ПЕНЕТРОМЕТР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНСИСТЕНТНЫХ СВОЙСТВ БИТУМОВ

Полезная модель относится к испытательной технике, а точнее к приборам для определения прочностных свойств материалов, в частности нефтебитумов, и может быть использована при определении консистентных свойств материала для измерения пенетрации.
Известен пенетрометр для определения консистентных свойств битумов, включающий корпус, на котором смонтированы рабочее и измерительное устройства. Рабочее устройство содержит пенетрационную иглу с грузиками, кинематически связанную с пусковым механизмом, а измерительное - измерительную метрологическую шкалу с делениями. На пенетрационной игле установлена оптопара, образованная оппозитно размещенными источником света и приемником, электрически замкнутыми на блок управления, между которыми на просвет помещена измерительная шкала из светопроницаемого материала. Пусковой механизм также электрически связан с блоком управления (Патент RU 25796, МПК G01N 3/42, опубл. 2002.10.20).
Недостаток известного устройства: подвод иглы к поверхности испытуемого образца осуществляется вручную, и момент касания иглой пробы фиксируется визуально. Для более точной установки конца иглы на поверхности материала используется дополнительный источник света. Соответственно, точность измерений данным устройством невысокая.
Известен также пенетрометр (принят за прототип), содержащий корпус, в нижней части которого размещен предметный стол с механизмом его перемещения, шток с грузом и иглой, электротормоз, датчик перемещения штока с иглой, блок измерения, блок управления, блок определения момента касания иглы поверхности испытуемого материала (Авт.свид. №1716382, МПК G01N 3/48, опубл.29.02.92). Блок определения момента касания иглы поверхности испытуемого материала включает кронштейн, установленный в корпусе, механизм перемещения кронштейна относительно иглы и закрепленные на кронштейне акустический преобразователь и пьезодатчик, подключенные к блоку управления и предназначенные для возбуждения и регистрации колебаний иглы.
Недостаток известного устройства - непосредственный контакт пьезодатчика с иглой в момент определения резонанса, что ухудшает резонансные свойства иглы и ведет к низкой точности определения момента касания иглой поверхности испытуемого продукта. Кроме того, контакт пьезодатчика с иглой увеличивает вероятность его повреждения в процессе работы, что снижает надежность устройства.
Задачей полезной модели является повышение точности измерения пенетрации, а также повышение надежности устройства за счет устранения непосредственного контакта датчика с иглой в момент определения резонансной частоты иглы.
Технический результат достигается пенетрометром для определения консистентных свойств битумов, содержащим корпус, размещенный в нижней части корпуса предметный стол с механизмом его перемещения, шток с грузом и иглой, электротормоз, датчик перемещения штока с иглой, блок определения момента касания иглы испытуемой поверхности, включающий кронштейн, установленный в корпусе, механизм перемещения кронштейна относительно иглы и закрепленные на кронштейне средства для возбуждения и регистрации колебаний иглы, а также блок управления, к которому подключены механизмы перемещения предметного стола и кронштейна, электротормоз, датчик перемещения штока с иглой, средства для возбуждения и регистрации колебаний иглы, в котором, в отличие от прототипа, в качестве средства для регистрации колебаний иглы использован датчик Холла.
В предлагаемом устройстве для регистрации колебаний иглы вместо пьезодатчика используется датчик Холла, который позволяет определять резонансную частоту иглы без непосредственного контакта иглы с датчиком. Это повышает надежность устройства и точность определения пенетрации.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 показана схема пенетрометра, вид сбоку; на фиг.2 - вид спереди.
Пенетрометр содержит корпус 1, предметный стол 2, размещенный в нижней части корпуса, шток 3 с грузом 4 и иглой 5, электротормоз 6, датчик перемещения штока с иглой 7, кронштейн 8, закрепленные на кронштейне электромагнит 9 и датчик Холла 10, блок управления 11 на микропроцессоре (не показан).
Для перемещения кронштейна с закрепленным на нем датчиком Холла устройство содержит двигатель 12, перемещение стола 2 осуществляется двигателем 13. Датчик перемещения штока с иглой включает излучатель 14 и фотоприемник 15.
Устройство работает следующим образом.
В исходном положении шток 3 поднят, стол 2 опущен, а датчик Холла 10 отведен. На стол 2 устанавливается чашка с испытуемым продуктом, залитым водой (не показана).
После нажатия клавиши «ПУСК» (не показ.) включается двигатель 12, который начинает подводить датчик Холла 10 к игле 5. После подвода датчика Холла 10 к игле 5 двигатель 12 останавливается.
Первоначально микропроцессор 11 должен определить момент касания иглой 5 поверхности исследуемого материала. Для этого необходимо определить резонансную частоту иглы. В предлагаемом устройстве применен микропроцессор, обрабатывающий сигнал с датчика Холла с дискретностью 166.6 кГц. Данная частота обработки сигнала позволяет более точно вычислить весовое значение амплитуды сигнала и, следовательно, точнее определить резонансную частоту иглы, что значительно повышает точность определения момента касания.
Для определения резонансной частоты иглы 5 на катушку электромагнита 9 подаются электрические импульсы. Магнитное поле, создаваемое катушкой электромагнита 9, заставляет колебаться иглу 5 на резонансной частоте. Частота импульсов постепенно изменяется в диапазоне от 100 до 500 Гц с шагом 1 Гц. Колебания иглы воспринимаются датчиком Холла 10, с выхода которого синусоидальный сигнал подается на микропроцессорное устройство 11, которое определяет резонансную частоту иглы 5.
Далее происходит подача на катушку электромагнита 9 электрических импульсов с частотой, соответствующей резонансной частоте иглы 5, и уменьшение длительности возбуждающего импульса, чем обеспечивается максимальная чувствительность иглы 5 при касании поверхности испытуемого продукта.
Затем микропроцессорное устройство подает сигнал на включение двигателя 13, который начинает подъем стола 2 с повышенной скоростью.
При погружении иглы в воду происходит срыв автоколебаний иглы, т.е. амплитуда сигнала с датчика Холла 10 резко уменьшается. При этом микропроцессорное устройство снижает скорость подъема стола 2 и начинает выполнять подстройку длительности возбуждающего импульса по максимальной амплитуде сигнала, поступающего с датчика Холла 10, обеспечивая этим максимальную чувствительность иглы 5.
При касании иглой 5 поверхности испытуемого продукта происходит повторный срыв автоколебаний иглы, что фиксируется микропроцессором как момент касания поверхности испытуемого материала. Далее микропроцессорное устройство останавливает двигатель 13 подъема стола 2 и включается двигатель 12, который начинает отводить датчик Холла 10 от иглы 5.
После отвода датчика Холла 10 с микропроцессора 11 подается сигнал на электротормоз 6, который освобождает шток 3. Происходит погружение иглы 5 в испытуемый продукт в течение заданного времени. Перемещение штока фиксируется датчиком 7, который имеет основную и дополнительную шкалу (не показано), излучатель 14 и фотоприемник 15. При проникании под действием груза 4 вместе со штоком 3 иглы 5 в испытуемый продукт основная шкала, передвигаясь на каждые 0,1 мм, периодически перекрывает световой поток, создаваемый излучателем 14, что фиксирует фотоприемник 15. Формируется квадратурный сигнал, обрабатываемый микропроцессорным устройством и преобразуемый в единицы пенетрации (0,1 мм).
По истечении времени испытания снимается сигнал с электромагнита тормоза 6, шток 3 фиксируется, количество импульсов с фотоприемника запоминается в памяти пенетрометра и выводится на жидкокристаллический дисплей. Испытание считается завершенным.
Таким образом, предложенная конструкция пенетрометра повышает надежность устройства и точность определения пенетрации.