УСТАНОВКА ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОЩАДИ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ НЕТОКОПРОВОДЯЩЕГО НИТЕВИДНОГО ОБРАЗЦА

Полезная модель относится к средствам обучения, в частности к устройствам для механических испытаний микропластиков (нитей, жгутов волокон) и может быть использовано в учебном процессе для технической диагностики объекта подвергающегося нагружению при испытаниях на растяжение, а также для измерения и контроля площади поперечного сечения нетокопроводящего нитевидного образца микропластика.
Известен емкостной способ бесконтактного измерения площади поперечного сечения проволок, заключающийся в том, что контролируемую проволоку размещают внутри емкостного датчика, включают его в цепь индикатора сигналов и по показаниям этого индикатора судят о результатах измерения (SU №345351, МПК G0B 7/32, опубл. 14.07.1972).
Недостатком является ограниченное использование данного способа, т.к. возможно измерение площади поперечного сечения только токопроводящих проволок. Кроме того, происходит загрязнение датчика в процессе работы, что приводит к необходимости его регулярной чистки.
Также известен способ контроля микропроволоки, заключающийся в том, что микропроволоку помещают внутрь кольцевого электрода, создают между микропроволокой и электродом напряжение достаточной величины и по силе тока коронного разряда судят о диаметре (SU №364885, МПК G01N 27/00, опубл. 28.12.1972).
Недостатком данного способа являются: зависимость тока коронного разряда от давления, влажности воздуха и наличия в нем пыли, что приводит к высокой погрешности в процессе измерения, а также ограниченное использование данного способа, т.к. возможно измерение площади поперечного сечения только токопроводящих проволок.
Наиболее близким по технической сущности решением является установка, реализующая способ бесконтактного измерения площади поперечного сечения микропроволоки, состоящая из массивного литого основания микроскопа, на котором жестко прикреплена скоба из листового дюралюминия, несущая на себе пластины из текстолита с просверленными отверстиями, в которых фиксируется составная латунная шпилька, другая составная латунная шпилька зафиксирована посредством хомута из винилпласта на предметном столике микроскопа, испытуемого проволочного образца (струны) жестко закрепленного винтом в шпильке, другой конец струны перекинут через микроблок в торце шпильке и соединяется винтом с грузом, создающим необходимое натяжение проволоки, из звукового генератора через реостат и латунные шпильки подающего напряжение к струне, постоянного магнита, расположенного на специальной платформе, покоящейся на кромках пластин и фиксирующейся винтом в нужном положении, частотомера. (RU №2293947, МПК G01B 7/32, опубл. 20.02.2007).
Недостатками является ограниченное использование данного способа, т.к. возможно измерение площади поперечного сечения только токопроводящих проволок и недостаточная точность измерения, т.к. наступление резонанса фиксируется визуально по максимуму амплитуды колебаний.
Цель полезной модели - расширение демонстрационных возможностей за счет повышение точности измерения и расширения возможности увеличения диапазона контролируемых площадей поперечного сечения нетокопроводящих нитевидных образцов.
Указанная цель достигается тем, что в установке для демонстрации бесконтактного измерения площади поперечного сечения нетокопроводящего нитевидного образца, содержащей испытуемый образец, который жестко прикреплен с одной стороны к металлической опоре, другой конец перекинут через блок и соединен с грузом, частотомер, металлическая опора установлена на столе вибратора вибростенда, на общем основании, на котором перпендикулярно испытуемому образцу установлен стробоскоп, а стойка управления вибростенда соединена со входом частотомера.
Существенные отличия и новизна заключаются в том, что металлическая опора установлена на столе вибратора вибростенда, на общем основании, на котором перпендикулярно испытуемому образцу установлен стробоскоп, а стойка управления вибростенда соединена со входом частотомера.
Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области и смежных областях позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявленном устройстве.
На чертеже фиг. 1 изображена установка (общий вид).
Испытуемый образец 1 прикреплен с одной стороны к металлической опоре 2, которая закреплена на основании 3, а другой конец перекинут через блок 4 и соединен с грузом 5. Металлическая опора 2 установлена на столе вибратора 6 вибростенда, на общем основании 3, на котором перпендикулярно испытуемому образцу 1 установлен стробоскоп 7, а стойка управления 8 вибростенда соединена со входом частотомера 9.
Устройство работает следующим образом. Испытуемый образец 1 зажимают в металлической опоре 2, другой конец перекидывают через блок 4 и соединяют с грузом 5, масса которого может меняться. Металлическую опору 2 устанавливают на столе вибратора 6 вибростенда, на общем основании 3, на котором перпендикулярно испытуемому образцу 1 устанавливают стробоскоп 7. Стойка управления 8 вибростенда соединяют со входом частотомера 9.
Включают вибростенд. Колебаний испытуемого образца 1 на столе вибратора 6 вибростенда можно добиться путем плавного изменения частот на стойке управления 8 вибростенда. При приближении частоты вынуждающей силы к частоте собственных колебаний возрастает амплитуда колебаний нитевидного образца 1, наступление резонанса определяется стробоскопом 7.
Величина частоты определяется по частотомеру 9. Установив частоту резонансных колебаний нитевидного образца, определяют соответствующую этому режиму форму колебаний.
Амплитуда колебаний нитевидного образца на узловых линиях равна нулю, а точки поверхности нитевидного образца, равноудаленные от узловой линии, совершают колебания в противофазе, подсчитывают количество и расположение узловых линий в продольном направлении, т.е. определяют форму колебаний нитевидного образца.
Площадь поперечного сечения нитевидного образца можно определить из выражения для частоты его собственных поперечных колебаний. Как известно (Физический энциклопедический словарь. Т.5 Изд-во «Советская энциклопедия», с. 98), гибкая натянутая между опорами нить при ее возбуждении совершает поперечные колебания с собственной частотой
где n - номер гармоники, L - длина нити, T - сила ее натяжения,  ρ - плотность материала нити, S - площадь ее сечения.
Измерив длину нити, силу ее натяжения, определив частоту собственных колебаний, зная плотность материала нити, из формулы (1) определяют площадь поперечного сечения нитевидного образца.
Меняя длину нити, силу ее натяжения за определенный интервал времени можем наблюдать явление ползучести материала образца и при этом изменение его площади поперечного сечения.
Таким образом, применение предлагаемой установки позволяет расширить демонстрационные возможности и расширить их возможности за счет увеличения диапазона контролируемых площадей поперечного сечения не-токопроводящих нитевидных образцов. За счет того, что определяется уточненная площадь поперечного сечения образца и осуществляется непрерывный одновременный контроль в процессе растяжения до разрушения образца механических параметров (усилие и удлинение), можно повысить достоверность определения физико-механических характеристик однонаправленных пластиков, например, предела прочности.