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Vorrichtung zur automatischen und kontinuierlichen Bestimmung des
dynamischen Moduls eines Hochpolymers Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung
zur- Bestimmung des dynamischen Moduls von Hochpolymeren und dgl..
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Aus der US-Patentschrift 3 132 509 ist bereits ein Verfahren zur Bestimmung
des dynamischen Moduls von Hochpolymeren bekannt. Das Hauptmerkmal dieses bekannten
Verfahrens besteht darin, daß eine aus einem Hochpolymer bestehende lange und dünne
Probe zwischen ihren beiden Enden derart getragen wird, Gr- fS eine Schwingungswelle
von dem einen Ende zu dem anderen Ende hin geleitet werden kann. Dabei vorgenommene
Phasenmessungen der Schwingungswelle erfolgen an zwei voneinander getrennten Punkten
auf der Probe, und zwar-durch Verwendung von zwei Spannungs- oder Dehnungsmessern.
Die Phasendifferenz der Schwingungswelle wird dabei zwischen den beiden Punkten
bestimmt. Zur Bestimmung der Phasendifferenz in dieser Weise müssen Ausgangsspannungen
der beiden Spannungs- oder Dehnungsmesser jedoch verstärkt werden, so daß ihre Amplituden
einander gleich sind. Deshalb sind entsprechende Einstellungen der Verstärkungen
der Verstärker erforderlich, und diese Einstellungen erfordern manuelle Betätigungen.
Aus diesen Gründen kann das dynamische Modul nicht automatisch
und
kontinuierlich bestimmt werden. Mit anderen Worten ausgedrückt heißt dies, daß durch
das in der genannten US-Patentschrift 3 132 509 beschriebene Verfahren eine messung
einer Änderung eines dynamischen Moduls, wie sie durch eine aufeinanderfolgende
Änderung der Temperatur hervorgerufen wird, nicht automatisch und fortwahrend ausgeführt
werden kann.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, einen Weg zu zeigen,
wie eine durch aufeinanderfolgende Temperaturänderungen bewirkte Änderung eines
dynamischen Moduls eines Hochpolymers mit Hilfe eines X-Y-Kurvenschreibers aufgezeichnet
werden kann.
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Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe mit Hilfe einer Vorrichtung
zur automatischen und kontinuierlichen Bestimmung des dynamischen Moduls eines Hochpolymersunter
Verwendung eines Probenofens, dessen Innentemperatur veranderbar ist und in dem
die beiden Enden einer Probe des Hochpolymers zwischen zwei Klemmen befestigt sind
erfindungsgemaß dadurch, daß an eine der beiden Klemmen ein Differentialübertrager
angeschlossen ist, daß an den Differentialübertrager eine Schwingeinrichtung angeschlossen
ist, daß mit der anderen Klemme eine Spannungsmeßeinrichtung verbunden ist, daß
mit der Spannungsmeßeinrichtung ein Servomotor verbunden ist, daß zwischen dem Spannungsmeßgerät
und dem Servomotor ein Spannungsregler geschaltet ist, der auf die Probe eine Spannung
auszuüben vermag, die proportional der Schwingspannung ist, daß ein Phasendifferenzdetektor
zwischen dem Ausgang des Differentialübertragers und der Spannungsmeßeinrichtung
geschaltet ist, daß ein Kosinus-Potentiometer an den Ausgang des Phasndifferenzdetektors
geschaltet ist, daß zwischen dem Ausgang des Differentialübertragers und dem Ausgang
des Spannungsmeßgerats eine Teilereinrichtung geschaltet ist, die die Ausgangsspannung
des Spannungsmeßgeräts durch die Ausgangsspconnung
des Differentialübertragers
dividiert, daß zwischen dem Ausgang des Kosinus-Potentiometers und dem Ausgang der
T eilere inrichtung eine Multipliziereinrichtung geschaltet ist, die die Ausgangsspannung
des -Kosinus-Potentiometers mit der Ausan.sspannung der Teilereinrichtung multipliziert,
daß an den Ausgang der Multipliziereinrichtung ein logarithmisches Potentiometer
angeschlossen ist, das die von der Multipliziereinrichtung, gelieferte Ausgangsspannung
logarithmisch zu komprimieren erlaubt, und daß an den Ausgang des Phasendifferenzdetektors
und an den Ausgang der Multipliziereinrichtung ein X-Y-Kurvenschreiber angschlossn
ist, der eine Änderung des dynamischen Moduls des Hochpolymers in Abhangigkeit von
der Xnderung der Temperatur des Probenofens auf einem Aufzeichnungspapier aufzuzeichnen
erlaubt.
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Die Erfindung bringt gegenüber dem aus der obengenannten US-Patentschrift
bekannten Verfahren Vorteil mit sich, daß eine Probe einer Spannung ausgesetzt wird,
die pro-portional der Schwingungsdehnung bzw. -spannung ist. Auf diese Weise ist
ein Entspannen der Probe bei dessen Verlängerung infolge einer Temperaturerhöhung
vermieden. Ferner ist keine manuelle Einstellung erforderlich, um die Verstärkungen
der beiden Verstarker einander anzugleichen. Im vorliegenden Fall geschieht mit
eine solche Angleichung/einer Schaltungsanordnung, zu der ein Phasendifferenzietektor
aus Schmitt-Triggerschaltungen, NOR-Gliedern und einem UND-Glied gehört. Schließlich
wird auf einem Aufzeichnungspapier eine reelle Zahl in einer komplexen Zahl-eines
dynamischen Moduls aufgezeichnet. Diese Zahl ist logarithmisch komprimiert; sie
würde sonst eine mehrstellige Zahl sein.
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An Hand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt in einem Schaltplan den Aufbau einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur automatischen und kontinuierlichen Bestimmung des dynamischen Moduls.
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Fig. 2 zeit in einem Signaldiagramm den Verlauf von Signalen, an Hand
welcher der Betrieb eines in der erfindungsgemaßen Vorrichtung vorgesehenen Phasendifferenzdetektors
erläutert werden wird.
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Gemäß Fig. 1 ist eine aus einem Hochpolymer bestehende Probe 1 zwischen
zwei Klemm.en 4 und 5 in einem Probenofen 3 angeordnet. Die Innentemperatur des
Ofens 3 kann mit Hilfe einer Frogrammiereinrichtung 2 erhöht werden. Die Anschlußklemme
4 ist über einen Differentialübertrager 6 mit einer Schwinge in richtung 7 fest
verbunden. Diese Schwingeinrichtung 7 ruft in der Probe 1 eine Schwingung hervor.
Die Anschlußklemme 5 ist über einen Spannungs- bzw. Dehnungsmesser 8 mit einem Servomotor
9 fest verbunden. Der Servomotor 9 dient dazu, die Probe 1 an einer Entspannung
zu hindern, wie sie durch Erhöhen der Innentemperatur des Ofens 3 bewirkt wird.
Der Servomotor 9 wird automatisch durch eine Spannungsregelein richtung 10 gesteuert.
Wird die Temperatur in dem Probenofen 3 erhöht, so wird die Probe 1 weich. Damit
nimmt die Probenlänge zu, was dazu führt, daß die Probe 1 spannungslos und schlaff
wird. Diese Erschlaffung der Probe 1 verhindert eine Übertragung der durch die Schwingungseinrichtung
7 erzeigten Schwingspannung auf den Spannungsmesser 8. Zum ordnungsgemäßen Betreiben
des Spannunsmessers 8 ist es daher erforderlich, die Anschlußklemme 5 in geeignete
Richtun zu bewegen, und zwar derart, daß eine geeignete Spannung auf die Probe 1
ausgeübt wird und damit die Spannungslosigkeit von der Probe 1 verschwindet. Diese
Bewegung der Klemme 5 in die richtige Richtun?bewirkt der Servomotor 9, und zwar
in Abhängigkeit vom Betrieb der psnnungsre:eleinrichtun- 10. Die beiden Ausgangsspannungen
von dem Differenzübertrager 6 und von dem Spannungsmesser 8 werden einem Phasendifferenzdetektor
13 zugeführt, nachdem sie mittels der Verstärker 11 und 12 in der Amplitude hinreichend
verstückt worden sind, um den Phasendifferenzdeteltcr 1 steuerung r'- ?- t en. Der
Phasendifferenzdetektor
13 enthält Schmitt-Triggerschaltungen,
NOR-Glieder und ein UND-Glied.
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An Hand der in Fig. 2 dargestellten Signalfolgen soll nunmehr die
Betriebsweise des Phasendifferenzdetektors 13 erlautert werden. Mit aO ist eine
Signalfolge bezeichnet, wie sie durch Verstärkung der Ausgangsspannung des Differentialübertragers
6 geliefert wird. Mit b ist eine Signalfolge bezeichnet, wie sie durch Verstärkung
der Ausgangsspannung des Spannungsmessers 8 geliefert wird. Werden die beiden Signalfolgen
aO und bo den Schmitt-Triggerschaltungen zugeführt und erfolgt eine Pegelbegrenzung
auf einem Pegel, der so niedrig wie möglich ist, so werden Rechteckwellen a1 und.b1
gebildet.
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Werden diese Rechteckwellen a1 und b einem NOR-Glied und einem UND-Glied
zugeführt, so werden Rechteckwellen c1 und d1 erzeugt. Diese Rechtecksignale c1
und d1 werden dann einem weiteren NOR-Glied zugeführt, um Impulssignale e1 e1. ...
zu erzeugen. Durch Bestimmung des Mittelwertes der Tmpulsbreiten der Impulssignale
e1, e'1 .... kann die Phasendifferenz zwischen den Signalfolgen aO und bo bestimmt
werden. Durch dieses Verfahren kann also die Phasendifferenz ohne irgendeine Verbindung
der Signalfolgen aO und b mit den Spannungspegeln bestimmt werden. Ein Schmitt-Trigger
-spricht auf Nulldurchgänge- einer Signalfolge an; er kann aber auch so betrieben
werden, daß er die Signal folgen aO und bo bei einem konstanten Pegel triggert,
der sehr niedrig ist. Dies führt dazu, daß die erzielten Rechteckwellen a1 und b1
in der Praxis v-erwendet werden können. Der riggerbetrieb des Schmitt-Triggers ist
somit als unabhängig von dem- Spannungspegel der Signalfolgen aO und bo zu betrachten.
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Die von dea Differentialübertrager 6 und dem Spannwngs messer 8 geliefeften
und mit Hilfe der Verstärker mit Hilfe der Verstärker 11 nnd 12 verstärkten Ausgangsspannungen
werden mit Hilfe von Gleichrichtern 14 und 15 gleichgerichtet. Diese gleichgerichtetqen
Ausgangsspannungen
werden einem Teiler oder Untersetzer 16 zugeführt, wobei die Ausgangsspannung des
Gleichrichters 15 durch die Ausgangsspannung des Gleichrichters 14 dividiert wird,
und zwar derart, daß eine Ausgangsspannung abgegeben wird, die proportional dem
dynamischen Modul der Probe 1 entsprechend folgendem Ausdruck ist:
Hierin bedeuten E' und E" eine reelle Zahl und eine imaginäre Zahl in einer komplexen
Zahl des dynamischen Moduls.
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Die Ausgangsspannung, die proportional der durch den Phasendifferenzdetektor
13 bestimmten Phasendifferenz # ist, wird einem Kosinus-Potentiometer 17 zugeführt,
wodurch eine Ausgangsspannung erzeugt wird, die proportional dem Kosinus & ist.
Diese dem Kosinus S proportionale Ausgangsspannung und die dem dynamischen Modul
proportionale Ausgangsspannung, die durch den Teiler 16 festgelegt ist, werden einerMultipliziereinrichtung
18 zugeführt. In dieser Multipliziereinrichtung 18 werden die beiden Ausgangsspannungen
derart miteinander multipliziert, daß eine Spannung abgegeben wird, die dem Wert
E' proportional ist und die folgendem Ausdruck genügt.
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Diese dem '4ert E' prosortionale Spannung wird mit Hilfe eines logar-thnisihe;
Patentiometers 19 logarithmisch komprimie@t it@ @@kompris Wert proportionale @@n@@@@@@
@sen @@@@@@@@ Welche dirch den
Phasendifferenzdetektor 13 bestimmt
ist, proportionale Ausgangsspannung, werden einem X-X-Kurvenschreiber 20 zugeführt.
Diesem Kurvenschreiber 20 wird ferner eine Information über die Temperatur des Prûf-oder
Probenofens 13 zugeführt. Somit kann auf einem Aufzeichnungspapier des X-T-Kurvenschreibers
20 eine Xnderung des dynamischen Moduls in Abhangigkeit von aufeinanderfolgenden
Änderungen der temperatur in dem Probenofen 3 aufgezeichnet werden.