DE2348000C3

DE2348000C3 - Process and device for measuring the dynamic characteristics of materials

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Publication number: DE2348000C3
Application number: DE19732348000
Authority: DE
Inventors: Lew Petra witsch; Borisenkow Oleg Nikolaewitsch; Kastorskaya Natalya Nikolaewna; Winogradow Georgy Wladimiro1 witsch; Yanowsky Jury Grigoriewitsch; Sergeenkow Sergei Iwanowitsch; Moskau Ulyanow
Original assignee: Zentralnoje Konstruktorskoje Bjuro Unikalnowo Priborostrojenija Akademii Nauk, Moskau
Priority date: 1972-12-12
Filing date: 1973-09-24
Publication date: 1977-03-03

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der dynamischen Untersuchungen von Werkstoffen in dem Bereich der infraniedrigen Frequenzen, und zwar auf ein Verfahren zur Messung von dynamischen Kenndaten der Werkstoffe sowie auf eine Einrichtung zu seiner Durchführung. Dabei werden folgende dynamische Kenndaten der Werkstoffe gemessen: Elastizitätsmodul und Verlustfaktor bei einer harmonischen Verformung des Werkstoffs, dynamische Viskosität des Werkstoffs und dynamischer Verlustwinkel des Werkstoffs mit Hilfe erzwungener Schwingungen der Werkstoffprobe.The invention relates to the field of dynamic studies of materials in the Range of infra-low frequencies, specifically on a method for measuring dynamic characteristics the materials as well as a facility for its implementation. The following dynamic Characteristic data of the materials measured: modulus of elasticity and loss factor for a harmonic deformation of the material, dynamic viscosity of the material and dynamic loss angle of the material The help of forced vibrations of the material sample.

Bekannt ist ein Verfahren zur Messung von dynamischen Kenndaten der Werkstoffe, beispielsweise mit Hilfe erzwungener Torsionsschwingungen.A method for measuring dynamic characteristics of the materials is known, for example with the help of forced torsional vibrations.

Das bekannte Verfahren besteht darin, daß man einen Erregerstrom erhält, der in ein Drehmoment umgewandelt wird, welches an dem zu untersuchenden Probestück angelegt wird, und daß man den Verdrehwinkel des Probestücks mißt und nach Amplituden des Erregerstroms und Schwingungen des Probestücks und aus ihren Phasendifferenzen die dynamischen Kenndaten des Werkstoffs berechnet.The known method consists in obtaining an excitation current which is converted into torque which is applied to the specimen to be examined, and that the angle of rotation of the sample and measures for amplitudes of the excitation current and vibrations of the sample and the dynamic characteristics of the material are calculated from their phase differences.

Der Nachteil des bekannten Verfahrens besteht darin, daß dieses Verfahren viel Zeit für das Messen in Anspruch nimmt, Einschränkungen auf den Frequenzbereich an der Seite der niederen Frequenzen (nicht unter 10 ³Hz) auferlegt und die erforderliche Meßgenauigkeit nicht sichert.The disadvantage of the known method is that this method takes a long time for the measurement, imposes restrictions on the frequency range on the side of the low frequencies (not below 10 ³ Hz) and does not ensure the required measurement accuracy.

Bekannt ist eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Messen der dynamischen Kenndaten von Werkstoffen.A device for carrying out the method for measuring the dynamic characteristic data is known of materials.

Die bekannte Einrichtung enthält eine Treibspule, einen Generator infraniedriger Frequenzen, an dessen Ausgang die Spannung dem Strom proportional ist, mit welchem die Treibspule, die sich im homogenen FeldThe known device contains a drive coil, a generator in low frequencies, at its Output the voltage is proportional to the current with which the driving coil, which is in the homogeneous field

2ines Dauermagneten befindet und mit dem in einer Thermokammer mit Temperaturregler untergebrachten Probestück starr verbunden ist, gespeist wird, sowie einen Winkelgeber mit einem Wechselspannungsverstärker, einem Demodulator und einer Analysiereinrichtung. 2ine permanent magnet is located and with the one housed in a thermal chamber with temperature controller Sample is rigidly connected, is fed, as well an angle encoder with an AC voltage amplifier, a demodulator and an analyzer.

Unter Einwirkung der vom Ausgang des Generators der infraniedrigen Frequenzen ankommenden Spannung fließt durch die Treibspule ein Strom, der, indem ei mit den* homogenen Feld des Dauermagneten zusammenwirkt, ein Drehmoment schafft, das an dem Probestück angelegt wird. Die Treibspule vollführt unter Einwirkung des Drehmomentes zusammen mit dem Probestück Schwingungen, die nach Beendigung des Übergangsprozesses Sinusform annehmen. Mit Hilfe eines Winkelgebers, eines Wechselspannungsverstärkers und eines Demodulators werden diese Schwingungen von einer Analysiereinrichtung registriertUnder the action of the voltage coming from the output of the generator of infra-low frequencies A current flows through the driving coil which, while ei interacts with the * homogeneous field of the permanent magnet, creates a torque that is applied to the specimen. The driving coil performs under the action of the torque together with the test piece vibrations, which after completion of the transition process assume a sinusoidal shape. With the help of an angle encoder, an AC voltage amplifier and a demodulator, these oscillations are registered by an analyzer

Die Analysiereinrichtung registriert gleichzeitig mit Hilfe eines Wechselspannungsverstärkers die Schwankungen des durch die Treibspule fließenden Erregerstroms. The analyzer simultaneously registers the fluctuations with the aid of an AC voltage amplifier of the excitation current flowing through the drive coil.

Die Nachteile der bekannten Einrichtung bilden die Ungewißheit in bezug auf das Drehmoment, das an dem Probestück zur Erhaltung der Amplitude der Schwingungen im linearen Bereich der Verformung angelegt wird, was dazu zwingt, Probestörungen vorzunehmen, die einen großen unproduktiven Zeitaufwand erforder lieh machen, der in dem Bereich der infraniedrigen Frequenzen besonders groß ist, sowie ein großer Arbeitsaufwand bei der Auswertung der Meßergebnisse und eine große Dauer der Übergangsprozesse, die von den Eigenschaften des Probestücks und der Frequenz des Drehmomentes abhängig sind.The disadvantages of the known device form the uncertainty about the torque that is applied to the Test piece applied to maintain the amplitude of the vibrations in the linear area of the deformation becomes, which forces to make trial failures that require a large unproductive time make borrowed, which is particularly large in the range of the infra-low frequencies, as well as a large one Workload in evaluating the measurement results and a large duration of the transition processes, which from the properties of the specimen and the frequency of the torque are dependent.

Der Erfindung ist die Aufgabe zugrundegelegt, unter Beseitigung der genannten Nachteile des bekannten Verfahrens und der bekannten Einrichtung ein Verfahren zur Messung der dynamischen Kenndaten von Werkstoffen nach der Methode der erzwungenen Schwingungen des Probestücks im Bereich der infraniedrigen Frequenzen und eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen.The invention is based on the object, eliminating the disadvantages mentioned of the known Method and the known device a method for measuring the dynamic characteristics of Materials according to the method of forced vibrations of the test piece in the area of the infra-low To create frequencies and a facility to carry out this process.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Messung der dynamischen Kenndaten von Werkstoffen nach der Methode der erzwungenen Schwingungen eines Probestücks im Bereich infraniedriger Frequenzen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daßThis task is performed in a method for measuring the dynamic characteristics of materials using the method of forced vibrations of a test piece in the range of infra-low frequencies according to the invention solved in that

a) während der Messung ein Steuerstrom erhalten wird, der in eine mechanische Spannung des Werkstoffprobestücks umgewandelt wird, die die Schwingungen des Probestücks mit vorgegebener Amplitude und Frequenz gewährleistet,a) a control current is obtained during the measurement, which is converted into a mechanical tension of the Material test piece is converted, which the vibrations of the test piece with predetermined Amplitude and frequency guaranteed,

b) die Wirk- und die Blindkomponente des Steuerstroms voneinander abgetrennt und in zwei Kompensationsströme umgewandelt werden, deren einer mit der Wirkkomponente des Steuerstroms phasengleich und kommensurabel ist und deren zweiter mit der Blindkomponente des Steuerstroms phasengleich und kommensurabel ist,b) the active and reactive components of the control current are separated from one another and split into two Compensation currents are converted, one with the active component of the control current is in phase and commensurable and its second with the reactive component of the Control current is in phase and commensurable,

c) der Steuerstrom und die beiden Kompensationsströme summiert werden und mit Hilfe des Summen-Stromes, der in die mechanische Spannung des Probestücks umgewandelt wird, die Bewegung des Probestücks gesteuert wird, wobei sekundär die Wirk- und die Blindkomponente des Steuerstroms abgetrennt werden und aus den Größen der Steuerstromkomponenten, aus den Größen der KomDensationsströme und aus der vorgegebenen Frequenz und Amplitude der Probestückverformung unter Berücksichtigung der Probestückform die dynamischen Kenndaten des Werkstoffs berechnet werden.c) the control current and the two compensation currents are summed and with the help of the Sum current that is converted into the mechanical tension of the specimen, which Movement of the specimen is controlled, with the active and reactive components of the secondary Control current are separated and from the sizes of the control current components from the Sizes of the compression currents and from the given frequency and amplitude of the specimen deformation the dynamic characteristics of the material can be calculated taking into account the specimen shape.

Diese Aufgabe ist auch bei einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemaßen Verfahrens, mit einer Treibspule, die aus einem in Form eines Rahmens gewickelten Draht gefertigt ist, auf dem ein Spiegel befestigt ist, und die in einem homogenen Feld einesThis task is also associated with a device for carrying out the method according to the invention a driving coil, which is made of a wire wound in the form of a frame, on which a mirror is attached, and in a homogeneous field of a

ίο Dauermagneten untergebracht ist, mit einer Thermo-Kryokammer mit einem Programmregler der Temperatur, mit einem Probestück mit zwei Probestückhaltern, mit deren Hilfe das Probestück im Inneren der Thermo-Kryokammer befestigt ist, mit einer Stange, mit einem Kompensator der Normalspannungen, der durch die Stange mit dem einen Probestückhalter und über diesen Probestückhalter mit einem Ende des Probestücks verbunden ist, wobei das zweite Ende des Probestücks über den zweiten Probestückhalter und die zweite Stange mit der Treibspule starr verbunden ist, mit einem Generator infraniedriger Frequenzen, der mit der Treibspule elektrisch und mit einer Analysiereinrichtung verbunden ist, mit einem Prisma, mit zwei differenziell geschalteten Fotozellen einschließlich einer Gesamtlast, die über das Prisma mit dem Spiegel der Treibspule optisch verbunden sind, mit einem Wechselspannungsverstärker, der an die Gesamtlast der beiden differenziell geschalteten Fotozellen angeschlossen ist, und mit einem Demodulator, der mit dem Wechselspannungsverstärker verbunden ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daßίο Permanent magnet is housed, with a thermal cryochamber with a temperature program controller, with a specimen with two specimen holders, with the help of which the specimen is fixed inside the thermal cryochamber, with a rod, with a compensator of normal stresses that goes through the rod with one specimen holder and over this specimen holder is connected to one end of the specimen, the second end of the Specimen is rigidly connected to the drive coil via the second specimen holder and the second rod, with an infra-low frequency generator that is electrically connected to the drive coil and with an analyzer connected, with a prism, with two differentially switched photocells including one Total load, which are optically connected to the mirror of the drive coil via the prism, with an AC voltage amplifier, which is connected to the total load of the two differentially switched photocells, and with a demodulator, which is connected to the AC voltage amplifier, according to the invention thereby solved that

a) die Treibspule mit dem auf ihr befestigten Spiegel, das Prisma, die beiden differenziell geschalteten Fotozellen mit der Gesamtlast, der Wechseispannungsverstärker, der Demodulator, ein Gleichspannungsverstärker, ein Trennverstärker und ein Summierverstärke!, einen geschlossenen Nachlaufkreis bilden,a) the driving coil with the mirror attached to it, the prism, the two differentially switched Photocells with the total load, the AC voltage amplifier, the demodulator, a DC voltage amplifier, an isolating amplifier and a summing amplifier !, a closed follow-up circuit form,

b) in den Nachlaufkreis ein Galvanometer mit einem Spiegel einbezogen ist, der im homogenen Feld des Dauermagneten untergebracht ist, das auch das homogene Feld der Treibspule darstellt, wobei der Spiegel des Galvanometers mit dem Spiegel der Treibspule optisch gekoppelt ist,b) a galvanometer with a mirror is included in the tracking circuit, which is in the homogeneous field of the Permanent magnet is housed, which also represents the homogeneous field of the drive coil, the The galvanometer mirror is optically coupled to the drive coil mirror,

c) ein optischer Quantengenerator über einen optischen Modulator und über den Spiegel der Treibspule mit dem Spiegel des Galvanometers optisch gekoppelt ist, undc) an optical quantum generator via an optical modulator and via the mirror of the Driving coil is optically coupled to the mirror of the galvanometer, and

d) der Generator der infraniedrigen Frequenzen mit seinem einen Ausgang, der eine stabilisierte Spannung der Phase 0° abgibt, über ein Präzisionsdämpfungsglied mit dem Galvanometer verbunden ist.d) the low frequency generator with its one output stabilizing one Voltage of phase 0 ° emits, connected to the galvanometer via a precision attenuator is.

Dabei ist es zweckmäßig, daß der Generator mit seinem ersten Ausgang über ein zweites Präzisionsdämpfungsglied und dem Summierverstärker an die Treibspule geschaltet ist.It is useful that the generator has its first output via a second precision attenuator and the summing amplifier is connected to the drive coil.

Ferner ist es vorteilhaft, daß der Generator mit seinem zweiten Ausgang über ein drittes Präzisionsdämpfungsglied und den Summierverstärker an die Treibspule geschaltet ist.It is also advantageous that the generator has its second output via a third precision attenuator and the summing amplifier is connected to the drive coil.

Durch die Anwendung des Verfahrens zur Messung der dynamischen Kenndaten von Werkstoffen und der Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens geht die Dauer der von einem Bediener durchzuführenden Messungen beträchtlich zurück und erweitert sich der Bereich der zu untersuchenden Frequenzen, wodurch auch die Lösung von klassischen Aufgaben, soBy applying the method of measuring the dynamic characteristics of materials and the Means for performing this process is the duration of the time to be performed by an operator Measurements decrease considerably and the range of the frequencies to be investigated expands, whereby also the solution of classic tasks, like that

beispielsweise die Überprüfung der Methode der Temperatur- und Zeitüberlagerung, d. h., die Überprüfung der Gleichwertigkeit (Äquivalenz) der Änderung der dynamischen Kenndaten von Werkstoffen in Abhängigkeit sowohl von der Störungsfrequenz als auch von der Temperatur der Werkstoffe, ermöglichtfor example checking the method of temperature and time superposition, d. i.e., the review the equivalence (equivalence) of the change in the dynamic characteristics of materials in Dependence on both the interference frequency and the temperature of the materials made possible

Die Erfindung gestattet es, die Werkstoffe in einemThe invention allows the materials in one

Temperaturbereich von - 100⁰C bis +300⁰C mit einem Fehler von ±0,5°C und einem Frequenzbereich von 1,0 bis 10~⁶ Hz zu untersuchen.Examine temperature range from - 100 ⁰ C to +300 ⁰ C with an error of ± 0.5 ° C and a frequency range from 1.0 to 10 ~ ⁶ Hz.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen mittels der Zeichnung erläutert. Es zeigtThe invention is explained below on the basis of exemplary embodiments by means of the drawing. It shows

Fig. 1 das Blockschaltbild der Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Messung der dynamischen Kenndaten undFig. 1 shows the block diagram of the device for performing the method for measuring the dynamic characteristics and

F i g. 2 isometrisch den optischen Teil der Einrichtung.F i g. 2 isometric the optical part of the device.

Betrachtet sei nun das Verfahren zur Messung der dynamischen Kenndaten von Werkstoffen.Let us now consider the method for measuring the dynamic characteristics of materials.

Das Verhalten von Werkstoffprobestücken beschreibt beispielsweise bei Schubverformungen infolge Torsionsschwingungen in allgemeiner Form die folgende Gleichung:The behavior of material test pieces describes, for example, shear deformations as a result of Torsional vibrations in general form the following equation:

η(θ',Θ)
G (Θ',Θ)η (θ ', Θ)
G (Θ ', Θ)

(I)(I)

= zentrales Hauptträgheitsmoment,
= Abweichungswinkel des Probestücks von der Gleichgewichtslage (Verdrehungswinkel des Probestücks),= central main moment of inertia,
= Angle of deviation of the sample from the equilibrium position (angle of rotation of the sample),

= Formzahl des Probestücks,
= dynamische Viskosität des Werkstoffs,
= dynamischer Elastizitätsmodul des Werkstoffs,
= Zeit,
= Stör-(Torsions-)MomenL= Shape number of the test piece,
= dynamic viscosity of the material,
= dynamic modulus of elasticity of the material,
= Time,
= Disturbance (torsion) moment L.

Bei geringeren relativen Schubverformungen, wenn die Verformung des Probestücks von der angelegten mechanischen Spannung linear abhängt, nimmt die Gleichung (1) die folgende Form an:With lower relative shear deformations, if the deformation of the specimen is different from the applied mechanical stress is linearly dependent, equation (1) takes the following form:

J H" + A ■ η(Η') ■ (->' + A ■ G(W') ■ H = MU). J H "+ A ■ η (Η ') ■ (->' + A ■ G (W ') ■ H = MU).

(2)(2)

15 η (θ) und G (θ') erfolgen mit Hilfe der harmonischen Analyse nach der Methode der erzwungenen Schwingungen des Probestücks mit einer gewissen Frequenz ω. Die Gleichung der Bewegung des Probestücks sieht dabei folgendermaßen aus: 15 η (θ) and G (θ ') are carried out with the help of harmonic analysis according to the method of forced vibrations of the test piece with a certain frequency ω. The equation for the movement of the specimen looks like this:

Jh" + A ■ I₁(U)) <->' + AG(in) W = M sin(<-,f + _Ψο) Jh "+ A ■ I ₁ (U)) <->'+ AG (in) W = M sin (<-, f + _Ψο )

(3) mit(3) with

θ = Amplitude der Probestückschwingungen,
φο = Anfangsphasenwinkel des Störmomentes.θ = amplitude of the sample vibrations,
φο = initial phase angle of the disturbance torque.

Erfindungsgemäß erhält man einen Steuerstrom, der in mechanische Spannungen des Probestücks, z. B. in ein Torsionsmoment M(t) umgewandelt wird, welches die Schwingungen des Probestücks mit vorgegebener Amplitude <x und Frequenz ω gewährleistet, durch Vergleich der wirklichen Schwingungen Θ(ί) des Probestücks mit vorgegebenem χ ■ sin ω t, d. h. das Torsionsmoment wird zuAccording to the invention, a control current is obtained which in mechanical stresses of the test piece, for. B. is converted into a torsional moment M (t) , which ensures the vibrations of the test piece with a given amplitude <x and frequency ω , by comparing the real vibrations Θ (ί) of the test piece with a given χ ■ sin ω t, d. H. the torsional moment becomes too

k[a sin ωtk [a sin ωt

Λί(ί)Λί (ί)

mit Ar= Proportionalitätsfaktor.with Ar = proportionality factor.

Bei infraniedrigen Frequenzen wird bei f< 1,0 Hz der Einfluß des Trägheitsglieds /θ" in der Gleichung (3)At infra-low frequencies, at f < 1.0 Hz, the influence of the inertia term / θ "in equation (3)

wegen seiner Geringfügigkeit vernachlässigt, die Bewegung des Probestücks wird dabei durch folgende Gleichung beschrieben:neglected because of its insignificance, the movement of the specimen is thereby caused by the following Equation described:

3535

η = A η (ω),
G = AG(Oi)),
θ = θ (t) η = A η (ω),
G = AG (Oi)),
θ = θ (t)

oderor

45 W + —i— W= „sin _Mt ,45 W + —i— W = "sin _Mt ,

Die Messungen der Abhängigkeiten (Beziehungen) 50 durch Integration dieser Gleichung erhält man:The measurements of the dependencies (relationships) 50 by integrating this equation are obtained:

^^{G + fc}' **^{η mt} Die Abklingzttitkonstante des öbergangsprozesses wild zu ^ ^{G + fc} ' ** ^{η mt} The decaying constant of the transition process increases wildly

Setzt man k = 200 «>*/ und G = beliebige Zahl, angenommen wird, und der Schwingungen des Probestücks, dessen PhaseIf one sets k = 200 «> * / and G = any number, is assumed, and the vibrations of the test piece, its phase

dannthen wirdwill II. 7 <7 < '/'/ 200 ·200 · 200 */ f.i200 * / f.i mitWith 2.-7/2.-7 / */ ,rl* /, rl 200200 200200 7 <7 < d.h.i.e. ίο-·' τ ίο- · ' τ

arctgarctg

5
ist:5
is:

V G + k V G + k

⁷_ < ίο-·' r *«. = ^w - ^arct8 (- -rrr)· ⁽¹³> ⁷ _ <ίο- · 'r * «. = ^w - ^arct 8 (- -rrr) ⁽¹³ >

-2.-7 \ G + kJ -2.-7 \ G + kJ

IOIO

Für das angenommene A=200 ωτ/ istFor the assumed A = 200 ωτ /

(8) |φ<0,005 rad«17'.(8) | φ <0.005 rad «17 '.

mit 7= Periode der erzwungenen Schwingungen des 15 Das bedeutet, daß die Schwingungen des Probestückswith 7 = period of the forced vibrations of the 15 That means that the vibrations of the test piece

Probestücks. gegenüber den vorgegebenen Schwingungen um 17'Specimen. compared to the given vibrations by 17 '

Folglich ist r< 10-³ T, d. h., die Abklingzeitkonstante phasenverzögert sind.Consequently, r <10 ^-3 T, ie, the decay time constant in phases.

des Übergangsprozesses des Einsteilens des stationären Auf das Probestück wirkt im stationären Zustand einthe transition process of setting the stationary The sample acts in the stationary state

Zustandes der erzwungenen harmonischen Schwingun- Drehmoment M_station.ir ein:
gen stellt eine Größe dar, die weniger als ΙΟ-³ der 20State of the forced harmonic oscillation Torque M _sta tion.ir a:
gen represents a size that is less than ΙΟ ^{-3 of} the 20

Periode Tder vorgegebenen Schwingungen beträgt. M _slalionj_ir = /c(«sin <-w - <.->_5ta,_ionUr) = knsin <»t Period T of the specified oscillations. M _slalion j _ir = / c («sin <-w - <.-> _5ta , _ionUr ) = knsin <» t

Das Dämpfungsglied ©Dämpfung der Gleichung weistThe attenuator © attenuation of the equation shows

unter diesen Verhältnissen die maximale Amplitude bei ^i under these conditions the maximum amplitude at ^ i

i = 0auf: - -— p-j—— _T-_T · [(G + k) sin «>t - On₁ cos i-if]i = 0auf: - -— pj—— _T - _T · [(G + k) sin «> t - On ₁ cos i-if]

L'L '

"»■■*-—■ = W+lcf+7^ ^<
S"¹⁰"³" r, PniG + k) 1. "» ■■ * -— ■ = W + lcf + 7 ^ ^<S " ¹⁰ " ³ "r, PniG + k) 1.

für das angenommene A= 200 ηω. jo ₂ for the assumed A = 200 ηω. jo ₂

Die erzwungenen Winkelschwingungen des Probe- ₊ _""i'L^ _cos _(nt The forced angular _{oscillations of the sample +} _ ""i'L ^ _cos _(nt

Stücks stellen sich folglich praktisch augenblicklich ein. (G + k)~ + I₁-w
Für die eingestellten Schwingungen beträgt e_si_ationär:Pieces are therefore practically instantaneous. (G + k) ~ + I ₁ -w
For the set oscillations is e _s i _at ionär:

Vernachlässigt man die Amplituden- und Phasenfeh-If one neglects the amplitude and phase errors

H „.,,onär = ■■ - -r^—T-T L(G + k) sin ο,ι - cos ,„i\ ³⁵ J",^ ""^d ^J ^Λ ^·^für *"7 "·^{so läßt sich die} GleichungH ". ,, onär = ■■ - -r ^ —TT L (G + k) sin ο, ι - cos ," i \ ³⁵ J ", ^"" ^d ^ J ^Λ ^ · ^for *" 7 "· ^{so the} equation

(G + /c) + η οι (14) in folgender Form schreiben:Write (G + / c) + η οι (14) in the following form:

Oder ^M stationär = - aG S\t\ ot + <ion, COS <ot . (15)Or ^M stationary = - aG S \ t \ ot + <ion, COS <ot. (15)

stationär = ' ^ "^₂ "^ '" '' ' "'"(^rj'f + ψ) ⁴° ^^m Steuerstrom /_s, ist dem stationären Moment {G + k) + Ij¹O) proportionalstationary = '^ "^ ₂ "^'"'''"'"( ^rj 'f + ψ) ⁴ ° ^ ^m control current / _s , is proportional to the stationary moment {G + k) + Ij ¹ O)

₁ 's, = *1 ^M stationär Π 6) ₁ 's, = * 1 ^M stationary Π 6)

45 oder45 or

_{/si =} ^(-„Gsinwf + «/»</cos f.i). (17) _{/ si =} ^ (- "Gsinwf +" / "</ cos fi). (17)

Der Amplitudenfehler ist dabei der Differenz In der komplexen Form werden die Wirk- und dieThe amplitude error is the difference. In the complex form, the active and the

zwischen der vorgegebenen und der wirklichen 50 Blindkomponente des Steuerstroms ausgesondert:
Amplitude der Schwingungen proportional:separated between the specified and the real reactive component of the control current:
Amplitude of the vibrations proportional:

1% = -ic,aG + kijavn, (18) 1% = -ic, aG + kijavn, (18)

— α- α

ic ÜG~+W + ic ÜG ~ + W +

α - H (G + ftf + >i"? „α - H (G + ftf + > i "? "

£ = — —— —■ -~ ' 55£ = - - - ■ - ~ '55

αα α α kixG kixG — - Wirkkomponente des Steuerstroms undActive component of the control current and

Jk₁ «ωη = Blindkomponente des Steuerstroms; Jk ₁ «ωη = reactive component of the control current;

I₁ I ₁

= 1 — ' ^^ und die Wirkkomponente und die BHndkoBiponente des = 1 - '^^ and the active component and the BHndkoBiponente des

6o Steuerstroms werden analysiert und vor Verringerung der Meßfehler zwei Kompensationsströme /*, und JIk₂ 6o control current to be analyzed and before reducing the measurement error two compensation currents / *, and JIK ₂

Für angenommenes 4=200 ωη ist |„<0,0013, d. L·, es erzeugt, deren einer mit der Wirkkomponente phasenfibersteigt nicht 0,13%. Das bedeutet, daß die Amplitude gleich und kommensurabel and deren zweiter mit der β der Schwingungen des Probestücks mit einem Fehler Bildkomponente phasengldch und kommensurabel ist, von 13% der vorgegebenen Amplitude λ der Schwin- 65 und die Ströme iL /*i und /Ik₃ werden addiert, and man gungea gleich ist erhält den Summen-Strom:For assumed 4 = 200 ωη | „<0.0013, i.e. L ·, it produces one of which in phase with the active component does not exceed 0.13%. This means that the amplitude is equal and commensurable to the second with the β of the vibrations of the test piece with an image component error in phase and commensurate, of 13% of the given amplitude λ of the vibrations and the currents iL / * i and / Ik ₃ are added, and one gungea is equal to get the sum current:

Der Phasenfehler ist gleich der Differenz der Phasen _ _The phase error is equal to the difference between the phases _ _

der vorgegebenen Schwingune deren Phase als 0° ™ε -»»-'*, + j/»₂ + (/»-/» _t - Jl_kj . (Iv) of the given oscillation whose phase is 0 ° ™ ε - »» - '*, + j / » ₂ + (/» - / » _t - Jl _k j . (Iv)

und mit dem Summen-Strom /ε* der in die mechanische Spannung des Probestücks umgewandelt wird, steuert man die Bewegung des Probestücks.and with the sum current / ε * which is converted into the mechanical stress of the specimen, controls man the movement of the specimen.

Dabei werden sekundär die Wirkkomponente /₅₍₁ und die Blindkomponente jlsn des Steuerstroms ausgesondert: The active component / _{5 (1} and the reactive component jlsn of the control current are separated out as a secondary:

j* -- ι* — ι — ι j * - ι * - ι - ι

sowie den Tangens des Verlustwinkelsas well as the tangent of the loss angle

tgA = -rj-T- = tgA = -rj-T- =

(28)(28)

= /χι,= / χι,

(20)(20)

Setzt man in die Gleichung (19) die Gleichung (20) ein, so erhält man:Inserting equation (20) into equation (19), this is how you get:

k ι ' ./ ' k 2 ' k ι './' k 2 '
Sn) +Hh-Sn) + Hh-

(21)(21)

Aus den Größen der Komponenten des Steuerstroms Is_n und hi2, aus den Größen der Kompensationsströme /*, und JIk₂ sowie aus der vorgegebenen Frequenz und Amplitude der Verformung des Probestücks unter Berücksichtigung der Form A des Probestücks werden die dynamischen Kenndaten des Werkstoffs berechnet.The dynamic characteristics of the material are calculated from the sizes of the components of the control current Is _n and hi2, from the sizes of the compensation currents _{/ *, and JIk 2} as well as from the specified frequency and amplitude of the deformation of the test piece, taking shape A of the test piece into account.

Setzt man die Größe Ist aus der Gleichung (18) in die Gleichung (21) ein, so erhält man:If one substitutes the quantity Ist from equation (18) in equation (21), one obtains:

Die Anwendung von zwei KompensationsströmenThe use of two compensation currents

gestattet es, die Meßgenauigkeit zu erhöhen und denallows to increase the measurement accuracy and the

Bereich der Verhältnisse der zu messenden Elasfizitätsmodule und des Moduls der Werkstoffverluste zu erweitern, d. h.Range of ratios of the modulus of elasticity to be measured and to expand the module of material losses, d. H.

'"I/(in)'"I / (in)

'5 mit ό = Verlustwinkel des Werkstoffs.'5 with ό = loss angle of the material.

Der Bereich der zu messenden dynamischen Module der Werkstoffe und somit die Klasse der zu messenden Werkstoffe erweitern sich infolgedessen. Hier und weiter unten wird unter einer Klasse die Gesamtheil der Werkstoffe verstanden, welche die größte Mannigfaltigkeit der dynamischen Kenndaten aufweisen.The range of the dynamic modules of the materials to be measured and thus the class of those to be measured As a result, materials expand. Here and below a class is the total salary of the Understand materials that have the greatest variety of dynamic characteristics.

So gibt es beispielsweise ein Polymer, das Polybutadien, mit einem Wert vonFor example, there is a polymer, polybutadiene, with a value of

25 "Ό η (( 25 "Ό η ((

= 100= 100

— A₁ Il G ~t~ j Il ID Ij — (lie + 1 .11 - A ₁ Il G ~ t ~ j Il ID Ij - (lie + 1 .11 Ii j Ii j

und daraus folgtand it follows

— A₁ 11G = - A ₁ 11G =

/»,) +Hh₂+ /Si₂)/ »,) + Hh ₂ + / Si ₂ )

A, MfUl/ = I_k + /_S A, MfUl / = I _k + / _S

(22)(22)

(23)(23)

3030th

3535

Setzt man die Größen η und G aus der Gleichung (5) ein, so erhält man:If you insert the quantities η and G from equation (5), you get:

-kill AGUn) = /„, + /_s,j -kill AGUn) = / ", + / _s , j

A₁MfU Aij(oi) = h₂ + ⁷Si₂ A ₁ MfU Aij (oi) = h ₂ + ⁷ Si ₂

(24)(24)

und daraus erhält man den dynamischen Elastizitätsmodul des Werkstoffs G (ω)and from this one obtains the dynamic modulus of elasticity of the material G (ω)

mit ü>o = bestimmte Meßfrequenz, ζ. Β. ω₀ = 0,1.with ü> o = determined measuring frequency, ζ. Β. ω ₀ = 0.1.

Bei der Messung erhält man den Steuerstrom, der in die mechanische Spannung des Probestücks des Polybutadiens umgewandelt wird, welche die Schwingungen des Probestücks des Polybutadiens mit einer Amplitude gewährleistet, die sich von der vorgegebenen z. B. um 0,5% unterscheidet, dabei werden die Wirk- und die Blindkomponente des Stroms mit einem Fehler von z.B. ±1% ausgesondert, der auf die Größe des Steuerstroms rückgeführt wird. Unter diesen Bedingungen läßt sich die Wirkkomponente des Steuerstroms nicht mit einer für die Praxis ausreichenden Genauigkeit ermitteln, da die Wirkkomponente des Steuerstroms, die dem dynamischen Elastizitätsmodul G(o)o) proportional ist, in unserem Beispiel 0,01 von der Blindkomponente ausmacht, die dem dynamischen Verlustmodul ωοη (cöo) proportional ist, und 0,01 des komplexen Steuerstroms ausmacht, und der resultierende Fehler bei der Messung des komplexen Steuerstroms in dem angeführten Beispiel gleich 1%+ 0,5% = 1,5% oder gleich 0,15 des Steuerstroms ist, wobei die Blindkomponente mit einem Fehler von 1,5% ermittelt wird. Es wird ein Kompensationsstrom JIk₂ gebildet, der mit der Blindkomponente des Steuerstroms Ist phasengleich ist und z.B. 039 der Größe der Blindkomponente des Steuerstroms ausmacht, und diese Ströme werden summiertDuring the measurement, the control current is obtained, which is converted into the mechanical tension of the sample of polybutadiene, which ensures the vibrations of the sample of polybutadiene with an amplitude that differs from the predetermined z. B. differs by 0.5%, the active and reactive components of the current are separated out with an error of, for example, ± 1%, which is traced back to the size of the control current. Under these conditions, the active component of the control current cannot be determined with an accuracy that is sufficient for practice, since the active component of the control current, which is proportional to the dynamic modulus of elasticity G (o) o), in our example amounts to 0.01 of the reactive component, which is proportional to the dynamic loss modulus ωοη (cöo), and 0.01 of the complex control current, and the resulting error in the measurement of the complex control current in the example given is 1% + 0.5% = 1.5% or equal to 0, 15 of the control current, the reactive component being determined with an error of 1.5%. A compensation current JIk _{2 is} formed, which is in phase with the reactive component of the control current and makes up, for example, 039 the size of the reactive component of the control current, and these currents are added

5555

G(H =G (H =

⁷H ⁷ H. ++

A₁ A ₁

(25) ⁷ ε --= Jh₂ + (⁷S, - Jh₂) = Jh (25) ⁷ ε - = Jh ₂ + ( ⁷ S, - Jh ₂ ) = Jh

und mit dem Summen-Strom /ε, der in ein mechanischesand with the total current / ε, which is converted into a mechanical

den dynamischen Modul der Werkstoffverluste ο» η{αι) 6o Moment umgewandelt wird, das an dem Probestück des the dynamic module of the material losses ο »η {αι) 6o moment is converted, which is on the sample of the

Polybutadiens angelegt wird, steuert man die Bewegung des Probestücks aus Polybutadien, dabei werden sekundär die Wirk- und die Blindkomponente des Steuerstroms Js₁ und//^ausgesondert 6s Bei demselben Steuerfehler von 0,5% Qa dem hier behandelten Beispiel ist &q=/fefeda die Größe der Wirkkomponente /st, nach der Einführung des Kompensationsstroms JIi_n unverändert geblieben und gemäß derPolybutadiene is applied, the movement of the sample made of polybutadiene is controlled, while the active and reactive components of the control current Js ₁ and // ^ are secondarily separated out 6s With the same control error of 0.5% Qa in the example treated here, & q = / fefeda the size of the active component / st, remained unchanged after the introduction of the compensation current JIi _n and according to the

n>Ti{(a) = /— ;—I ■> n> Ti {(a) = / - ; - I ■>

j K₁IiA jj K ₁ IiA j

die dynamische Viskosität des Werkstoffs the dynamic viscosity of the material

(26)(26)

(2η(2η

OTQiOTQi

angenommenen Bedingung gleich 0,01 der Blindkomponente des Steuerstroms JIs_n ist, ist der Meßfehler der Komponenten /.v„ und JlSt₂ assumed condition is equal to 0.01 of the reactive component of the control current JIs _n , the measurement error of the components /.v „ and JlSt is ₂

¹Sl, ¹ Sl,

wird die Summen-Komponente des Stroms /«, mit einem Fehler von 1,9% und die Blindkomponente mit einem Meßfehler JIk₂ von beispielsweise 0,1% ermittelt. In diesem Beispiel wird also das Verhältnis der dynamischen Module tgo=100 mit einem Fehler von nicht schlechter als 2% (0,02) gemessen, und der Fehler des Verlustwinkels ό des Werkstoffs ist gleichthe sum component of the current / «is determined with an error of 1.9% and the reactive component with a measurement error JIk ₂ of 0.1%, for example. In this example , the ratio of dynamic modules tgo = 100 is measured with an error not worse than 2% (0.02) , and the error in the loss angle ό of the material is the same

0,020.02

TooToo

^ 2- IO ⁴ = 1,4'.^ 2- IO ⁴ = 1.4 '.

Betrachtet sei nun die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Messung der dynamischen Kenndaten von Werkstoffen, beispielsweise von Polymeren.Consider now the device for carrying out the method for measuring the dynamic characteristics of materials, for example of polymers.

Die Einrichtung enthält eine Thermo-Kryokammer 1 (Fig. 1) mit einem Polymer-Probestück 2, das in Probestück-Haltern 3 und 4 befestigt wird. Die Thermo-Kryokammer 1 wird an einen Programmregler 5 der Temperatur angeschlossen. Der untere Probestück-Halter 3 wird durch eine Stange 6 mit einem Kompensator 7 der Normalspannungen verbunden, die infolge der Änderung der Temperaturverhältnisse des Polymer-Probestücks 2 entstehen. Der Kompensator 7 stellt einen auf einer Hebelwaage aufgehängten beweglichen Wagen dar, der in der vertikalen Ebene in Kugelführungen (nicht gezeigt) verstellbar ist.The device includes a thermal cryochamber 1 (FIG. 1) with a polymer specimen 2 which is fastened in specimen holders 3 and 4. The thermal cryochamber 1 is connected to a program controller 5 for the temperature. The lower specimen holder 3 is connected by a rod 6 to a compensator 7 of the normal stresses which arise as a result of the change in the temperature conditions of the polymer specimen 2. The compensator 7 represents a movable carriage suspended on a lever balance , which is adjustable in the vertical plane in ball guides (not shown).

Der obere Probestück-Halter 4 wird mit Hilfe einer Stange 8 mit einer Treibspule 9 verbunden, die durch eine Aufhängung 9' gesichert und aus Draht gefertigt ist, der in Form eines Rahmens mit einem auf diesem befestigten Spiegel 10 gewickelt und im homogenen Feld eines Dauermagneten 11 untergebracht istThe upper specimen holder 4 is connected by means of a rod 8 to a driving coil 9 , which is secured by a suspension 9 'and made of wire which is wound in the form of a frame with a mirror 10 attached to it and in the homogeneous field of a permanent magnet 11 is housed

Im homogenen Feld des Dauermagneten 11 wird auch ein Galvanometer 12 mit einem Spiegel 13 untergebracht.A galvanometer 12 with a mirror 13 is also accommodated in the homogeneous field of the permanent magnet 11.

Der Spiegel 10 der Treibspule 9 ist mit einem Quantengenerator 14 über einen optischen Modulator 15 und mit dem Spiegel 13 des Galvanometers 12 und über ein Prisma 16, das unter dem kritischen Winkel geschnitten ist, mit Fotozellen 17 und 18 verbunden. Der kritische Schnittwinkel des Prismas 16 ist für die volle Reflexion des Lichtbündels erforderlich.The mirror 10 of the drive coil 9 is connected to a quantum generator 14 via an optical modulator 15 and to the mirror 13 of the galvanometer 12 and to photocells 17 and 18 via a prism 16 which is cut at the critical angle. The critical angle of intersection of the prism 16 is necessary for the full reflection of the light beam.

Die Fotozellen 17 und 18, deren Gesamtbelastung 19 an einen Wechselspannungsverstärker 20 angeschlossen ist, werden differenziell geschaltet Als Belastung des Wechselspannungsverstärkers 20 dient ein Demodulator 21, der an emeu! Gleichspannungsverstärker 22 mit Stromkreisen für Amplituden- und Phasenentzerrung angeschlossen ist. (Die Stromkreise für die Amplituden- und Phasenentzerrung sind nicht gezeigt) The photocells 17 and 18, the total load 19 of which is connected to an AC voltage amplifier 20, are switched differentially. A demodulator 21, which is connected to emeu! DC voltage amplifier 22 is connected to circuits for amplitude and phase equalization. (The circuits for the amplitude and phase equalization are not shown)

An den Ausgang des Gleichspannungsverstärkers 22 ist eine Analysiereinrichtung 23 angeschlossen, die mit einem Generator 24 infraniedriger Frequenzen verbunden ist Der Gleichspannungsverstärker 22 wird über einen Abgleichverstärker 25 und einen Summierverstärker 26 an die Treibspule 9 angeschlossen.An analyzer 23 is connected to the output of the DC voltage amplifier 22, which with a generator 24 of low frequencies is connected. The DC voltage amplifier 22 is via a balancing amplifier 25 and a summing amplifier 26 are connected to the drive coil 9.

Der verwendete Generator 24 der infraniedrigen Frequenzen hat zwei Ausginge stabilisierter Spannung, die gegeneinander um 90° phasenverschoben sind.The generator 24 used for the infra-low frequencies has two outputs of stabilized voltage, which are out of phase with each other by 90 °.

An den einen Ausgang des Generators 24 der inl'raniedrigen Frequenzen, der die stabilisierte Spannung mit der Phase 0° abgibt, werden ein Präzisionsdämpfungsglied 27, das mit dem Galvanometer 12 verbunden ist, das zusatnmen mit dem Generator 24 die Funktion eines Sollwertstellers der Amplitude und der Frequenz der Schwingungen des Probestücks des Polymers ausübt, und ein zweites Präzisionsdämpfungsglied 28 angeschlossen, das die Funktion einesAt one output of the generator 24 of the inl'ranlow frequencies, which the stabilized voltage emits with the phase 0 °, become a precision attenuator 27, which is connected to the galvanometer 12, which together with the generator 24 the Function of a setpoint adjuster of the amplitude and frequency of the vibrations of the sample of the Polymer exerts, and a second precision damping member 28 connected, which the function of a

ίο Kompensators der Wirkkomponente des komplexen Gegen-Moments des Probestücks des Polymers ausübt und an den Summierverstärker 26 angeschlossen ist. An den anderen Ausgang des Generators 24 der infraniedrigen Frequenzen, der die stabilisierte Spannung mit einer Phasenverschiebung von 90° gegenüber der stabilisierten Spannung der Phase 0° abgibt, wird ein drittes Präzisionsdämpfungsglied 29 angeschlossen, das die Funktion eines Kompensators der Blindkomponente des komplexen Gegen-Moments des Polymer-Probestücks ausübt und an den Summierverstärker 26 angeschlossen istίο compensator of the active component of the complex Exerts counter-moment of the sample of the polymer and is connected to the summing amplifier 26. On the other output of the generator 24 of the infra-low frequencies, which the stabilized voltage with emits a phase shift of 90 ° compared to the stabilized voltage of phase 0 °, a third precision attenuator 29 connected, which the function of a compensator of the reactive component of the complex counter-moment of the polymer specimen and to the summing amplifier 26 connected

Der Spiegel 10 der Treibspule 9, der von dem optischen Quantengenerator über den optischen Modulator 15 beleuchtet wird, wird mit dem Spiegel 13 des Galvanometers 12 verbunden, das den elektrischen Strom mit vorgegebener Amplitude und Frequenz, der über das Präzisionsdämpfungsglied 27 vom Generator 24 der infraniedrigen Frequenzen ankommt, in das mechanische Torsionsmoment linear umwandelt, und das Prisma 16, die differenziell geschalteten Fotozellen 17 und 18 mit der Gesamtbelastung 19, der Wechselspannungsverstärker 20, der Demodulator 21, die Verstärker 22, 25 und 26 und die Treibspule 9 bilden erfindungsgemäß einen geschlossenen Nachlaufkreis, der die Bewegung der Treibspule 9 gewährleistet, die mit der Bewegung des Galvanometers 12 gleichphasig verläuft.The mirror 10 of the driving coil 9, which is illuminated by the optical quantum generator via the optical modulator 15, is connected to the mirror 13 of the galvanometer 12 , which lowers the electric current with a predetermined amplitude and frequency, which is generated via the precision attenuator 27 from the generator 24 of the infra Frequencies arrives, converted linearly into the mechanical torsional moment, and the prism 16, the differentially switched photocells 17 and 18 with the total load 19, the AC voltage amplifier 20, the demodulator 21, the amplifiers 22, 25 and 26 and the drive coil 9 form a closed one according to the invention Tracking circuit which ensures the movement of the drive coil 9, which is in phase with the movement of the galvanometer 12.

Der Generator 24 der infraniedrigen Frequenzen, das Präzisionsdämpfungsglied 28, der Summierverstärker 26 und die Treibspule 9 bilden einen offenen Kreis der proportionalen Steuerung der Bewegung der Treibspule 9 und folglich des Probestücks 1 des Polymers.The low frequency generator 24, the precision attenuator 28, the summing amplifier 26 and the drive coil 9 form an open loop of proportional control of the movement of the drive coil 9 and hence the sample 1 of polymer.

Der Generator 24 der infraniedrigen Frequenzen, das Präzisionsdämpfungsglied 29, der Summierverstärker 26 und die Treibspule 9 bilden einen anderen offenen Kreis der proportionalen Steuerung der Bewegung der Treibspule 9 und folglich des Probestücks 1 des Polymers.The low frequency generator 24, the precision attenuator 29, the summing amplifier 26 and the drive coil 9 form another open circuit of the proportional control of the movement of the Driving coil 9 and hence specimen 1 of the polymer.

Die hier zu behandelnde Einrichtung arbeitet folgenderweise.The facility to be dealt with here works as follows.

Vor der Messung werden die Polymerproben, die sich in flüssigem, hochelastischem und festem Zustand befinden, geformt Before the measurement, the polymer samples, which are in a liquid, highly elastic and solid state, are shaped

Die festen Polymere werden zu Platten oderThe solid polymers become sheets or

Zylindern geformt Mit flüssigen Polymeren werden die allgemein bekannten Systeme Zylinder-Zylinder oder Kegel-Kegel aufgefüllt Für hochelastische Polymere wird das System Zylinder-Zylinder angewandt, oder es werden Probestücke zylindrischer Form gefertigtCylinders Shaped With liquid polymers, the generally known systems cylinder-cylinder or Filled cone-cone For highly elastic polymers, the cylinder-cylinder system is used, or es test pieces of a cylindrical shape are produced

Das geformte Probestück 2 des Polymers wird in den Probestückhaltern 3 und 4 befestigtThe molded specimen 2 of the polymer is fixed in the specimen holders 3 and 4

Die vorher geöffnete Thermo-Kryokammer 1 wird geschlossen. Mh Hilfe des Programmreglers 5 der Temperatur wird die erforderliche Temperatur des zuThe previously opened thermal cryochamber 1 is closed. Mh help of program controller 5 of the Temperature becomes the required temperature of the too untersuchenden Polymer-Probestücks 2 gewährleistetinvestigating polymer specimen 2 guaranteed

Das koUimierte Lichtbündel des optischen Quantengenerators 14 durchläuft den Modulator 15, gelangt auf den Spiegel 10 und wird von diesem auf den Spiegel 13The co-optimized light bundle of the optical quantum generator 14 passes through the modulator 15 and arrives the mirror 10 and is moved by this onto the mirror 13

r OfOlr OfOl

des Galvanometers 12 reflektiert. Vom Spiegel 13 gelangt das Lichtbündel auf den Spiegel 10 und wird von diesem auf das Prisma 16 /«flektiertof the galvanometer 12 is reflected. From the mirror 13, the light beam reaches the mirror 10 and is from this is inflected onto the prism 16 / «

In der Anfangs(Null)lage der Treibspule 9 und des Galvanometers 12 wird das Lichtbündel von den Kanten des Prismas 16 auf den Spiegel 10 wiederum reflektiert In dieser Lage sind die Fotozellen 17 und 18 abgedunkelt, und an der Galvanometerlast 19 fehlt die Wechselspannung. Die Amplitude der Schwingungen des Galvanometers 12 wird von dem Präzisionsdämpfungsglied 27 und die Schwingungsfrequenz vom Generator 24 der infraniedrigen Frequenzen vorgegeben, von dessen Ausgang die stabilisierte Spannung mit der Phase 0° über das Präzisionsdämpfungsglied 27 auf das Galvanometer 12 gelangtIn the initial (zero) position of the drive coil 9 and the galvanometer 12, the light beam is from the Edges of the prism 16 are in turn reflected onto the mirror 10. The photocells 17 and 18 are in this position darkened, and at the galvanometer load 19 there is no alternating voltage. The amplitude of the vibrations of the galvanometer 12 is of the precision attenuator 27 and the oscillation frequency from Generator 24 of the infra low frequencies given, from whose output the stabilized voltage with the phase 0 ° reaches the galvanometer 12 via the precision attenuator 27

Beim Ausschlag des Zeigers des Galvanometers 12 um einen Winkel aus seiner Anfangsstellung durchläuft ein Teil des Lidstbündels das Prisma 16 und gelangt auf eine der Fotozellen 17 oder 18 je nach der Schwenkungsrichtung des Spiegels 13 des Galvanometers 12.When the pointer of the galvanometer 12 deflects by an angle from its initial position, part of the bundle of eyelids passes through the prism 16 and arrives at one of the photocells 17 or 18, depending on the pivoting direction of the mirror 13 of the galvanometer 12.

An der Gesamtlast 19 entsteht eine Wechselspannung, welche vom Wechselspannungsverstärker 20 verstärkt, vom phasenempfindlichen Demodulator 21 gleichgerichtet und vom Gleichspannungsverstärker 22 verstärkt wird. Über den Trennverstärker 25 und den Summierverstärker 26 wird diese Spannung an der Treibspule 9 angelegt, dabei fließt über den Draht der Spule 9 ein der angelegten Spannung proportionaler Strom, der, indem er mit dem homogenen Feld des Dauermagneten 11 zusammenwirkt, ein mechanisches Moment entstehen läßt, unter dessen Einwirkung sich die Treibspule 9 nach der Seite der Verringerung des Differenzwinkels zwischen dem Spiegel 10 der Treibspule 9 und dem Spiegel 13 des Galvanometers 12 dreht.An alternating voltage arises at the total load 19, which is generated by the alternating voltage amplifier 20 amplified, rectified by the phase-sensitive demodulator 21 and by the DC voltage amplifier 22 is reinforced. Via the isolating amplifier 25 and the summing amplifier 26, this voltage is applied to the Driving coil 9 is applied, while a voltage proportional to the applied voltage flows through the wire of the coil 9 Current which, by interacting with the homogeneous field of the permanent magnet 11, is a mechanical one Can arise moment under the action of the driving coil 9 on the side of the reduction of Difference angle between the mirror 10 of the drive coil 9 and the mirror 13 of the galvanometer 12 rotates.

Auf diese Weise erfolgt das Nachlaufen der Treibspule 9 hinter den Schwankungen des Galvanometers 12. Da aber die Treibspule 9 mit der Stange 8 und dem Probestück-Halter 4 mit dem Polymer-Probestück 2 starr verbunden ist, gewährleistet der geschlossene Nachlaufkreis die Schwingungen des Polymer-Probestücks 2 mit vorgegebener Frequenz und Amplitude.In this way, the driving coil 9 continues to run behind the fluctuations of the galvanometer 12. But since the driving coil 9 with the rod 8 and the specimen holder 4 with the polymer specimen 2 is rigidly connected, the closed follow-up circuit ensures the oscillations of the polymer sample 2 with a given frequency and amplitude.

Die Spannung am Ausgang des Gleichspannungsverstärkers 22 ist dem durch die Treibspute 9 fließenden Strom proportional, der seinerseits dem an dem Polymer-Probestück 2 angelegten Torsionsmoment proportional istThe voltage at the output of the DC voltage amplifier 22 is that flowing through the driving spute 9 Current proportional, in turn, to the torsional moment applied to the polymer specimen 2 is proportional

Der der Spannung am Ausgang des Verstärke's 22 proportionale Strom gelangt auf die Analysiereinrichtung 23, die die Wirk- und Blindkomponente des Steuerstroms bestimmt.The current proportional to the voltage at the output of the amplifier 22 reaches the analyzer 23, which determines the active and reactive components of the control current.

Zur Erweiterung der Klasse der zu messenden Werkstoffe und zur Erhöhung der Meßgenauigkeit der dynamischen Kenndaten der Werkstoffe werden in die behandelte Einrichtung zwei offene Stromkreise für die proportionale Steuerung der Bewegung der Treibspule 9 und somit des Polymer-Probestücks 2 eingeschaltet.To expand the class of materials to be measured and to increase the measuring accuracy of the dynamic characteristics of the materials are in the treated facility two open circuits for the proportional control of the movement of the drive coil 9 and thus of the polymer specimen 2 switched on.

Der Generator 24 der infraniedrigen Frequenzen mit dem einen Ausgang, der die stabilisierte Spannung der Phase 0° abgibt, die Treibspule 9, das zweite Präzisionsdämpfungsglied 28, der mit der Treibspule 9 verbundene und über das zweite Präzisionsdämpfungsglied 28 an den Ausgang des Generators 24 infraniedri-S ger Frequenzen, der die stabilisierte Spannung der Phase 0° abgibt, angeschlossene Summierverstärker 26 bilden den ersten offenen Stromkreis für die proportionale Steuerung der Bewegung der Treibspule 9; der Generator 24 der infraniedrigen Frequenzen mit dem anderen Ausgang, der die stabilisierte Spannung abgibt die gegenüber der stabilisierten Spannung mit der Phase 0° um 90° phasenverschoben ist, die Treibspule 9, das dritte Präzisionsdämpfungsglied 29 und der mit der Treibspule 9 verbundene und über das dritte Präzisions-The generator 24 of the infra-low frequencies with the one output that the stabilized voltage of the Phase 0 ° emits, the drive coil 9, the second precision damping element 28, which is connected to the drive coil 9 connected and via the second precision attenuator 28 to the output of the generator 24 infraniedri-S ger frequencies, which emits the stabilized voltage of phase 0 °, connected summing amplifier 26 constitute the first open circuit for proportional control of the movement of the drive coil 9; the Low frequency generator 24 with the other output providing the stabilized voltage the opposite of the stabilized voltage with phase 0 ° is phase shifted by 90 °, the drive coil 9, the third precision attenuator 29 and the with the Driving coil 9 connected and via the third precision

IS dämpfungsglied 29 an den Ausgang des Generators 24 der infraniedrigen Frequenzen, der die stabilisierte Spannung abgibt, die gegenüber der stabilisierten Spannung der Phase 0° um 90° phasenverschoben ist, angeschlossene Summierverstärker 26 bilden denIS attenuator 29 at the output of the generator 24 the infra-low frequencies that the stabilized voltage emits, the opposite of the stabilized Voltage of phase 0 ° is phase shifted by 90 °, connected summing amplifiers 26 form the

ίο zweiten offenen Stromkreis für die proportionale Steuerung der Bewegung der Treibspule 9.ίο second open circuit for the proportional Control of the movement of the driving spool 9.

Der durch den ersten offenen Kreis für die proportionale Steuerung der Bewegung der Treibspule 9 fließende unu der stabilisierten Spannung mit der Phase 0° des Generators der infraniedrigen Frequenzen proportionale Strom kompensiert indem er auf den Summierverstärker 26 gelangt die Wirkkomponente des Stroms des geschlossenen Nachlaufkreises, und der durch den zweiten offenen Stromkreis für die proportionale Steuerung der Bewegung der Treibspule fließende und der stabilisierten Spannung mit einer gegenüber der stabilisierten Spannung von 0° um 90° verschobenen Phase proportionale Strom kompensiert, indem er auf den Summierverstärker 26 gelangt dieThe one through the first open circuit for proportional control of the movement of the drive coil 9 flowing unu of the stabilized voltage with the phase 0 ° of the generator of the infra-low frequencies proportional current compensated by the summing amplifier 26 reaches the active component of the current of the closed wake circuit, and that through the second open circuit for the proportional control of the movement of the driving coil flowing and the stabilized tension with a Compensates current proportional to the stabilized voltage of 0 ° shifted by 90 °, by reaching the summing amplifier 26

3S Blindkomponente des geschlossenen Nachlaufkreises.3S reactive component of the closed follow-up circuit.

Mit Hilfe der Präzisionsdä-npfungsglieder 28 und 29 werden die Spannungen der offenen Stromkreise für die proportionale Steuerung der Bewegung der Treibspule 9 derart gewählt, daß die Wirk- und die Blindkomponente der Spannung, die der Wirk- und der Blindstromkomponente des geschlossenen Nachlaufkreises proportional sind, untereinander kommensurabel sind.With the help of the precision attenuators 28 and 29, the voltages of the open circuits for the proportional control of the movement of the drive coil 9 selected so that the active and reactive components the voltage, which is proportional to the active and reactive current components of the closed follow-up circuit are commensurate with one another.

Das erhöht die MeBgenauigkeit da die Analysiereinrichtung 23, die an den Generator 24 der infraniedrigen Frequenzen angeschlossen und über den Trennverstärker 25 und den Summierverstärker 26 mit der Treibspule 9 verbunden ist und die Stromkomponenten des geschlossenen Nachlaufkreises mißt, die Messungen desto genauer durchführt je weniger sich die Wirk- und die Blindkomponente des Stroms voneinander unterscheiden. This increases the accuracy of the measurement because the analyzer 23, which is connected to the generator 24 of the infra low Frequencies connected and via the isolation amplifier 25 and the summing amplifier 26 with the Driving coil 9 is connected and the current components of the closed tracking circuit measures the measurements the more precisely the less the active and reactive components of the current differ from one another.

Das hier behandelte Verfahren zur Messung der dynamischen Kenndaten und die hier behandelte Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gestatten es, die dynamischen Kenndaten der Werkstoffe bei infraniedrigen Frequenzen unterhalb von 10', IO-⁴ Hz zu messen, die Meßdauer beträchtlich zu verkürzen und die Genauigkeit der zu messenden Parameter zu erhöhen.The method dealt with here for measuring the dynamic characteristics and the device dealt with here for carrying out this method make it possible ^{to measure the dynamic characteristics of the materials at infra-low frequencies below 10 ', IO- 4} Hz, to shorten the measurement period considerably and to reduce the accuracy of the to increase the parameters to be measured.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Procedure for measuring the dynamic characteristics of materials using the method of forced vibrations of a test piece in the range of infra-low frequencies, thereby ; e indicates that

a) a control current is obtained during the measurement, which is converted into a mechanical tension of the Material test piece is converted, which the vibrations of the test piece with predetermined Amplitude and frequency guaranteed,

b) the active and reactive components of the control current separated from each other and in two compensation currents are converted, one of which with the WirV 'component of the Control current is in phase and commensurable and the second with the reactive component of the control current is in phase and commensurable,

c) the control current and the two compensation currents are summed and with the help of the Total current, which is converted into the mechanical tension of the test piece, the movement of the specimen is controlled, the active and reactive components being secondary of the control current are separated and from the sizes of the control current components, from the sizes of the compensation currents and from the specified frequency and amplitude the specimen deformation, taking into account the specimen shape, the dynamic Characteristic data of the material can be calculated.

2. Device for performing the method according to claim 1, with a drive coil, which consists of a is made in the form of a frame wound wire, on which a mirror is attached, and which in one homogeneous field of a permanent magnet is housed, with a thermal cryochamber with a Program controller of the temperature, with a specimen with two specimen holders, with their help the specimen is fixed inside the thermal cryochamber, with a rod, with a Compensator of normal stresses going through the rod with the one specimen holder and over this specimen holder is connected to one end of the specimen, the second end of the specimen over the second specimen holder and the second rod with the drive coil rigid is connected to a low-frequency generator that is electrically connected to the drive coil and is connected to an analyzer, with a prism, with two differentially switched Photocells including a total load that is optical through the prism with the mirror of the drive coil are connected to an AC voltage amplifier, which is differentially to the total load of the two connected photocells, and with a demodulator, which is connected to the AC voltage amplifier is connected, characterized in that

a) the drive coil (9) with the mirror (10) attached to it, the prism (16), the two differentially switched photo cells (17, 18) with the total load (19), the AC voltage amplifier (20), the demodulator (21), a constant

voltage amplifier (22), an isolation amplifier (25) and a summing amplifier (26) form a closed follow-up circuit,

b) a galvanometer (12) with a mirror (13) is included in the follow-up circuit, which is in the homogeneous field of the permanent magnet (11) is housed, which is also the homogeneous field represents the drive coil (9), the mirror (13) of the galvanometer (12) with the mirror (10) the drive coil (9) is optically coupled,

c) an optical quantum generator (14) via an optical modulator (15) and via the mirror (10) the drive coil (9) is optically coupled to the mirror (13) of the galvanometer (12),

d) the generator (24) of the infranlow frequencies with its one output, the one emits stabilized voltage of phase 0 °, via a precision damping element (27) with the Galvanometer (12) is connected.

3. Device according to spoke 2, characterized in that the generator (24) with its first Output via a second precision attenuator (28) and the summing amplifier (26) to the Driving coil (9) is switched

4. Device according to claim 2 or 3, characterized in that the generator (24) with his second output via a third precision attenuator (29) and the summing amplifier (26) the drive coil (9) is connected.