imbunatatire a aparatului pentru masurarea comportamentului ...

“CONSTANTIN BRÂNCUSI” UNIVERSITY – ENGINEERING FACULTYUNIVERSITY’S DAY8 th INTERNATIONAL CONFERENCETârgu Jiu, May 24-26, 2002Târgu Jiu, Geneva Street, nr.3, 1400, Gorj, România,Tel.+4053215848, Fax+4053214462, www.utgjiu.roO IMBUNĂTĂŢIRE A APARATULUI PENTRU MĂSURAREACOMPORTAMENTULUI ELASTIC ŞI VÂSCOS PENTRU CAUCIUCMihăilescu Adrian, "Constantin Brâncuşi" Ş.L. Dr.Ing Universitatea„Constantin Brâncuşi”,Tg-Jiu,Grofu Florin, "Constantin Brâncuşi" Asist. Ing Universitatea „ConstantinBrâncuşi”, Tg-JiuPopescu Marian, "Constantin Brâncuşi" Asist. Ing. Universitatea„Constantin Brâncuşi”, Tg-JiuBorcoşi Ilie, "Constantin Brâncuşi" Asist. Ing. Universitatea „ConstantinBrâncuşi”, Tg-JiuABSTRACTThis paper shows how to start from a device that measures elastic modulus of rubber duringvulcanization (elastic behavior) we can obtain elastic modulus, viscous modulus and tangent δ.1 INTRODUCEREÎnainte de a studia aparatul să definim ce este vîsco-elasticitatea.1.1 ElasticitateaTeoria elasticităţii are legătură cu propietăţile mecanice ale solidelor elastice.În acord culegea lui Hook, deformarea este direct proporţională cu forţa ( pentru deformaţii mici) şideformarea este independentă de viteza de variaţie a forţei ( Exemplu: deformarea unui arcelastic).În concluzie, pentru un comportament elastic:-deformarea este proporţională cu forţa;-deformarea este independentă de viteza de variaţie a forţei;-energia de deformare este memorată.1.2 PlasticitateTeoria plasticităţii are legătură cu prkoprietăţile lichidelor vâscoase. În acord cu teoria luiNewton, deformarea este direct proporţională cu viteya de variaţie a forţei ( Exemplu:mişcarea unei bucăţi de lemn în apă).În concluzie, pentru un comportament vâscos:-deformarea nu este proporţională cu forţa;-deformarea este proporţională cu viteza de variaţie a forţei;-energia de deformare se pierde.

2 DESCRIEREA APARATULUI ŞI A FUNCŢIONĂRII ( SOLUŢIA INIŢIALĂ)În figura 1 este preyentat aparatul cu un sistem cu disc oscilant. O probă de polimer esteintrodusă intr+o matriţă aflată intre două platane încălzite electric. Discul oscilează cu un arcmic de ±1,3 sau 5 grade cu ajutorul unui excentric ataşat unui motor electric. Motorul folositare turaţia de 100 rot-min. Mişcarea este transmisă de la excentric printr-un braţ, pe care esteataşată o punte tensometrică, la discul oscilant.Forţa necesară pentru oscilaţia discului, aplicată astfel polimerului, este măsuratăelectronic de traductorul reprezentat de puntea tensometrică.Puntea tensometrică este excitată cu o sursă de curent continuu ( figura 2 ). Forţa aplicatădiscului, determină o tensiune proporţională cu gradul de vulcanizare al cauciucului. Aceastătensiune este convertită în semnal de curent continuu de un convertor CA/CC.Convertorul constă din două detectoare de proximitate şi un magnet permanent care esterotit.CilindruExcentriMagnetDetector deproximitateCondensator deesantionareFig.1Cilindru pneumaticRezistenţă electrică0DiscPunteBraţReductorMotorRoată cu magnetAC/DCconvertorSursa de tensiunecontinuăDetector deproximitateMagnetRoata cu magnetRecorderFig.2

forţa maximă (figura 3). Această curbă este memorată şi va fi folosită ca un standard pentrufiecare probă de cauciuc supusă analizei.Pentru fiecare probă analizată, aparatul va determina modulul vâsco-elastic S * pentruacelaşi număr de puncte ca şi în cazul probei etalon.DAS primeşte semnale de la cele două detectoare de proximitate pentru a punctamomentul când elongaţia este maximă.Se ştie că:S ’ = S * cosδS * = S * sinδCând un detector de proximitate trimite un semnal la DAS, se măsoară eşantionul n 1 şiS* n1 = S ’ maxSe va determina eşantionul maxim, notat cu S * n0, din valorile înregistrate de DAS, carereprezintă modulul vâsco-elastic maxim (eşantionul n 0 ).Deoarece:S* enS' n11S* en=S' nputem determina S ' n0:S' nS ' n 0=S*1 n0S* en1şi apoi S '' n0:00S ” n0=S ” en0-S ’ n 0 .Astfel se pot deduce curbele S ’ şi S ” în funcţie de timp. Diferenţa de timp dintreeşantioanele n 1 şi n 0 indică defazajul δ.PuntetensometricăDASPCSursă de tensiunecontinuăDetector deproximitateRoatăcu magnetFig.5

4 IMPLEMENTARE HARDWAREPentru realizarea noului sistem sunt necesare următoarele (figura 6:- sistemul cu microcontroler (1) care are rolul de a realiza conversia analog nemerică, de aindica starea detectoarelor de proximitate şi a diferitelor contacte electrice şi de a trimiterezultatele obţinute la PC;- modulul de comunicaţie (2) care are rolul unei interfeţe seriale (RS 232) întremicrocontroler şi PC;-sistemul de intrări digitale (3), care are rolul să preia starea diferitelor contacte electrice şisă le transforme în semnale digitale transmiţându-le la PC;- convertorul rezistenţă-tensiune (4), care are rolul de a furniza la ieşirea sa o tensiune de1÷3V pentru o plajă de temperatură de 100-300°C;- amplificatorul de instrumentaţie (5), care este realizat cu circuitul integrat INA 110 şicare realizează amplificarea difernţială a semnalului măsurat de puntea tensometrică 6,pentru a obţine la ieşirea sa un semnal de 0÷4V;- convertorul analog numeric (7) care face transformarea analog numerică a semnaluluianalogic masurat şi care este realizat cu circuitul integrat MCP 3208.Programul implementat pe PC trimite sistemuli cu microcontroler timpul dintre douăconversii analog numerice. Sisteemul cu microcontroler primeşte această valoare şi aşteaptăînchiderea contactului ON. Prima conversie va fi determinată de acţionarea detectorului deproximitate SW1. După aceea, sistemul cu microcontroler va trimite permanent valoareamăsurată a semnalului de la puntea tensometrică cu frecvenţa de eşantionare prescrisă. Acestciclu se va opri la o nouă transmise de la PC.Când SW 1 este închis sistemul va trimit la PC un eşantion de 12 biţi şi un cod de 4 biţi custarea contactelor electrice. După aceea se vor transmite valorile de temperatură T 1 şi T 2 , arecelor 2 platane şi se va face o noouă conversie a semnalului.

Punte(6)ReometruSW 1 SW 2 ONAmplificatorde (5)instrumentaţieConvertorR – U(4)ConvertorR – U(4)A=2Tensiune dereferinţă4096 CAN (7)Module decomunicaţieRS 232/485(2)5.CONCLUZIISistem cumicrocontroler(1)Fig.6Bloc intrărinumerice(3)Noul aparat poate contribiui la creşterea calităţii in industria cauciucului şi a polimerilor.Datele furnzate în final indică informaţii importante despre calitatea şi elsticita teacauciucului obţinut6. BIBLIOGRAFIE1. Instruction Manual for Rheometer, Mitsubishi Heavy Industries Ltd., NagasakiShipyard & Engine Works, February 1982.