УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ

Устройство для измерения модуля упругости.
Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для проведения измерений, в частности, измерений модуля упругости образцов исследуемых материалов, в том числе образцов, предварительно облученных в атомном реакторе.
Известно устройство «Установка для измерения модуля упругости, описанное в статье: Г.Г.Зайцев, В.Н.Змеева, В.Н.Барабанов «Особенности резонансного метода измерения модуля упругости анизотропных графитов по частоте продольных колебаний образца при 20 - 3000°С //Заводская лаборатория, т. XXXV, №6, 1969, СУЗ6-73 8. Это устройство включает в себя нагреватель с негерметичной внутренней полостью, узел закрепления образца, которым являются звукопроводы графитовые нити, закрепленные к торцам образца и соответственно к источнику колебаний и приемнику колебаний, источник колебаний, расположенный в нижней водоохлаждаемой части установки, приемник колебаний, расположенный в верхней водоохлаждаемой части установки, звукопроводы, которыми являются графитовые нити, негерметичная камера с обдувом образца инертным газом, блок управления и регистрации сигнала. В описанном устройстве вертикально расположенный образец подвешен на графитовых нитях, служащих для передачи колебаний. Нити крепятся к торцам образца и соответственно к источнику колебаний и приемнику колебаний. Герметизация печи не предусмотрена. Обдув нитей и образца производится инертным газом, подаваемым в печь через смотровое отверстие.
GOlLl/04
Недостатки известного устройства:
близко расположенные источник колебаний и приемник колебаний оказывают взаимное электрическое воздействие, которое ухудшает качество определения резонансных частот, и приводит к возникновению паразитных резонансов; расположение источника колебаний и приемника колебаний во внутренней полости установки оказывает воздействие на них возбуждающих колебаний и механических вибраций установки, которые ухудшают качество определения резонансных частот, и приводит к возникновению паразитных резонансов; звукопроводы, которыми являются графитовые нити, создают технологические сложности при закреплении их к торцам образца и соответственно к источнику колебаний и приемнику колебаний и не позволяют проводить измерения облученных образцов в условиях заш,итной камеры;
конструкция крепления звукопроводов к образцу не позволяет обеспечить минимальную силу прижима и, одновременно, неподвижность образца под действием возбуждающих колебаний, что приводит в процессе измерений к перемещениям образца при воздействии возбуждающих колебаний и механических вибраций установки, тем самым вносит погрешности в измеряемый параметр;
Негерметичная камера с обдувом образца инертным газом не обеспечивает равномерное распределение температуры в образце, а также не обеспечивает защиту образца от влияния на него неизбежных примесей, содержащихся в инертном газе, то есть не позволяет проводить точные измерения как при высоких температурах так и в вакууме.
ад/сз
Указанные недостатки обусловлены конструкцией камеры, не жестким закреплением образца, позволяющим ему перемещаться под действием возбуждающих колебаний и механических вибраций установки, а также невозможностью обеспечить минимальную силу прижима звукопроводов к образцу.
Наиболее близким аналогом, совпадающим с заявляемой полезной моделью по наибольшему количеству существенных признаков, является устройство для измерения модуля упругости, описанное в статье Г.Г.Зайцев, В.Н.Барабанов, А.Ф.Кутейников «Определение констант упругости углеграфитовых материалов динамическими методами в диапазоне температур 20 3000°С //Заводская лаборатория, №1, 1980, С81-86, включающее в себя: нагреватель с негерметичной внутренней полостью, состоящий из двух продольных секций, имеющих автономное электропитание; узел закрепления образца, фиксация которого осуществляется прижимным винтом, расположенный в центральной части электронагревателя; источник колебаний, расположенный во внутренней полости торцевой водоохлаждаемой части устройства; приемник колебаний, расположенный во внутренней полости торцевой водоохлаждаемой части устройства; звукопроводы, которыми являются отрезки вольфрамовой проволоки; узлы обеспечения контакта звукопроводов с образцом; герметичная камера; датчики измерения параметров процесса; блок управления и регистрации сигнала.
Устройство позволяет проводить измерения модуля упругости углеграфитовых материалов при температуре от 20 до 3000°С в вакууме или инертной среде.
специальной вставки с винтом. Тенлоизоляцией служит система цилиндрических торцовых экранов, а также водоохлаждаемый корпус герметичной камеры. Узел закрепления образца, нагревательный элемент и теплозащитные экраны изготовлены из различных марок графита. Высокотемпературная печь выполнена разъемной с раздельным электропитанием каждой секции. На торцах установки предусмотрены водоохлаждаемые полости, куда устанавливаются источник колебаний и приемник колебаний. Касание торцов образца обеспечивается отрезками вольфрамовой проволоки, соединенными соответственно с источником и приемником колебаний, с помощью микрометрических винтов и системы пружин.
Недостатками прототипа являются:
-крепление образца прижимным винтом в узле закрепления образца, расположенного в центральной части нагревателя не обеспечивает фиксацию образца от перемещений при нагреве изза разных коэффициентов термического расширения и релаксации напряжений в резьбе, что приводит в процессе измерений к перемещениям образца при воздействии возбуждающих колебаний и механических вибраций установки, тем самым вносит погрешности в измеряемый параметр;
-близко расположенные источник колебаний и приемник колебаний оказывают взаимное электрическое воздействие, которое ухудшает качество определения резонансных частот, и приводит к возникновению паразитных резонансов;
-расположение источника колебаний и приемника колебаний во внутренней полости установки оказывает воздействие на них возбуждающих колебаний и механических вибраций установки,
которые ухудшают качество определения резонансных частот, и приводит к возникновению паразитных резонансов; - большие габариты герметичной камеры, обусловленные продольным разъемом электронагревателя, температурных экранов, водоохлаждаемого корпуса, требующего массивного фланца с уплотнителем, обеспечивающим герметичность внутренней полости камеры, не позволяют проводить измерения облученных образцов в условиях защитной камеры. Указанные недостатки обусловлены:
-нарушением жесткости крепления образца в процессе нагрева образца и узла закрепления образца;
-расположением датчиков колебаний на одном корпусе с другими электрическими и электромагнитными устройствами;
-конструкцией герметичной камеры, внутри которой расположены нагреватель, экраны и токоподводы.
Заявляемая полезная модель позволяет расширить область использования при измерениях модуля упругости материалов, в том числе облученных материалов, в зависимости от температуры и повысить их точность, обеспечивая при этом надежное закрепление образца и минимальное влияние конструкционных элементов устройства на измерения.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения модуля упругости, включающем нагреватель, источник колебаний, приемник колебаний, звукопроводы, узлы обеспечения контакта звукопроводов с образцом, датчики измерения параметров процесса, блок управления и регистрации сигнала, узел закрепления образца содержит цанговую обойму, внутри которой в центральной части выполнен кольцевой буртик для обжатия образца. А также прижимной стержень, один край которого упирается в цанговую
обойму, а другой поджимается упругим элементом, причем прижимной стержень подвижно закреплен в корпусе нагревателя, внутренняя полость которого выполнена герметичной, а упругий элемент расположен в зоне, удаленной от высокотемпературной области. Кроме того, ввод звукопроводов в герметичную внутреннюю полость нагревателя выполнен через многослойные уплотнения с максимально различающимися удельными акустическими сопротивлениями, а источник колебаний и приемник колебаний, расположены вне зоны воздействия возбуждающих колебаний и механических вибраций устройства. А упругий элемент может быть снабжен электромагнитом, якорь которого соединен с прижимным стержнем.
Наличие цанговой обоймы, внутри которой в центральной части выполнен кольцевой буртик для обжатия образца, с прижимным стержнем, подвижно закрепленным в корпусе нагревателя, один край которого упирается в цанговую обойму, а другой поджимается упругим элементом, обеспечивает жесткое закрепление и неподвижность при воздействии на него возбуждающих колебаний и механических вибраций установки, а также при температурных деформациях материалов с различными коэффициентами линейного расширения образца и узла закрепления образца.
Наличие многослойных уплотнений с максимально различающимися удельными акустическими сопротивлениями, через которые обеспечивается ввод звукопроводов в герметичную внутреннюю полость нагревателя позволяет расположить источник колебаний и приемник колебаний вне зоны воздействия возбуждающих колебаний и механических вибраций устройства и обеспечивает предотвращение возникновения нежелательных
резонансов и акустического короткого замыкания между звукопроводами через конструкционные элементы установки.
Наличие электромагнита, якорь которого соединен с прижимным стержнем, обеспечивает вывод прижимного стержня из внутренней полости нагревателя при установке в нагреватель цанговой обоймы с образцом.
Новыми существенными признаками являются форма исполнения узлов и деталей устройства и их взаимное расположение:
-цанговая обойма, внутри которой в центральной части выполнен кольцевой буртик для обжатия образца, с прижимным стержнем, подвижно закрепленным в корпусе нагревателя с герметичной внутренней полостью, один край которого упирается в цанговую обойму, а другой поджимается упругим элементом;
-многослойные уплотнения с максимально различающимися удельными акустическими сопротивлениями, через которые обеспечивается ввод звукопроводов в герметичную внутреннюю полость нагревателя позволяет расположить источник колебаний и приемник колебаний вне зоны воздействия возбуждающих колебаний и механических вибраций устройства;
-электромагнит, якорь которого соединен с прижимным стержнем. Это позволяет сделать вывод, что заявляемое решение обладает
новизной.
Новые существенные признаки заявляемого решения в научной и технической литературе не обнаружены, предложенное решение не следует явным образом из уровня техники, совокупность признаков обеспечивает новые свойства, что позволяет сделать вывод, что заявляемое решение соответствует критерию изобретательский уровень.
Перечень фигур графического изображения:
на чертеже рис. 1 изображена схема устройства для измерения модуля упругости.
Устройство для измерения модуля упругости содержит нагреватель (1), узел закрепления образца (2), источник колебаний (3), приемник колебаний (4), звукопроводы (5), узлы обеспечения контакта звукопроводов с образцом (6), датчики измерения параметров процесса (7) блок управления и регистрации сигнала (8). Причем ввод звукопроводов в герметичную внутреннюю полость нагревателя (1) выполнен через многослойные уплотнения с максимально различающимися удельными акустическими сопротивлениями, а источник колебаний (3) и приемник колебаний (4), расположены вне зоны воздействия возбуждающих колебаний и механических вибраций устройства. Узел закрепления образца (2) содержит цанговую обойму (9), внутри которой в центральной части выполнен кольцевой буртик для обжатия образца (10), а также прижимной стержень (11), один край которого упирается в цанговую обойму (9), а другой поджимается упругим элементом (12). Прижимной стержень (11) подвижно закреплен в корпусе нагревателя, внутренняя полость которого выполнена герметичной, а упругий элемент (12) расположен в зоне, удаленной от высокотемпературной области. Кроме этого, упругий элемент (12) снабжен электромагнитом (13), якорь которого соединен с прижимным стержнем (11).
Устройство для измерения модуля упругости работает следующим образом. Образец (10) располагают в узле закрепления образца (2). Для этого цанговая обойма (9), с образцом (10) устанавливается во внутреннюю герметичную полость нагревателя (1) и фиксируется прижимным стержнем (11), один край которого
упирается в цанговую обойму (9), а другой поджимается упругим элементом (12). Электромагнит (13) позволяет выводить прижимной стержень (11) из внутренней полости нагревателя (1) при установке в нагреватель (1) цанговой обоймы (9), с образцом (10). К торцам образца (10) в упор подводятся звукопроводы (5). Внутренняя полость нагревателя (1) герметизируется, производится вакуумирование и нагрев образца (10) до заданной температуры. Контроль температуры образца (10) производится с помощью датчика (7). Устанавливается минимальное усилие прижима звукопроводов (5) к торцам образца (10) с помощью узлов обеспечения контакта звукопроводов с образцом (6). Возбуждение в образце (10) продольных колебаний производится от источника колебаний (3) через звукопровод (5). Регистрация резонансной частоты производится приемником колебаний (4) через звукопровод (5). Блок управления и регистрации сигнала (8) обеспечивает в процессе измерений определение собственных резонансных частот образца (10), соответствующих его модулю упругости, а также, регистрацию измеряемых параметров процесса. Устройство для измерения модуля упругости позволяет производить измерения в условиях защитных камер модуля упругости материалов, в том числе облученных материалов, в зависимости от температуры, а также позволяет создавать вакуум или конкретную газовую среду, контактирующую с образцом, и, обеспечивает при этом надежное закрепление образца и минимальное влияние конструкционных элементов устройства на измерения, а также обеспечивает минимальную силу прижима звукопроводов к образцу. То есть образец жестко закреплен и неподвижен при воздействии на него возбуждающих колебаний и механических вибраций устройства, а также при температурных
деформациях материалов с различными коэффициентами линейного расширения образца и узла закрепления образца. Кроме этого ввод звукопроводов в герметичную внутреннюю полость нагревателя выполнен через многослойные уплотнения с максимально различающимися удельными акустическими сопротивлениями, которые демпфируют звукопроводы, предотвращая возникновение нежелательных резонансов, и одновременно являются акустическими изоляторами, так как устраняют акустическое короткое замыкание между звукопроводами через конструкционные элементы устройства, а источник колебаний и приемник колебаний, расположены вне зоны воздействия возбуждающих колебаний и механических вибраций устройства. То есть, позволяет повысить точность измерений и расширить область использования.
Заместитель дир|
по научн
В.А.Куприенко