Пристрій для вимірювання фізичних властивостей матеріалів

1. Пристрій для вимірювання фізичних властивостей матеріалів, що складається з графопобудовника та вимірювального елемента, який підключено до генератора сигналів через вимірювальний резистор, останній підключено до входу ″Y" графопобудовника, до другого входу "X" якого підключена термопара, який відрізняється тим, що на каретці графопобудовника жорстко закріплений перетворювач її лінійних переміщень, вихід якого підключено на вхід персонального комп'ютера. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що перетворювачем лінійних переміщень є маніпулятор для введення інформації в персональний комп'ютер. Винахід, що пропонується, відноситься до галузі вимірювальної техніки і може бути використаний для вимірювання фізичних властивостей (діелектричні характеристики, температурні залежності та ін.) рідкокристалічних матеріалів, твердих речовин і їхніх розплавів у діапазоні температур 20-250°С. При вимірюванні температурної залежності фізичних характеристик використовуються двох координатні самописні прилади. Відомий пристрій для вимірювання фізичних властивостей матеріалів [В.Я. Маліков, П.О. Стадник та ін. Пристрій для вимірювання діелектричних характеристик рідкокристалічних матеріалів, твердих речовин і їхні х розплавів. ПТЕ, 2002, №4, ст. 150-152], що містить вимірювальний елемент, генератор сигналів, графопобудовник, вимірювальний резистор, магазин еталонних ємностей і термопару. При цьому вимірювальний елемент підключено до генератора через вимірювальний резистор, що підключений до входу "Y" графопобудовника. До другого входу - "X" гра фопобудовника підключена термопара. Магазин еталонних ємностей, підключено одним кінцем до генератора сигналів, а другим через перемикач до вимірюва льного резистора. Магазин еталонних ємностей потрібен для калібровки пристрою. Точність вимірювання таким пристроєм не перевищує 7%, що пов'язано з похибкою відображення отриманих графіків, а також можливістю зсуву діаграмного паперу в процесі реєстрації і засмічення капіляра резервуара з чорнилом. Похибка вимірювань набагато виростає при визначенні характеристик, для яких потрібно знати площу під кривою графіків (наприклад при визначенні температури фазового переходу матеріалу, що досліджується) через необхідність вимірювання ширини, висоти, площі під кривою та ін. за допомогою лінійок зі шкалою. Підвищення точності вимірювань досягається при використанні персонального комп'ютера (ПК), при цьому як інтерфейсний пристрій застосовується аналого-цифровий перетворювач АЦП і програмні засоби, що дозволяють обробляти корисну інформацію. Відомий пристрій для виміру фізичних властивостей [Патрик Гель. "Як перетворити персональний комп'ютер у вимірювальний комплекс. М., вид. "ДМК Пресс", 2001р. с. 109-113], що складається з комп'ютера з платою АЦП на вході й резистивного (19) UA (11) 84542 (13) C2 (21) 20041109768 (22) 29.11.2004 (24) 10.11.2008 (46) 10.11.2008, Бюл.№ 21, 2008 р. (72) МАЛІКОВ ВІТАЛІЙ ЯКОВИЧ, UA, СТАДНИК ПЕТРО ОМЕЛЯНОВИЧ, UA, БЛ АНК АВРААМ БОРИСОВИЧ, UA, Г АЛУНОВ МИКОЛА ЗАХАРОВИЧ, UA (73) ІНСТИТУТ СЦИНТИЛЯЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ НАН УКРАЇНИ, UA (56) UA 3669, 30.06.1994 JP 63282668, 18.11.1988 Маликов В.Я., Стадник П.Е. и др. Устройство для измерения диэлектрических характеристик жидкокристаллических материалов, твердых ве ществ и их расплавов// Приборы и техника эксперимента. 2002. - № 4. - С.150-152. 3 84542 перетворювача температури, підключеного своїм виходом на вхід АЦП. Напруга постійного струму, пропорційна температурі, що вимірюється, перетворюється за допомогою АЦП у ци фрову інформацію, яка обробляється ПК за заданою програмою. Недоліком такого пристрою є досить висока вартість плати АЦП, а також необхідність розробки спеціалізованого програмного забезпечення для передавання даних. Крім того, такий пристрій не дозволяє використовувати термопари для виміру високих температур через низьку чутливість і нелінійність параметрів. Як прототип за кількістю спільних ознак нами обрано перший з аналогів. В основу винаходу, що пропонується, поставлено завдання розробки простого в експлуатації і недорогого пристрою, що забезпечує високу точність при вимірюванні фізичних властивостей матеріалів. Вирішення завдання забезпечується тим, що пристрій для вимірювання фізичних властивостей матеріалів, що складається з графопобудовника та вимірювального елемента, який підключено до генератора сигналів через вимірювальний резистор, останній підключено до входу "У" графопобудовника, до другого входу "X" якого підключена термопара, згідно з винаходом, на каретці графопобудовника жорстко закріплений перетворювач її лінійних переміщень, вихід якого підключено на вхід персонального комп'ютера. Як перетворювач лінійних переміщень може бути використано маніпулятор для введення інформації в ПК. Використання маніпулятора для введення інформації в ПК, як перетворювача лінійних переміщень, встановленого на каретці графопобудовника, забезпечує збільшення точності вимірювання у кілька разів за рахунок того, що параметри графіків при вводі в комп'ютер оцифровуються і відпадає необхідність їх вимірів за допомогою лінійок зі шкалою, а також спрощує роботу вимірювального пристрою й здешевлює конструкцію приладу в цілому. На Фіг. зображена вимірювальна схема запропонованого пристрою. Пристрій вміщує вимірювальний елемент 1, який підключено до генератор сигналів 2 через вимірювальний резистор 3. Вимірювальний резистор 3 підключено до входу "Y" графопобудовника 4, до другого входу "X" гра фо 4 побудовника 4 підключена термопара 5. На каретці 7 графопобудовника 4 жорстко закріплений перетворювач 6 її лінійних переміщень у цифровий код, вихід якого підключено на вхід (послідовний порт) персонального комп'ютера 8. Розроблений пристрій був використаний для вимірювання й обробки експериментальних залежностей електричної ємності від температури при дослідженні міжмолекулярних взаємодій низки систем рідких кристалів і органічних молекулярних кристалів. При вимірі електричної ємності у діапазоні температур для нафталіну при фазовому переході рідина-тверде тіло визначені температура плавлення і діелектрична проникність. Результати вимірів корелюють з відомими літературними даними. Пристрій працює у наступний спосіб. При вимірі фізичних властивостей матеріалів, наприклад електричної ємності, вимірювальний елемент 1 заповнюється матеріалом, що досліджується. Потім він розігрівається до рідкого стану. На матеріал, що досліджується, подається напруга від генератора сигналів 2 через вимірювальний резистор 3. Напруга на вимірювальному резисторі 3 пропорційна струму, що протікає через зразок матеріалу і реєструється за допомогою графопобудовника 4 шляхом його сигнала на вхід "Y" - переміщення каретки по вертикалі. На вхід "Х " графопобудовника - переміщення каретки по горизонталі - подається сигнал термопари 5, пропорційний температурі матеріалу, що досліджується. На каретці 7 графопобудовника жорстко закріплений перетворювач 6 переміщення каретки в імпульсний код. Сигнал від перетворювача 6 переміщення подається на послідовний порт персонального комп'ютера 8 для реєстрації і подальшої обробки результатів вимірів. Крива, що реєструється графопобудовником 4, відображається на моніторі персонального комп'ютера 8 в графічному редакторі і може бути збережена у вигляді файлу малюнка. Таким чином, запропонований пристрій забезпечує підвищення точності вимірювання за рахунок числового визначення параметрів отриманих графіків (ширини, висоти, площі й ін.) з точністю не гірше ±2%; дозволяє відображати на екрані монітора в реальному часі температурні, часові й інші залежності фізичних властивостей матеріалів; записувати і зберігати у пам'яті комп'ютера результати вимірювань. 5 Комп’ютерна в ерстка М. Ломалова 84542 6 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601