Пристрій для вимірювання внутрішнього тертя матеріалів

Пристрій відноситься до техніки визначення фізико-механічних властивостей матеріалів і стосується вимірювань внутрішнього тертя в матеріалах. Відомий пристрій для вимірювання внутрішнього тертя матеріалів, що містить корпус, маятник з дзеркалом, два соосно встановлених зажими для зразка, один з яких закріплений на корпусі, а другий на маятнику, оптичну систему, призначену для формування вхідного оптичною сигналу, який поступає на дзеркало, записуючий блок і перетворювач масштабу, розташований між записуючим блоком і дзеркалом [Авт. свід. СРСР № 714164, кл. G 01 Η 3/12, 1977]. Недоліком відомого пристрою є складність переналагоджування пристрою на новий діапазон чутливості, що вимагає 150-300 відбиваючих пластин встановити в просторі з точністю 0,05-0,1°, що зводиться до значних затрат часу та високої кваліфікації від оператора - дослідника. Найбільш близьким є пристрій для вимірювання внутрішнього тертя матеріалів, що містить корпус, маятник з дзеркалом, два соосно встановлених затискувачі для зразка, один з яких закріплений на корпусі, а другий - на маятнику, оптичну систему, призначену для формування вхідного оптичного сигналу, який поступає на дзеркало, записуючий блок і перетворювач масштабу, розташований між записуючим блоком і дзеркалом, в якому перетворювач масштабу виконаний у вигляді системи оптичних волокон циліндричного шаблону, встановленого соосно з зажимами і з можливістю плоско-паралельного пересування вздовж осі, перпендикулярній площині дзеркала і прямолінійного шаблону, а кінці кожного із оптичних волокон закріплені в цих шаблонах з координатами, вибраними з умови ± X i = K ln( Rj i ) , де i - порядковий номер оптичного волокна; j i - кутова координата кріплення оптичного волокна в циліндричному шаблоні; R - радіус циліндричного шаблона, мм; K - масштабний множник; X i - координата кріплення кінця оптичного волокна в прямолінійному шаблоні, мм. (Авт. свід. СРСР № 954864, кл. G 01 N 19/02, 1982). Недоліком прототипу є складність операцій переналагоджування пристрою, низька точність вимірювань внутрішнього тертя, складність перетворювача масштабу у вигляді системи оптичних волокон з наявністю як у циліндричного, так у прямолінійного шаблонів, що, в свою чергу, призводить до збільшення похибки вимірювань. В основу винаходу поставлена задача створення пристрою для вимірювання внутрішнього тертя матеріалів, в якому за рахунок введення оптичної лінійки, яка складається з системи вертикальних полос, виготовлених з оптичних волокон, а другі кінці яких зібрані у циліндричні пучки, закріплені в оптичному перетворювачі координат, досягається підвищення точності вимірювання параметрів внутрішнього тертя матеріалів, зокрема кристалічних структур. Поставлена задача досягається тим, що пристрії для вимірювання внутрішнього тертя матеріалів до складу якого входить корпус, маятник з дзеркалом, два з спільною віссю встановлених затискувачі зразка, один з яких закріплений на корпусі, а другий на маятнику, оптична система, призначена для формування вхідного оптичного сигналу, блок і перетворювач масштабу, розташований між записуючим блоком і дзеркалом встановленої соосно з затискувачами з можливістю плоско паралельного переміщення вздовж осі перпендикулярній площині дзеркала перетворювач масштабу виконаний у вигляді плоскої оптичної лінійки, яка складається з системи вертикальних полос виготовлених з оптичних волокон, а другі кінці яких зібрані у циліндричні пучки, циліндричні пучки закріплені в оптичному перетворювачі координат, причому амплітуда коливань досліджувального зразка визначається за формулою: Аі= к хі, де к – ціна поділки на оптичній лінійці, хі - номер кінця пучка, який відповідає номеру джгутів на оптичній лінійці, Аі - амплітуда і-го коливання. На фіг. 1 представлена принципова схема пристрою. Пристрій складається з корпусу 1, в якому встановлений один із затискувачів (умовно не позначений), призначений для закріплення досліджувального зразка. Другий затискувач (не показаний) встановлений зі спільною віссю з першим затискувачем і закріплений на маятнику 2, на якому встановлене дзеркало 3. Пристій містить крім того оптичну систему (не показано), призначену для формування вхідного оптичного сигналу, який надходить на дзеркало 3. Дзеркало 3 призначено для відбивання оптичного сигналу, який надходить на оптичну лінійку 5, яка складається з світловодів малого діаметра, щільно спакованих один відносно одного у вигляді вертикальних ліній, встановлених на одній вісі з затискувачами, другі кінці 7, 8 закріплені в оптичному перетворювачі координат 8, координати яких задаються рівнянням Аі= к хі, (1) де к - ціна поділки на оптичній лінійці. хі - номер кінця, який відповідає номеру джгутів на оптичній лінійці, Аі - амплітуда і-тих коливань. Пристрій працює таким чином. Досліджуваний зразок закріплюється в затискувачі і маятнику 2 надають початкову амплітуду. В процесі вільних коливань маятника 2, вхідний оптичний сигнал відбивається від дзеркала 3, надходить на оптичну лінійку 5, і потім на перетворюючий пристрій 8, який фіксує координати максимальних відхилень А0, А1,... An і кількість коливань n до повного затухання проводить розрахунок внутрішнього тертя згідно рівняння A ln n A0 Q -1 = pn де Q -1 - величина внутрішнього тертя; A n , A 0 - максимальна та мінімальна амплітуди коливань маятника; n - кількість коливань, і будує графічні залежності Q-1=f(T1) або Q-1=f(A). Відносна похибка таких вимірювань буде визначатися як e= DA 2 DA 2 Dn 2 0 n + + (2) A A 2 2 n2 A n ln n A n ln n A0 A0 Застосування запропонованої установки дає можливість, при певних застереженнях, прийняти Dn = 0 , тоді рівняння (2) матиме вигляд 2 2 DA n DA 0 1 + (3) 2 2 A An A0 ln n A0 Подальше зменшення відносної похибки вимірювань величини внутрішнього тертя можливе тільки шляхом зменшення абсолютної похибки у вимірюванні амплітуд коливань (мається на увазі, що в рівнянні (3) похибка мінімізована відносно Аn і Ао), що досягається конструкцією запропонованої оптичної лінійки. Її виготовляють у вигляді набору світловолокон, щільно спакованих один до одного вздовж вертикальних ліній (фіг. 2). Діаметр волокон визначає абсолютну похибку у визначенні амплітуд, а для збільшення чутливості оптичних перетворювачів з другого боку вони зібрані в пучок, що при тих же значеннях параметрів коливань дозволяє на порядок зменшити похибку e . Застосування ПК дозволяє звільнити експериментатора від обчислювальної роботи. e=