой обработки экспериментальных данных, если не использовать для этой цели вычнслительную технику. [c.135] Принцип электромагнитных преобразователей довольно широко используется в измерительных схемах приборов, предназначенных для определения вязкоупругих характеристик полимеров, причем измерение импеданса не является здесь единственной возможностью. Параллельно с развитием техники измерений импеданса М. Бирнбойм предложил (1961 г.) прибор с электромагнитным возбуждением малоамплитудных колебаний и раздельным измерением усилий и деформаций. [c.135] Некоторые технические характеристики этого прибора масса колеблющихся частей до 22,5 г, отклонения от линейности пружин, изготовленных из бериллиевой бронзы, — не более 0,02% в рабочем диапазоне деформаций предельные значения амплитуд смещений — до Ю А резонансная частота колеблющейся системы 800 Гц область исследуемых частот 10- —700 Гц датчик перемещений — емкостной, включен в схему, работающую на несущей частоте 4,5 МГц отклонения его характеристики от линейной не превышают 0,1%, а чувствительность датчика 20 А прибор может работать в диапазоне температур от —30 до 80 °С с ошибкой в измеряемой величине температуры до 0,01 С. [c.136] Ван нейшее усовершенствование прибора Бирнбойма состоит в использовании многочастотного составного резонатора, помещаемого в объем исследуемой жидкости [8]. [c.137] Использование многочастотных составных резонаторов с электромагнитной схемой возбуждения и автоматизированной системой накопления и обработки экспериментальных данных — это выдающийся пример экспериментальной техники, применяемой для измерения механических характеристик полимерных материалов. На сегодняшний день — это исключительные образцы приборов лабораторного назначения. Но многие реализованные принципиальные конструктивные и вычислительные решения могут найти (и уже находят) применение при создании приборов различного уровня и назначения, которые будут широко использоваться для измерений механических характеристик полимерных материалов разного типа. [c.138] Электромагнитная схема возбуждения колебаний с успехом применяется в различных конструктивных схемах, предназначенных для материалов разных типов. Удобным элементом такой схемы является возможность ее использования в приборах, которые одновременно могут применяться для измерений динамических характеристик полимеров (в режиме вынужденных гармонических или свободнозатухающих колебаний), ползучести и упругого восстановления (при задании постоянного крутящего момента), а также вязкости (в режиме установившегося течения). [c.138] Использование электромагнитного привода для создания вынужденных гармонических колебаний удачно сочетается с оптической системой измерений деформаций. Такой метод реализован в ряде приборов, и в частности в крутильном вискозиметре Р. Форгача [И]. [c.139] Этот метод измерений динамических характеристик полимеров, основанный на автоматической подстройке рел има колебаний, реализован в приборе ДХП-1 и в принципе позволяет проводить измерения в области частот порядка 10 Гц (в оригинальной работе [12], где описывается рассматриваемый метод, реальные результаты измерений приводятся в несколько более узком интервале частот, ограниченном снизу значением 10 Гц). [c.141] Вынужденные колебания при одноосном растяжении. [c.141] Этот прибор (см. рис. VI.II) состоит из привода, который создает аксиальные смещения при одной из четырех строго фиксированных частот (3, 5, И. 35 или ПО Гц), датчиков деформаций (смещений) и напряжения (силы) и электрической схемы, которая позволяет находить значения модулей упругости и потерь, а также tg6. Чувствительность датчиков деформации Ы0 см, силы 5-10 Н. Образцы, используемые для испытаний, приготавливаются в виде волокон или пленок длиной от 2 до 6 см и толщиной около 0,1 см. Термостатирующая камера позволяет проводить испытания в диапазоне температур от —160 до 250 °С. Область измеряемых значений модуля 0 —10 Па, а tg б — от I-IQ- до 1,7. Этот прибор особенно удобен для сканирования по температуре при фиксированной частоте, что позволяет быстро проводить серийные измерения и определять области температурных переходов. [c.141] Вернуться к основной статье