專利名稱：一種高分子材料動態力學分析設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及熱分析技術領域，尤其涉及一種高分子材料動態力學 分析設備。
背景技術：
在高分子材料動態力學性能研究領域中，動態力學試驗是必不可 少的。高分子材料是一種粘性物質，在交變力的作用下，其彈性部分 及粘性部分均有各自的反應，且隨溫度的變化而改變。高分子材料的 動態力學分析方法有很多，其中以自由振動的扭辮分析和扭擺分析最 為簡便實用。扭辮分析的基本原理在二十世紀六十年代由美國
J. LGillham教4受提出。它通過扭轉涂有試樣的扭辮，測量試樣物質 在振蕩負荷下的動態模量。但傳統的扭辮法需要大量繁重的人工控制， 難以保證測試操作和結果的穩定性與正確性。采用程序控制溫度下，
自動測量獲得物質在振蕩復核下的動態模量或阻尼隨溫度變化的數 據，能夠使科研人員從繁重的測試和數據處理活動中解放出來，為研 究高分子材料運動行為的研究提供極大方便。
目前只有國外少數國家批量生產這種設備，但價格昂貴。并對中 國封閉此技術。隨著國內對高分子材料研究的擴大，對此類設備的需 求也曰益增力口。
為了滿足對高分子材料動態力學分析的需要，設計一種基于扭辮 原理的高分子材料動態力學分析設備，將有十分重要的意義
發明內容
本發明針對上述現有技術的問題和不足之處，提供了 一種高分子 材料動態力學分析設備。
本發明是這樣實現的
一種高分子材料動態力學分析設備，該設備包括扭辮固定及控 制裝置、溫度控制裝置、數據采集裝置以及主控制器。
所述扭辮固定及控制裝置，用于固定扭辮，并扭動辮絲；
所述溫度控制裝置，用于控制試樣物質的實驗溫度；
所述數據采集裝置，用于釆集試樣物質的溫度以及振幅等數據；
所述主控制器，用于實現對上述三種裝置的協調控制。
優選地，所述扭辮固定及控制裝置分為傳動齒輪盤、慣性盤以及 玻璃纖維扭辮三部分。傳動齒輪盤在啟動電機的控制下扭動玻璃扭辮， 帶動慣性盤擺動。
所述扭辮固定及控制裝置進一步包括磁穩定器，用于固定慣性盤， 使其保持軸向轉動。
優選地，所述溫度控制裝置由電爐絲實現加熱功能，由液氮實現 制冷功能。
優選地，所述數據采集裝置包括溫度數據采集裝置和偏振數據釆 集裝置。溫度采集裝置為柏電阻。
所述偏振數據采集裝置進一步包括光源、慣性盤上的偏振片， 底部偏振片，4交基電才幾，光電池。工作時，光源可以透過兩塊偏振片 照射到光電池上，光電池將不同強度的光信號轉化為不同的電信號， 實現偏振數據采集。校基電機與底部偏振片相連，實現較準。優選地，所述校基電機為步進電機。
從上述技術方案可以看出，本發明提供的高分子材料動態力學分 析設備，具備了對高分子材料在不同溫度下的扭辮分析的基本功能， 包括扭辮控制、溫度控制與數據釆集。該設備提供了最大的可適應性。 可與不同的軟件系統組合、保證多數高分子動態力學分析的需要。對 于高分子動態力學研究具有重要的作用。
圖1為本發明提供的高分子材料動態力學分析設備結構框圖； 圖2為依照本發明實施例提供的高分子材料動態力學分析設備系 統結構示意圖3為依照本發明實施例提供的高分子材料動態分析設備樣品爐 示意圖。
具體實施例方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具 體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細i兌明。
如圖1所示，圖1為本發明提供的高分子材料動態力學分析設備 結構框圖，該設備至少包括扭辮固定及控制裝置10、溫度控制裝置11、 數據釆集裝置12、主控制器13。
其中，扭辮固定及控制裝置IO用于固定涂有試樣物質的扭辮，并 在主控制器13的作用下對扭辮施加扭力。溫度控制裝置11用于在主 控制器13的作用下，對試樣物質逐步增溫或者降溫，實現對實驗的溫 度自動控制。數據采集裝置12用于在主控制器13的作用下，實現對實驗數據的實時采集。
基于圖1所述的高分子材料動態力學分析設備結構框圖，以下結 合具體的實施例對本發明的結構進一步說明。
實施例
如圖2所示，圖2為依照本發明實施例提供的高分子材料動態力 學分析設備系統結構示意圖。高分子材料動態力學分析設備中的主控 制器釆用雙處理器系統(MCU1、 MCU2)。處理器均采用AT89S52。其中 MCU1主要負責整個系統的協調和控制。通過USB通信電路作為一個USB 設備與PC主機通信、通過步進電機驅動電路控制步進電機，以完成實 驗的自動啟動和調整、通過數據采集電路將從光電池獲取的光信號轉 化為電信號，最終得到有用的實驗數據。MCU2主要負責系統內與溫度 相關的部分包括通過溫度采集電路監測樣品爐內的實時溫度，通過軟 件實現的模糊控制器根據實時的溫度值啟動可控硅控制電路控制可控 硅的導通，通過電爐絲提供給樣品爐適當的加熱功率。兩個MCU各自 擁有獨立的系統總線，能獨立完成本系統的工作。兩個系統的系統總 線匯聚到了 DS1609處。DS1609是DALLAS MAXIM/^司生產的雙端口 RAM， 大小為256字節，屬大^L才莫CMOS器件，具有兩個獨立的端口，各自擁 有一套相應的凄t據/地址復用總線和控制總線，控制信號有讀、寫和片 選。該器件允許兩個端口獨立地對存儲器單元進行存取操作。
高分子材料動態力學分析設備中的主控制器進一步包括一個USB 通信電路主要負責控制器與主機的通信。它向主機提供了一個USB接
口 。 USB通信電^各主要由一個USB4妄口芯片------Philips半導體/^司
的PDIUSBD12構成。高分子材料動態力學分析設備中的主控制器進一步包括一個數據 采集電路，光電池的輸入信號經數字電位器調整后，經兩級運算放大 器放大，最后經模數轉換器轉換為數字量送給系統總線，實現對扭矩 數據的采集。
高分子材料動態力學分析設備中的主控制器進一步包括一個溫度 采集電路，由一個恒流源和鉑電阻組成。實現對溫度數據的采集。
高分子材料動態力學分析設備中的主控制器進一步包括一個步進 電機電^各，通過程序控制電才幾的旋轉。
高分子材料動態力學分析設備中的主控制器進一步包括一個可控 硅電路，它由過零檢測電路和可控硅觸發電路組成。過零檢測電路的
作用在于當220v交流電壓值^妄近Ov時，給出一個脈沖的下降沿，當 電壓值離開Ov時，給出這個脈沖的上升沿，這樣可以避免二次觸發， 增加了控溫的精度。MCU2得到這個過零脈沖后，由算出的加熱量轉化 為定時器的初值，當定時器溢出時，給出可控硅的觸發脈沖。
扭辮固定及控制裝置10、溫度控制裝置11、數據采集裝置12共 同組成樣品爐。樣品爐在主控制器的控制下進行工作。
如圖3所示，圖3為依照本發明實施例提供的高分子材料動態分 析i殳備樣品爐示意圖。樣品爐中間圓形部分為樣品室，樣品室內有個 "恒溫區，，，恒溫區內溫度可以控制，升溫靠電熱絲加熱，通入液氮可 將恒溫區內溫度降至-160。C以下。鉑電阻為測溫元件，4寺測樣品(將 高分子材料涂在玻璃絲辮子上或壓在玻璃絲布上)夾持在兩金屬桿上， 上桿有一個帶齒輪的圓盤，通過步進電機(啟動電機)驅動并使樣品 扭轉。下桿連有一慣性圓盤，中間貼有一偏振光片，在偏振片上方置有一光源，另在圓盤下方還有一與圓盤上偏振片平行放置的偏振片， 可通過步進電機(較基電機)使其轉動。通過慣性圓盤的轉動，光源 可以透過兩塊偏振片照射到光電池上，光電池是感光元件，用它接收 不同強度的光信號并轉化為不同的電信號。爐體的底部的磁穩定器用 于固定慣性圓盤使其只能軸向的轉動。
以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果 進行了進一步的詳細說明。所應理解的是，以上所述僅為本發明的具 體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內， 所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍 之內。
權利要求
1.一種高分子材料動態力學分析設備，該設備包括扭辮固定及控制裝置，用于固定扭辮，并扭動辮絲；溫度控制裝置，用于控制試樣物質的實驗溫度；數據采集裝置，用于采集試樣物質的溫度以及振幅等數據；主控制器，用于實現對上述三種裝置的協調控制。
2. 根據權利要求1所述的一種高分子材料動態力學分析設備，其特征 在于，所述設備中，釆用傳動齒輪盤、慣性盤固定玻璃纖維辮絲。
3. 根據權利要求1所述的一種高分子材料動態力學分析設備，其特征 在于，所述設備中，釆用磁穩定器固定慣性盤。
4. 根據權利要求1所述的一種高分子材料動態力學分析設備，其特征 在于，所述設備中，采用步進電機與底部偏振片相連，實現較準。
5. 根據權利要求1所述的一種高分子材料動態力學分析設備，其特征 在于，所述設備中，采用電爐絲實現加熱功能，由液氮實現制冷功
全文摘要
本發明涉及熱分析技術領域，公開了一種高分子材料動態力學分析設備。該設備包括扭辮固定及控制裝置、溫度控制裝置、數據采集裝置以及主控制器。所述扭辮固定及控制裝置分為傳動齒輪盤、慣性盤以及玻璃纖維扭辮三部分。傳動齒輪盤在啟動電機的控制下扭動玻璃扭辮，帶動慣性盤擺動。所述溫度控制裝置由電爐絲實現加熱功能，由液氮實現制冷功能。所述數據采集裝置包括溫度數據采集裝置和偏振數據采集裝置。利用本發明的設計，實現了高分子材料力學性能的自動、可靠分析，滿足了日益增長的對高分子材料分析的實際需求。
文檔編號G01N11/00GK101561377SQ20081005060
公開日2009年10月21日 申請日期2008年4月16日 優先權日2008年4月16日
發明者王力風, 胡成全 申請人:長春元誠科技有限責任公司