3. Описание лабораторной установки

Работа выполняется с помощью прибора, внешний вид которого показан на рис. 2. 2.

Рис. 2. 2. Прибор ИЧЗ-9

Рис. 2.3. Схема испытательного стенда

Установка состоит из прибора ИЧЗ-9, предназначенного для измерения частот собственных колебаний образцов изделий из полимерных, керамических, металлических и других материалов в диапазоне 100 … 10000 Гц резонансным методом, и испытательного стенда для размещения исследуемого образца.

Прибор ИЧЗ-9 содержит генератор низкочастотных колебаний, усилитель, электронно-лучевой индикатор и два преобразователя, связанные с контролируемым образцом (изделием). Механические колебания изделия возбуждаются преобразователем, питающимся от генератора.

Вторым преобразователем механические колебания изделия преобразуются в электрические и после усиления поступают на вертикально-отклоняющие пластины электронно-лучёвой трубки и на индикатор.

Частоты собственных колебаний образца (изделия) определяются по максимуму вертикального отклонения луча электронно-лучевого или стрелочного индикатора и отсчитываются по шкале электронного генератора.

Испытательный стенд (рис. 2.3) представляет собой станину 1 с двумя направляющими стержнями, по которым перемещаются корпуса 3 с установленными в них преобразователями 4. Перемещение корпусов 3 осуществляется вращением стержня 2 при освобожденных винтах фиксации опор 5, 19. Высота установки преобразователей регулируется поворотом фланца 6. В нижней части станины имеется шасси с элементами присоединения питания и коммутации преобразователей. Стенд также содержит передвижные опоры 7 для установки образцов (изделий) при изгибных колебаниях.

Рис. 2.4. Схема соединений стенда

4. Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с устройством установки.

2. Произвести штангенциркулем измерения длины l (м), ширины b (м) и толщины (м) испытуемого образца. Измерения ширины и толщины производятся в 3 ... 5 точках по длине образца; расчётными значениями являются средние арифметические полученных результатов. Определить массу образца m (кг) взвешиванием на электронных весах.

3. К испытуемому образцу в местах возбуждения колебаний наклеить пластины из ферромагнитного материала.

4. Установить образец широкой стороной на опоры, расположив их на расстоянии 0,224 длины образца от его торцов (см. рис. 2.4).

5. Расположить преобразователи на образце под пластинами из ферромагнитного материала. Расстояние между образцом и преобразователями должно быть минимальным.

6. Осуществить подготовку измерительного прибора к работе:

• заземлить прибор;

• присоединить к прибору сетевой кабель;

• ручки «Вых. напр.», «Усиление X», «Усиление У» повернуть в крайнее левое положение; тумблер «Ослабление» переключить в нижнее положение;

• соединить выходным кабелем разъем «Выход» на панели блока генератора и разъем «Выход ИЧЗ» на испытательном стенде;

• соединить кабелем питания разъем «Питание стенда» на блоке индикатора и разъем «Питание» на стенде;

• соединить кабелем разъем «Вход» на блоке усилителя и разъем «Вход ИЧЗ» на стенде;

• кабели приёмника и возбудителя присоединить к гнездам «Приёмник» и «Возбудитель» на панели стенда;

• включить кабель питания в сеть;

• включить прибор тумблером в положение «Вкл.»;

• переключатель «Индикатор» поочередно переключить на измерения «И_а» и «И_н» (стрелка прибора должна находиться в пределах зеленой и красной зоны);

• регулировкой ручек перемещения луча на экране электронно-лучевого индикатора установить луч в центре экрана.

7. Произвести измерения частоты первой формы собственных изгибных колебаний образца:

• ручкой «Вых. напр.» по индикатору в положении переключателя «Индикатор – И_ген» предварительно установить амплитуду сигнала, подаваемого на преобразователь-возбудитель;

• установить частоту генератора, при которой амплитуда колебаний образца, контролируемая по изображению одной из фигур Лиссажу на электронно-лучевом индикаторе и индикатором при установке переключателя «Индикатор» в положение. «И_усил», имеет максимальное значение.

• перед отсчётом значения частоты собственных колебаний образца проверить кратность частот возбуждения и колебания образца по фигурам Лиссажу (см. рис. 2.6): ручкой «Усиление X» установить такую амплитуду горизонтальной развертки, чтобы изображение находилось в пределах экрана электронно-лучевого индикатора (кратности частот 1: 1 соответствует изображение в виде эллипса, см. рис. 2.6);

• снять значение частоты собственных изгибных колебаний образца по шкале «Частота» (указатель шкалы «Декремент» прибора должен находиться на нулевой отметке).

7. Погрешность измерений собственной частоты изгибных колебаний образца f составляет 2% + 1Гц. Действительное значение измеряемой величины находится как среднее арифметическое трех результатов измерений из соотношения:

где n - число наблюдений (n=3); - результат i-го наблюдения.

7. Вычислить модуль упругости Е материала образца:

где - длина, ширина и толщина образца; m – масса образца; f₁ - частота первой формы собственных изгибных колебаний образца.

10. Результаты измерений и вычислений внести в отчёт по лабораторной работе.

Рис. 2.5. Фото испытательного стенда с испытываемым образцом

Рис. 2.6. Форма фигуры Лиссажу (эллипс) при совпадении частоты возбуждающего генератора и резонансной частоты образца (на частотомере видно значение частоты – 217 Гц.).

Рис. 2.7. Фигуры Лиссажу при разной кратности частот возбуждающего генератора и собственной резонансной частоты образца