АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ПРЕЦИЗИОННЫЙ РЕЛАКСОМЕТР

ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Филистович Денис Владимирович, Манохина Оксана Александровна

Научные руководители: Старцев Олег Владимирович, д.т.н., профессор АГУ, Суранов Александр Яковлевич, к.т.н., старший преподаватель

Алтайский Государственный Университет, г. Барнаул, Россия

Для динамического механического анализа (ДМА) полимерных композиционных материалов в настоящее время широко применяется давно зарекомендовавший себя метод свободных крутильных колебаний. Для реализации метода используется обратный крутильный маятник. (Перепечко И.И. Акустические методы исследования полимеров. М.: Химия, 1973. -296 с.). Нижний конец исследуемого образца, имеющего форму полоски, закрепляется неподвижно, а верхний конец жестко соединяется с инерционной деталью, подвешенной на торсионах. В системе возбуждаются крутильные колебания. После устранения вынуждающей силы маятник совершает затухающие колебания, измерив основные параметры которых (период, логарифмический декремент затухания), можно вычислить вязкоупругие характеристики исследуемого образца материала (динамический модуль сдвига, тангенс угла механических потерь). Наибольший интерес представляют зависимости этих величин от температуры образца. Поэтому обычно исследуемый образец помещается в термокамеру и для каждого образца проводится серия измерений при разных температурах.

Такие измерения очень трудоемки, так как за день, как правило удается провести измерения только для одного образца. Экспериментатор должен периодически задавать температуру термостата измерительной камеры, ожидать достижения заданной температуры, с помощью электромагнитов раскачивать маятник, измерять параметры затухающих колебаний и записывать результаты измерений. Затем следует не менее трудоемкая обработка полученных данных. Предлагаемый релаксометр лишен этих недостатков и позволяет автоматизировать процесс измерений и повысить их точность.

На рисунке приведена блок-схема предлагаемой экспериментальной установки. Начальная раскачка крутильного маятника производится с помощью электромагнитов раскачки, получающих сигнал со схемы управления раскачкой, которая управляется компьютером. Затем для регистрации крутильных колебаний используется оптическая система, состоящая из полупроводникового лазера, зеркала, закрепленного на инерционной детали маятника и многоэлементного фотоприемника (МЭФ). Луч лазера отражается от зеркала и попадает на фотоприемник, который позволяет с большой точностью определять угловое положение маятника по положению отраженного луча лазера. На время измерения компьютер включает лазер с помощью схемы управления лазером. Для измерения температуры в термокамере используется хромель-алюмелевая термопара. Для достижения и поддержания нужной температуры в термокамере используется терморегулятор, который управляет мощностью нагревателя термокамеры по линейному пропорционально-интегрально-дифференциальному закону (Каичев В.В., Сорокин А.М., Бадалян А.М., Никитин Д.Ю., Московкин О.В. Автоматизированная система управления температурой объекта по заданной модели. // Приборы и техника эксперимента, 1997. -№4, -с. 150-154.). Информация о температуре и угловом положении маятника поступает в контроллер на базе однокристальной ЭВМ. Опрашивая контроллер, компьютер получает данные о температуре в термокамере и положении отраженного луча лазера.

 

Полученная зависимость углового положения маятника от времени аппроксимируется экспоненциально затухающей синусоидой, в результате чего находится период и логарифмический декремент затухания колебаний маятника, а затем и необходимые вязкоупругие характеристики образца. Затем в термокамере устанавливается следующая температура и процесс повторяется.

После установки нового исследуемого образца задается интервал температур, шаг по температуре и линейные размеры образца. Далее весь процесс измерения происходит автоматически по всему температурному диапазону. В результате измерений создается файл с температурными зависимостями динамического модуля сдвига и тангенса угла механических потерь.

Точность установки температуры в термокамере не хуже 0,5° С. Погрешность аппроксимации временной зависимости углового положения маятника не превышает погрешности полученных экспериментально точек и составляет 1,5% для логарифмического декремента затухания и 0,01% для периода колебаний.


e-mail: asf@asf.e-burg.ru