Торсійний маятник

Торсійний маятник, що складається з корпуса, на якому розміщений інерційний диск, який підвішений на пучку волокон і кріпиться на пусковому механізмі з можливістю задания імпульсу обертового руху на заданий кут, а у нижній частині інерційного диска міститься магнітний сердечник, що розміщений над торцевою частиною циліндра з постійного магніту, крім того, маятник містить оптичну систему реєстрації кута повороту, який відрізняється тим, що у інерційному диску вико нане вікно у вигляді сектора, обмеженого двома дугами і обладнане поляризаційним елементом, над яким розміщене джерело лазерного випромінювання, а під вікном на корпусі маятника розміщений вимірювач лазерного випромінювання, що під'єднаний до плати вводувиводу дискретних сигналів з гальванічною розв'язкою, яка через аналого-цифровий перетворювач і таймер має можливість з'єднуватися з персональним комп'ютером, для можливості обробки даних і передачі сигналу управління на порт виводу цифрових сигналів, який через підсилювач, у вигляді силових ключів, під'єднаний до крокового двигуна, що є пусковим механізмом, при цьому магнітний сердечник на інерційному диску виконаний у вигляді циліндра з конусом, вершина якого направлена до торцевої частини постійного магніту, а їх осі симетрії співпадають Винахід відноситься до галузі приладобудування і може бути використаний для вимірювання динамічних характеристик полімеркомпозиційних матеріалів у режимі вимушених або вільнозгасних коливань Маятникові прилади, що працюють в режимі вимушених коливань, дозволяють вимірювати динамічні характеристики полімерів у діапазоні частот від 10 до 25Гц для матеріалів з модулями пружності від 104 до 10 Па Реалізація такого широкого частотного діапазону є перевагою динамічного методу реалізації вимушених коливань порівняно із маятниками, які працюють у режимі вільнозгасних коливань Також важливою характеристикою даних приладів є можливість дослідження динамічних характеристик при визначених частотах розміщена у полі постійного магніту При проходженні через котушку електричного синусоїдного струму низької частоти, який подається від потенціометра, рухома система торсюн - котушка - зразок здійснює вимушені коливання Прилад обладнаний оптичною системою реєстрації коливань, у якій два світлових промені, один з яких напрвлений на дзеркало, що закріплене на рамці котушки, а інший - на дзеркало гальванометра, проектуються на скляну шкалу, де порівнюються задана і реєстрована амплітуди Для вимірювання фазового кута використовуються два щілинних фотоелементи Один встановлений у центрі коливань оптичного сигналу, що йде від рамки, а інший - таким же чином відносно гальванометра Із запису коливань гальванометра і привідної котушки розраховують період коливань і фазовий кут (Monson Т Е , Zapas LJ and De Witt T W Torsional Pendulum//Rew Sei Instr, 1955, P27) Відома конструкція торсійного маятника, який працює у режимі вимушених коливань і застосовується для вивчення твердих і текучих матеріалів з модулями пружності від від 104 до 109Па і динамічною в'язкістю ВІД 10 до 10 Пахе у діапазоні частот 10 2 - 25Гц при температурах 190-370К інерційною масою даного приладу є привідна котушка, яка Недоліком даного приладу є система реєстрації коливань, вібраційні характеристики основних компонентів системи, що значно зменшує точність отриманих даних 1 ю о ю 54057 Відома також конструкція крутильного маятника, який дозволяє вимірювати динамічні характеристики матеріалів з модулями пружності при зсуві 104 до 109Па у діапазоні частот 5x10 2 - 5Гц та інтервалі температур 120-420К прилад також може бути використаний для вимірювання динамічної в'язкості полімерів, що знаходяться у в'язкотекучому стані і мають в'язкість, яка більша бОПахс для цього у конструкції використана система коаксіальних циліндрів Крім того особливістю даного маятника є постійне використання підшипника із газовим змащуванням (Шумский В Ф Торсионный маятник для исследования динамических характеристик полимерных материалов В кн Новые методы исследования полимеров - Київ Наукова думка, 1975 -С 129-135) Недоліком даного приладу є недостатня точність вимірювань амплітуди згасаючих коливань та вузький частотний діапазон дослідження матеріалів Найбільш близьким по технічній сутності та результату що досягається є торсійний маятник, який працює за методом Torsional Braid Analysis (ТВА), що складається з корпуса, на якому розміщений інерційний диск, який підвішаний на пучки волокон і кріпиться на пусковому механізмі з можливістю задания імпульсу обертового руху на заданий кут, а у нижній частині інерційного диска міститься магнітний сердечник, що розміщений над торцевою частиною циліндра з постійного магніту, крім того прилад містить оптичну систему реєстрації кута повороту (Gillham J К, Roller М В Advances in Instrumentation and Technique of Torsional Pendulum and Torsional Braid Analysis // Polymer Engineering and Science 1971, v I 1, №4, P 295-304) Недоліком даного пристрою є низька стабільність у часі та точність вимірювань, що зумовлено незначною інерційною здатністю диску, який кріпиться до пучка волокон, та невисока можливість автоматизації процесу обробки результатів вимірювань Ціллю даного винаходу є підвищення точності та стабільності у часі результатів випробувань та автоматизації процесу обробки результатів під час або після випробувань Вказана ціль досягається тим, що у торсійному маятнику, що складається з корпуса, на якому розміщений інерційний диск, який підвішаний на пучки волокон і кріпиться на пусковому механізмі з можливістю задания імпульсу обертового руху на заданий кут, а у нижній частині інерційного диска міститься магнітний сердечник, що розміщений над торцевою частиною циліндра з постійного магніту, крім того-маятник містить оптичну систему реєстрації кута повороту, причому у інерційному диску виконане вікно у вигляді сектору, обмеженого двома дугами і обладнане поляризаційним елементом, над яким розміщене лазерне джерело випромінювання, а під вікном на корпусі приладу розміщений вимірювач лазерного випромінювання, що під'єднаний до плати вводу-виводу дискретних сигналів з гальванічною розв'язкою, яка через аналого-цифровий перетворювач і таймер, з'єднується з персональним комп'ютером, для можливості обробки даних і передачі сигналу управління на порт виводу циф рових сигналів, який через підсилювач, у вигляді силових ключів, під'єднаний до крокового двигуна, що є пусковим механізмом, при цьому магнітний сердечник на інерційному диску виконаний у вигляді циліндра з конусом, вершина якого направлена до торцевої частини постійного магніту, а їх осі симетрії співпадають Виконання у інерційному диску вікна у вигляді сектору, обмеженого двома дугами і обладнаного поляризаційним елементом, а також використання лазерної оптичної системи дозволяє підвищити точність результатів дослідження динамічних характеристик композитів Використання плати вводу-виводу дискретних сигналів з гальванічною розв'язкою, яка через аналого-цифровий перетворювач і таймер, з'єднується з персональним комп'ютером, для можливості обробки даних і передачі сигналу управління на порт виводу цифрових сигналів, який через підсилювач, у вигляді силових ключів, під'єднаний до крокового двигуна, що є пусковим механізмом дозволяє автоматизувати процес обробки результатів дослідження динамічних характеристик композитів Також це дозволяє зчитувати, зберігати і виводити на друк результати експерименту Виконання магнітного сердечника на інерційному диску виконаного у вигляді циліндра з конусом, вершина якого направлена до торцевої частини постійного магніту дозволяє покращити стабільність результатів експерименту за рахунок кращого центрування Суть винаходу пояснюють графічні матеріали на яких зображено фіг 1 структурну схему торсійного маятника, фіг 2 вигляд А на фіг 1, фіг 3 розріз Б-Б на фіг 2 Торсійний маятник містить корпус 1, на якому кріпиться стакан 2, що ізолює зразок 3 від довкілля, а також пусковий механізм 4, що виконаний у вигляді крокового двигуна, який дає можливість задания імпульсу обертового руху на заданий кут До вихідного валу пускового механізму 4 кріпиться зразок 3 у вигляді тугої коси, заплетеної з пучка волокон і нанесеним поліепоксидним компаундом На зразку 3 підвішаний інерційний диск 5, у якому виконане вікно у вигляді сектору, обмеженого двома дугами і обладнане поляризаційним елементом 6 Маятник має оптичну систему реєстрації кута повороту, яка виконана у вигляді джерела лазерного випромінювання 7, яке розміщене над вікном інерційного диска і кріпиться до корпуса 1, поляризаційного елемента 6, аналізатора 8, який розміщений під вікном, навпроти джерела лазерного випромінювання, та вимірювача лазерного випромінювання 9, який з'єднаний з платою вводувиводу дискретних сигналів з гальванічною розв'язкою 10, яка через аналого-цифровий перетворювач 11 і таймер 12, з'єднується з персональним комп'ютером 13, для можливості обробки і зберігання результатів експерименту Персональний комп'ютер 13 через порт виводу цифрових сигналів 14, який розміщений на платі вводу-виводу дискретних сигналів 10, і підсилювач, у вигляді силових ключів 15, з'єднаний з пусковим механізмом 4, забезпечуючи можливість автоматизованого управління експериментом Для центрування торсійного маятника у нижній частині інерційного 54057 диску 5 виконаний магнітний сердечник 16 у вигляді циліндра з конусом, вершина якого направлена до торцевої частини постійного магніту 17, який кріпиться до корпусу маятника Торсійний маятник встановлюють на масивній стальній плиті 18 в точно горизонтальному положенні трьома гвинтами 19 Торсійний маятник працює таким чином Цикл вимірювання починається, коли інерційний диск 5 виведений з положення рівноваги за допомогою пускового механізму 4, що виконаний у вигляді крокового двигуна, який керується персональним комп'ютером (ПК) 13 Промінь виходить із джерела лазерного випромінювання 7, проходячи через поляризаційну пару (поляризатор 6 - аналізатор 8) потрапляє на вимірювач для лазерного випромінювання 9 3 вимірювача лазерного випромінювання підсилений аналоговий сигнал потрапляє на плату вводу-виводу з гальванічною розв'язкою 10 За допомогою аналогово-цифрового перетворювача (АЦП) 11 плати 10 даний сигнал перетворюється у цифровий код По програмі, записаній в ФІГ.1 Вид А Г Фіг.2 ПК, реєструють амплітуди коливань у пам'яті комп'ютера, з дискретністю, що задається таймером 12, аж до повного згасання коливань торсійного маятника Після цього з ПК на пусковий механізм (через порт виводу цифрових сигналів 14 і силові ключі 15) подається сигнал про встановлення торсійого маятника в початкове положення Далі здійснюють наступний цикл випробувань Центрують торсійний маятник за допомогою системи постійних магнітів 16, 17 Прилад встановлюють на масивній стальній плиті 18 в точно горизонтальному положенні трьома гвинтами 20 Просякають торсюн зануривши його у ванну із досліджуваним матеріалом Довжина зразка (тобто, просякнутої частини торсіона) становить 20см Випробування закінчують після повного затверднення полімера Даний прилад призначений для вимірювання динамічних характеристик полімерних матеріалів і може бути використаний при дослідженні кінетики тверднення полімерних композитних матеріалів 54057 Б-Б Фіг.З ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24