Устройство для измерения вязкоупругих свойств твердых тел

Устройство для измерения вязкоупругих свойств твердых тел

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОУПРУГИХ СВОЙСТВ ТВЕРДЫХ ТЕЛ, содержащее низкочастотный генератор, усилитель мощности, измерительную .ячейку, представляющую собой диск с двумя возбуждающими и двумя регистриругацими электродами и систему ре- . гистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений и обеспечения возможности исследования анизотропных образцов, исследуемый образец расположен на четьфех диэлектрических опорах в виде конусообразных выступов, находящихся в узлах стоячих волн, а возбуждающие и регистрирующие электроел ды расположены попарно в двух взаимно перпендикулярных направлениях. со со сриеЛ

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ЗдР G О1 N 11/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ (21) 3562097/18-25 (22) 10 ° 03.83 (46) 15.06.84. Вюл.922 (72) В.С. Постников, В.И.Лаврентьев и В.И. Ковалевский ,(71) Воронежский технологический институт (53) 532.137(088.8) (56) 1. Перепечко И.И. Акустические методы исследования полимеров. М., "Химия", 1973, с.63-70.

2. Абаев .М.И., Корнфельд М.И.

Измерение внутреннего трения твердых тел. -"Приборы и техника эксперимента", 1964, 82, с. 150-152 (прототип). е..SU „„1097.917 A (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ВЯЗКОУПРУГИХ СВОЙСТВ ТВЕРДЫХ ТЕЛ, содержащее низкочастотный генератор, усилитель мощности, измерительную .ячейку, представляющую собой диск с двумя возбуждающими и двумя регистрирующими электродами и систему регистрации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повыщения точности измерений и обеспечения возможности исследования аниэотропных образцов, исследуемый образец расположен на четырех диэлектрических опорах в виде конусообразных выступов, находящихся в узлах стоячих волн, а возбуждающие и регистрирующие электро-ды расположены попарно в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

1097917

Изобретение относится к устройствам для измерения вязкоупругих свойств твердых тел, а именно внутреннего трения и модуля Юнга, и может быть применено в радиотехнической, полу- 5 проводниковой, авиационной, машиностроительной и других отраслях промышленности для лабораторных исследований и заводских испытаний металполупроводниковых ционных и других материалов.

Известно устройство для измерения . вязкоупругих свойств полимерных материалов, принцип действия которого основан на электростатическом возбуждении изгибных колебаний в консольно закрепленном образце и последующем их измерении, содержащее исследуемый образец, возбуждающий и приемный преобразователи, низко-и высокочастотные генераторы, детектор или девиометр, амплитудный дискриминатор, счетчик 1 3.

Недостаток указанного устройства связан со значительным уровнем потерь энергии в зажиме образца.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения физико-механичес30 ких характеристик, содержащее низкочастотный генератор, усилитель мощности, измерительную ячейку, представляющую собой диск с двумя возбуждающими и двумя регистрирующими электродами и систему регистрации. Электроды расположены на диске в одном направлении, причем два средних используются для возбуждения изгибных колебаний в исследуемом образце, а два

40 крайних — для измерения амплитуды .этих колебаний. Исследуемый образец свободно покоится на двух стеклянных нитях толщиной 0,07 мм укрепленных с помощью отжига специальной пасты на стеклянном диске между возбуждающими

45 и регистрирующими электродами. Расстояние между нитями выбирается таким образом, чтобы они располагались в узлах стоячих волн, возбуждаемых и регистрируемых по изменению емкости между образцом и соответствующими электродами.

Устройство работает следующим образом.

Переменное напряжение с низкочастотного генератора усиливается и подается на возбуждающие электроды измерительной ячейки. Изменением частоты возбуждающего напряжения производится настройка колебаний образца в резонанс, Измерительные электроды и образец представляют собой емкость, включенную в колебательный контур высокочастотного генератора. В этом случае сигнал высокочастотного генератора модулируется собственной частотой механических колебаний образца. Затем этот сигнал детектируется, усиливается, наблюдается и фотографируется на экране осциллографа, а затем обрабатывается и математически обсч. тывается 2 J.

Недостатки данного устройства заключаются в неудобстве при исследовании ориентационной зависимости внутреннего трения и модуля Юнга, связанном с возможностью измерения необходимых величин только в одном кристаллографическом направлении, низкой точности измерений при исследовании высокодобротных, например, полупроводниковых материалов, обусловленной потерями упругой энергии в местах касания исследуемого образца со стеклянными нитями. Кроме того, как в процессе отжига пасты, так и при измерении температурных зависимостей происходит изгиб нитей из-за теплового расширения, что приводит к увеличению ошибки измерений.

Цель изобретения — повышение точности измерений и обеспечение возможности исследования анизотропных образцов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения вязкоупругих свойств твердых тел, содержащем низкочастотный генератор, усилитель мощности, измерительную ячейку, представляющую собой диск с двумя возбуждающими и двумя регистрирующими электродами и систему регистрации, исследуемый образец расположен на четырех диэлектрических опорах в виде конусообразных выступов, находящихся в узлах стоячих волн, а возбуждающие и регистрирующие электроды расположены попарно в двух взаимно перпендикулярных нао правлениях.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 — устройство измерительной ячейки.

Устройство (фиг.1) включает низкочастотный генератор 1, усилитель мощности 2, измерительную ячейку 3, .Ф

3 1097 ключ 4, фазовый детектор 5, селективный 6 и широкополосный 7 усилите ли, дискриминатор 8, счетчик 9.

Измерительная ячейка 3 (фиг.2) представляет собой кварцевый диск

10, на который напылены два возбуждающих 11, 12 и два регистрирующих

13, 14 электрода, с четырьмя диэлектрическими опорами 15 в виде конусообразных выступов высотой 0,07 мм, 1п на которых располагается исследуемый образец 16. Опоры 15 изготовлены из

° кварца того же состава и одной плавки, т.е. имеют одинаковый коэффициент линейного расширения, что и дчск 10, и вварены в него. Расстояние между опорами 15 выбрано таким, чтобы в точках их касания с образцом 16 находились узлы стоячих волн, возбуждаемых и регистрируемых с помощью электродов 11-14. Такое положение образца 16 контролируется по специальным рискам 17. Схема включения положение ключа 4 (1 и П) (фиг.1), предусматривает попарное (11,13 и 12,14) использование возбуждающих 11,t2 и регистрирующих 13, 14 электродов в двух взаимно перпендикулярных направлениях, что позволяет измерять внутреннее трение и модуль Юнга на одном образце в двух кристаллографических направлениях.

Устройство работает следующим образом.

Исследуемый образец 16 располагается на опорах 15 и центрируется по рискам t7. Ключ 4 устанавливается в положение 1.

Изгибные колебания возбуждаются от низкочастотного генератора 1 че- 40 рез усилитель мощности 2 с помощью возбуждающего электрода 11. Вариацией частоты генератора 1 производит° ф ся настройка в резонанс по максимуму амплитуды колебаний образца 16, после4 чего возбуждающая система отключает917 4 ся (система отключения не показана).

Затухающие собственные колебания об» разца 16 изменяют емкость системы

"образец — измерительный электрод 13", которая включена в колебательный контур высокочастотного генератора т.е. происходит модуляция высокочастотного сигнала низкочастотным. Этот сигнал поступает на вход детектора 5, где выделяется его низкочастотная составляющая, которая затем усиливается с помощью селективного 6 и широкополосного 7 усилителей и подается на ре-! гистрирующее устройство, состоящее из амплитудного дискриминатора 8 и счетчика 9.

Затем ключ 4 переводится в положе)ние П. В этом случае изгнбные колебания в образце 16 возбуждаются от генератора 1 через усилитель 2 с помощью возбуждающего электрода 12, а регистрируются электродом 14. Обработка этого сигнала производится по описанному способу с гомощью детектора 5, селективного 6 и широкополосного

7 усилителей, амплитудного дискриминатора 8, счетчика 9.

Таким образом, при попарном включении возбуждающего и регистрирующего электродов появляется возможность на одном и ТоМ же образце измерять вязкоупругие свойства твердых тел в двух взаимно перпендикулярных крис" таллографических направлениях. Использование диэлектрических опор позволяет заменить линейный контакт на точечный, что повышает точность измерений. Так, для прототипа фон уст-6 ройства составляет порядка 5 10 для предлагаемого устройства — 5 .10, а

:погрешность измерения внутреннего трения в интервале температур 150 800 К составляет 2-5Х против 10-.15Х у прототипа. При этом отпадает необходимость в очень сложной технологической операции подклейки нитей.

1097917

14 фЬа.Х

Составитель В. Крутин

Редактор М. Келемеш Техрйд И.Асталош Корректор В. Синицкая

Заказ 4199/36 Тиржк 823 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ушгород, ул. Проектная, 4