устройство для измерения поперечной деформации легкодеформируемых материалов

Формула изобретения

Устройство для измерения поперечной деформации легкодеформируемых материалов, содержащее средства фиксации и средства нагружения образца, средства считывания и средства регистрации величины деформации, отличающееся тем, что средства считывания величины деформации выполнены в виде оптико-механической системы, включающей контрольную стрелку с закрепленным на ней ИК-диодом контроля границы ширины деформируемого образца, выполненную с возможностью регулировки ее положения относительно линии нулевого отсчета и постоянного контактного динамического взаимодействия с поверхностью образца, оптоэлектронный преобразователь линейных перемещений контрольной стрелки и винтовую механическую передачу, обеспечивающую перемещение упомянутой стрелки, а средства регистрации величины поперечной деформации включают микропроцессор, связанный с оптико-механической системой измерения посредством блока сопряжения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к приборостроению для легкой и текстильной промышленности и может быть использовано для исследования деформационных характеристик легкодеформируемых материалов.

Известен прибор для измерения продольной и поперечной деформации текстильных материалов (Бузов Б.А. Практикум по материаловедению швейного производства. М.: Издательский центр «Академия», 2003, с.103-104), который содержит средства для закрепления образцов, а также систему измерения и считывания продольной и поперечной деформации материала при его одноосном нагружении, выполненную с возможностью перемещения измерительных и считывающих элементов по двум взаимно перпендикулярным осям координат.

Недостатки известного прибора определяются возникновением при одноосном нагружении краевого эффекта, представляющего собой появление по длине образца спиралевидной кромки, характерной для легкодеформируемых, например трикотажных материалов, что обусловливает технологические сложности и технические ограничения, связанные с необходимостью расправления спиралевидной кромки при определении величины поперечной деформации (сужения) посредством ручных приемов и ее удержание в расправленном состоянии, что, в свою очередь, создает дополнительные труднопрогнозируемые погрешности измерения.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для измерения поперечной деформации высокоэластичных (легкодеформируемых) материалов (патент России №2002243, опубл. 30.10.93), которое содержит средства нагружения образца в виде разрывной машины, средства считывания величины деформации в виде фотодатчика, оптическую систему и предметную рамку, выполненную из двух частей, одна из которых неподвижно связана с оптической системой, а другая, с закрепленным на ней фотодатчиком, установлена с возможностью поворота относительно первой, при этом в ней выполнены прорези для прохождения излучения, а в центральной части расположена игла, предназначенная для фиксации материала, а также регистрирующий блок.

К недостаткам известного устройства следует отнести необходимость его закрепления при измерении непосредственно на образце, что допустимо только для ограниченного ряда материалов с определенной структурой, возникновение краевого эффекта в виде спиралевидной кромки, которую необходимо учитывать при проведении измерений, что налагает определенные технологические ограничения на его использование. Кроме того, недостатком этого устройства является наличие неучтенных погрешностей, обусловленных воздействием на результат измерения веса самого устройства, а также сил трения, возникающих между двумя ограничивающими плоскостями и материалом при его растяжении.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей исследований деформационных характеристик легкодеформируемых материалов и повышение точности измерения поперечной деформации.

Поставленная задача решается устройством для измерения поперечной деформации легкодеформируемых материалов, содержащим средства фиксации и средства нагружения образца, средства считывания и средства регистрации величины деформации, в котором, в отличие от известного, средства считывания величины деформации выполнены в виде оптико-механической системы, включающей контрольную стрелку с закрепленным на ней ИК-диодом контроля границы ширины деформируемого образца, выполненную с возможностью регулировки ее положения относительно линии нулевого отсчета и постоянного контактного динамического взаимодействия с поверхностью образца, оптоэлектронный преобразователь линейных перемещений контрольной стрелки и винтовую механическую передачу, обеспечивающую перемещение упомянутой стрелки, при этом средства регистрации величины деформации включают микропроцессор, связанный с оптико-механической системой измерения посредством блока сопряжения.

На чертеже представлена структурно-кинематическая схема прибора.

Функциональная часть прибора содержит зажимы 1 и 2 с реперными метками 3, между которыми на опорной плоскости 4 размещают исследуемый образец, и винтовые передачи 5, 6 и 7. Винтовая передача 5 и опорная плоскость 4 позволяют обеспечить условия непровисания образца и исключить складкообразование посредством незначительного начального нагружения.

С помощью винтовой передачи 6 обеспечивается нагружение и требуемая продольная деформация образца, которые измеряются посредством динамометрической системы, включающей динамометр 8, оцифрованную шкалу 9, перемещающийся с зажимом 1 ИК-диод 10 и неподвижную оптическую линейку 11. Для передачи и записи информации с оптической линейки 11 служат блок сопряжения 12 и микропроцессор 13.

Винтовая передача 7 обеспечивает перемещение контрольной стрелки 14 относительно положения базовой (нулевой) линии отсчета поперечной деформации, при этом упомянутая стрелка 14 одновременно выполняет функции расправителя образующейся спиралевидной кромки образца. Для обеспечения функции расправления образующей спиралевидной кромки контрольная стрелка 14 выполнена с возможностью регулируемого подъема и опускания относительно опорной пластины 4 с фиксацией под действием упругого элемента 15 в зоне, определяемой областью базовой линии отсчета.

За базовую линию отсчета принимают положение продольной оси симметрии образца или другой линии, смещенной параллельно ей (например, при исследовании образца в натуральную ширину), отмеченное реперными метками 3 на зажимах 1 и 2.

На вращающемся звене винтовой передачи 7 установлен оптронный диск 16, угол поворота которого, соответствующий определенному линейному перемещению контрольной стрелки 14, считывается оптоэлектронной парой 17, сигналы которой передаются через блок сопряжения 12 в микропроцессор 13.

На несущем элементе контрольной стрелки 14 установлен ИК-диод 18, а в пазу опорной пластины 4 смонтирована неподвижная оптическая линейка 19, взаимодействие которых обеспечивает блокирование поступления информации с преобразователя линейных перемещений, включающего оптронный диск 16 и оптоэлектронную пару 17, в микропроцессор 13 при завершении процесса разворота спиралевидной кромки.

Устройство работает следующим образом.

Внесение в процессор 13 исходных данных, закрепление образца 20 по условию совпадения нанесенной на нем информационной линии с реперными метками 3 зажимов 1, 2 и установка нулевого значения поперечной деформации обеспечивают последующее перемещение контрольной стрелки 14 от базового (нулевого) положения. Таким образом, каждый раз, устанавливая эту стрелку на базовую линию, мы выводим измерительную схему на нулевые показания.

Далее выполняется процедура подготовки образца к измерению поперечной деформации при одноосном нагружении, заключающаяся в устранении возможного провисания и складкообразования без основного динамометрического нагружения. Для этого посредством винтовой передачи 5 перемещают условно неподвижный зажим 2 на величину, обеспечивающую натяжение, близкое к нулевому значению.

Затем посредством винтовой передачи 6 и динамометрической системы осуществляют нагружение образца путем перемещения зажима 1 на заданную величину. При этом на шкале 9 динамометрической системы измерения фиксируется приложенное усилие, а импульсы сигналов, определяющие величину продольной деформации и считанные оптическими элементами: ИК-диодом 10 и неподвижной оптической линейкой 11, передаются через блок сопряжения 12 в микропроцессор 13.

Далее контрольная стрелка 14 фиксируется на базовой линии отсчета и, после обнуления в процессоре 13 информации о поперечной деформации образца, посредством винтовой передачи 7 перемещается по направлению к кромке материала, расправляя спиралевидную часть образца на опорной плоскости 4. При этом информация о поперечном перемещении контрольной стрелки 14 и соответствующем ему повороте оптронного диска 16 считывается оптоэлектронной парой 17, и каждый считанный импульс передается через блок сопряжения 12 в микропроцессор 13, где с учетом коэффициента передачи, информация преобразуется в значение поперечной деформации (сужения) образца с учетом линейного размера его расправляемой спиралевидной части.

При достижении полного разворота спиралевидной кромки срабатывает один из элементов оптоэлектронной линейки 19, который формирует сигнал блокирования импульсов считывания с оптронного диска 16 при дальнейшем перемещении стрелки от положения базовой линии. Микропроцессор 13 обрабатывает поступившую информацию, определяет с учетом коэффициента передачи величину поперечной деформации (сужение) образца и рассчитывает условный коэффициент Пуассона для различных параметров напряженно-деформированного состояния исследуемых материалов.

Таким образом, технический результат изобретения заключается в расширении технологических возможностей исследований деформационных характеристик легкодеформируемых материалов, при этом исключается влияние веса самого измеряющего устройства на результаты измерения, практически устраняется действие сил трения между материалом и элементами его крепления, что приводит к повышению точности измерения поперечной деформации.