Устройство для определения жиропроницаемости полимерных материалов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ши1 опрони1Щ:мостй ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ , содержащее камеру подачи исследуемой среды, измерительную камеру, соединенную с камерой подачи исследуемой среды при помощи системы крепления , пружину сжатия и два электрода , расположенные в измерительной камере , при этом один из электродов размещен в стенке, а другой - внутри измерительной камеры, причем нижний торец второго электрода поджат пружиной сжатия и примыкает боковой поверхностью к стенкам камеры, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности определения путем исключения погрешности, обусловленной заклиниванием подвижного электрода , измерительная камера дополнительно снабжена двумя направляющими стержнями, второй пружиной, сжатия, поджимающей верхний торец второго электрода, внутри которой пропущен первый направляющий стержень, жестко прикрепленный к верхнему торцу второго электрода, а к нижнему торцу жестко прикреплен второй направляющий стержень с навитой на нем первой пружиной сжатия, причем устройство снабжено, также регулятором жесткости 5 пружины, соединенным с первой пружиСО ной сжатия, а количество рабочих сг витков второй пружины сжатия определяется по формуле ),-1 Лу -2цпя угЮу где 2 количество витков второй пружины сжатия; 4 1 - количество витков первой пружины сжатия. с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А (19) (11) 4(511 G 01 N 15/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

А0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ к двтоискомм свидетяльстам (21) 3636457/24-25 (22) 30.08.83. (46) 07.03.85. Бюл. N- 9 (72} А.Н. Щеглов, В.А. Муцмахер, Т.В. Иванова, В.Е. Гуль и Н.А. Тарасова (53) 539.217. 1(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 681353, кл. 6 01 N 15/08, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

У 968708, кл. G 01 N 15/08, 1981 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ЖИРОПРОНИЦАЕИОСТИ ПОЛИИЕРНЫХ NATKPHAЛОВ, содержащее камеру подачи исследуемой среды, измерительную камеру, соеднненную с камерой подачи исследуемой среды при помощи системы крепления, пружину сжатия и два электрода, расположенные в измерительной камере, при этом один из электродов размещен в стенке, а другой — внутри измерительной камеры, причем нижний торец второго электрода поджат пружиной сжатия и примыкает боковой поверхностью к стенкам камеры, о т л ич а ю щ е е с я- тем, что,. с целью повьппення точности определения путем исключения погрешности, обусловленной заклиниванием подвижного электрода, измерительная камера дополнительно снабжена двумя направляющими стержнями, второй пружиной. сжатия, поджимающей верхний торец второго электрода, внутри которой пропущен первый направляющий стержень, жестко прикрепленный к верхнему торцу вто" рого электрода, а к нижнему торцу жестко прикреплен второй направляю-щий стержень с навитой на нем первой пружиной сжатия, причем устройство снабжено также регулятором жесткости пружины, соединенньпч с первой пружиной сжатия, а количество рабочих витков второй пружины сжатия определяется по формуле

4 = 4 — 1 для (10 ° 1 =1 -2 для 2 10

2 ) 2 1 У где (— количество витков второй

2 пружины сжатия;

1, — количество витков первой пружины сжатия.

-(ДлЯ1 «0 l 1

= I,-2 ДЛЯ > 1О, 3 11440

Изобретение относится к контроль. но-измерительной технике и может найти применение в отраслях промышленности, производящих продукты питания, для оценки качества полимерных упаковочных материалов, в химической промышленности для оценки качества спецодежды и других отраслях народного хозяйства.

Известно устройство для определе" ния проницаемости материалов оргапическими растворителями, содержащее приспособление для крепления образца в диэлектрическом основании с установленными на его верхней части двумя электродами, включенными в измерительную цепь электронного реле времени, при этом оба электрода расположены под испытуемым образцом и изолированы Один От другого растворимой полимерной пленкой, причем верхний электрод выполнен в виде металлической сетки, а нижний — в виде набора металлических подпружиненных стержней, собранных в пакет f1) .

Устройство не может быть использовано для определения момента проникновения жиров и масел через полимерные материалы, поскольку названные среды имеют высокие диэлектрические З0 показатели и при их проникновении не производят замыкания электрической цепи между электродами.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является - 35 устройство для определения жнропроницаемости полимерных материалов, содержащее камеру подачи исследуемой среды, измерительную камеру, соединенную с камерой подачи исследуемой 40 среды посредством специальной системы крепления, пружину сжатия и два электрода, расположенные в измерительной камере f2)..

Недостатком известного устройства 45 является низкая точность определения, обусловленная прогрешностью вносимой заклиниванием подвижного электрода.

Цель изобретения — повьппение точности определения путем исключения 50 погрешности, обусловленной заклиниванием подвижного электрода.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определения жиропроницаемости полимерных матерна- 55 лов, содержащем камеру подачи исследуемой среды, измерительную камеру, соединенную с камерой подачи исследуемой среды при помощи системы крепления, пружину сжатия и два электрода, расположенные в измерительной камере, при этом один из электродов размещен в стенке, а другой — внутри измерительной камеры, причем нижний торец второго электрода поджат пружиной.сжатия и примыкает боковой поверхностью к стенкам камеры, измери° тельная камера дополнительно снабжена двумя направляющими стержнями, второй пружиной сжатия, поджимающий верхний торец второго электрода, внутри которой пропущен первый направляющий стержень, жестко прикрепленный к верхнему торцу второго электрода, а к нижнему торцу жестко прикреплен второй направляющий стержень с навитой на нем первой пружиной

1сжатия, причем устройство снабжено также регулятором жесткости пружины, соединенным с первой пружиной сжатия, а количество рабочих витков второй пружины сжатия определяется по формуле где 1 — количество витков второй пружины сжатия; 1 — количество витков первой пружины сжатия.

На фиг.1 показана конструкция предлагаемого устройства; на фиг.2— экспериментальные зависимости вре"мени срабатывания устройства при калибровке от положения стрелки относительно шкалы.

Устройство состоит из металлической камеры 1, в которой находится исследуемая среда 2. Испытуемый образец 3 закреплен между металлической камерой 1 и измерительной камерой 4 при помощи крепежных винтов 5. Исследуемую среду 2 заливают через отверстие в металлической камере 1, закрываемое заглушкой 6. Стенка металлической камеры 1, примыкающая к испытуемому образцу 3, выполнена перфорированной для подвода исследуемой среды 2 к испытуемому образцу Э (для герметичности камеры 1 между ее стенкой и испытуемым образцом 3 может быть вставлено резиновое кольцо).

В верхней полости измерительной камеры 4 параллельно испытуемому образцу Э установлен на направляющих

3 114403 стержень 7 из диэлектрического мате риала с расположенной на нем пружиной 8 .сжатия, верхний конец которой жестко прикреплен к стенке измерительной камеры 4, а нижний — к верхнему торцу подвижного электрода 9 (емкостного датчика), Стержень 7 прикреплен к верхнему торцу подвиж-. ного электрода 9 при помощи резьбового соединения, Электрод 9 примы- 10 .кает. одной боковой поверхностью к испытуемому образцу 3, а противопо ложной боковой поверхностью к стенке измерительной камеры 4, в которую параллельно испытуемому образцу 3 и подвижному электроду 9 впрессован второй измерительный электрод 10, имеющий длину, -равную длине первого электрода 9. При этом неподвижный электрод 10 смещен относительно подвижного электрода 9, при несдеформированяой пружине сжатия 8, на половину длины в сторону верхней полости измерительной камеры 4. К электроду .10 и к верхнему концу металлической 25 пружины 8 сжатия подключена схема измерения. hGä или с учетом того, что

С согласно (4), где — осадка. пружины; — модуль сдвига пружины; — диаметр проволоки пружины; — индекс используют одну и ту же проволоку, пружины навивают на одну оправку, поэтому в правой и левой частях уравнения (2) символы Cj, 3 и с не имеют

В качестве схемы измерения может быть использован измеритель емкости

«30

1(напрймер, ES-З, Е8-4 и т.п.) в комплексе с цифропечатающим устройством.

К нижнему торцу подвижного электрода

9 жестко прикреплен при помощи резьбового соединения второй направляющий стержень 11 с навитой на нем 35 пружиной 12 сжатия, причем верхний конец пружины 12 сжатия жестко прикреплен к, нижнему торцу подвижного электрода 9,:а нижний конец — к втул:ке 13, расположенной в нижней полости40

:измерительной камеры 4. На нижнем

- конце втулки 13, выступающем за пре:делы измерительной камеры 4, закреп- . лен подвижный кронштейн 14, имеющий

;возможность перемещаться в верти- 45 кальиой плоскости -при помощи регули. ровочного винта 15, пропущенного через отверстие в кронштейне 14 и введенного в отверстие с резьбой в нижнем торце измерительной камеры 4. 50

Стрелка: 16 йрикреплена к нижнему концу втулки 13 таким образом, что напротив стрелки 16 расположена шкала

17, присоединенная к нижнему торцу измерительной камеры 4.

Устройство работает следующим об» разом.

0 4

После заливки исследуемой среды

2 в камеру 1 нагружают стержень 7, при этом он опускается в глубь измерительной камеры 4 и перемещает подвижный электрод 9 вниз. Приложенную к стержню 7 нагрузку плавно уменьшают. Электрод 9 при этом поднимается вверх и останавливается и тот момент, когда действующие на него силы взаимно скомпенсируются. На электрод 9 действуют направленная вертикально вниз сила тяжести электрода 9 Р,=яф где а, — масса электрода 9; g — - ускорение свободного падения; направленная вертикально вниз сила тяжести стержня 7 Р = Фф где N — масса стержня 7; направленная вертикально вниз сила тяжести стержня 11Р =в,о", где Ф - масса стержня 11; направленная -.акже вертикально вниз сила трения F> =lc Р1, +

Р 1

+ 2F> Р11(g, + 42), гдe F11 cmza uop мального давления, действующая на боковые поверхности электрода 9 (на боковую поверхность, примыкающую к испытуемому образцу 3, и на боковую поверхность, примыкающую к стенке измерительной камеры 4); коэффициент трения боковой поверхности электрода 9 о материал испытуемого образца 3; k — коэффициент трения боковой поверхности электрода

9 о материал стенки измерительной камеры 4; направленная вертикально вверх сила упругости пружины 12 F» <, направленная вертикально вниз сила упругости пружины 8Г 11Р, Таким образом, электрод 9 будет подниматься вверх до тех пор, пока

"РР =6 """"2 4 F (k "Л+ Р „ пу 2 пружины С = 2 /d; где 2 — диаметр пружины; 1 — - число рабочих витков пруэвины, выражение (1) можно переписать

wed aGd (г)

8c " 8c i

1 2

При изготовлении пружин 8 и 12

1144030

3h 8с <г н

3t Gd("2- 1 (8) индексов. Кроме того, величина для пружин 8 и 12 будет одинакова, IIoскольку обе пружины. работают на сжатие (или растяжение) и подсоединены к одному грузику - электроду 9. Обозначим для вывода последующих выражений количество рабочих витков пружи1 ны 8 через, а количество рабочих витков пружийы 12 — через (..

Решая уравнение (2) относительно 10 осадки прухппы (осевого перемещения торцов пружины), получаем следующее. выражение:

8с 1, г1((litп г4 gl+ q(k<+ kg/ (3)

-1(«>- 1

Из (3) следует, что в случае отсутствия дополнитепьной пружины 8 электрод 9 будет подниматься вверх до тех пор, пока 20

F„„„- mg F„(k, k, j (ц c,g или с учетом того, что ес,3

= ®("н " kz) . (5)

Преобразуем это выражение относительBC (L&g FH (k(kg)g

Cj ñ) (б)

Исследуя выражения (3) и (6), оценим чувствительность предлагаемого устройства и известного. Чтобы доказать, что чувствительность одного устройства выше чувствительности другого, необходимо доказать, что при одном и том же изменении коэффициента трения k боковой поверхности .-. электрода 9 о материал испытуемого образца 3 смещение электрода 9 (в

40 данном случае, поскольку торцы пружин 8 и 12 жестко прикреплены к

I электроду 9) будет больше. Зто означает, что необходимо взять производные gg/ 8 и сравнить их между

45 собой.

Предварительно приравниваем, 1,+П1 + Вниз выражения (3) к П из выражения (6), так как в случае сравнения можно считать эти массы одинаковыми, После дифференцирования

50 выражений (3) и (6) получаем для известного устройства

Зъ Bc l,Гн (7) а, ы - .

Таким образом, чтобы доказать, что чувствительность предлагаемого устройства выше, чем известного, необходимо показать, что отношение выражений (8) и (7) больше 1.

Проделав эту операцию, получаем о с « г н С"1 1 г

G (г-" 18с 11Гн 1 11 (9) Зкспериментально получены (фиг. 2) зависимости времени срабатывания устройства от положения стрелки 16 относительно шкалы 17 (в единицах шкалы) для двух пленочных полимерных материалов †.полиэтилена и полипропилена — для разных соотношений количеств витков пружин 8 и 12. КолиЛнализ выражения (9) показывает, что при равенстве ) = 1 оно будет много

1 больше 1 (отношение константы к бесконечно малому числу О). Следовательно, в случае выполнения пружины 12 с количеством витков, равным количеству витков пружины 8, чувствительность устройства, а следовательно, точность работы за счет преодоления трения покоя будет максимальна.

Однако как показывает экспериментальная проверка, количество витков первой пружины должно быть больше, чем количество витков второй пружины. Причем количество витков пружины 8 (» ) должно быть на один виток меньше, чем количество витков

I пружины 12 (<) в случае, если количество витков пружины 12 меньше десяти, и количество витков пружины 8 должно быть на 2 витка меньше, если количество витков пружины 12 (i )

1 больше или равно десяти.

Расхождение теоретического обоснования с результатами экспериментов обусловлено, что устройство работает не в идеальных условиях (для которых выведено уравнение 9), при которых подвижный электрод контактирует с образцом и измерительной камерой только двумя поверхностями. В реаль- ных условиях это обеспечить затруднительно, так как такое конструктивное решение снижает чувствительность и увеличивает трудоемкость обслуживания. В предлагаемом устройстве, кроме сил трения, учтенных при выводе уравнения (9), имеются незначительные силы трения между направляющими стержнями, втулкой и измерительной камерой.

7 11440 чество витков пружины 12 (i ) Равно

6, так как экспериментально установлено, что для вь|бранного материала пружин это количество является оптимальным.

Калибровку устройства производят следующим образом. В испытуемом образце 3 делают круглое отверстие диаметром около 0,1 мм, после чего образец 3 устанавливают в устройство 1О таким образом, что указанное отверстие расположено под подвижным электродом 9.

Затем нагружают стержень 7, опускают и устанавливают подвижный элект- 15 род 9 в равновесие и с этого момента начинают отсчет времени до момента смещения электрода 9, которое фиксируют при помощи схелы измерения.

Калибровку проводят при последова- 2р тельном изменении положения стрелки

16 относительно шкалы 17. По результатам экспериментов строят калибровочную зависимость для данного полимерного материала при данном соотно- 25 шенин, и . Получение указанной калибровочной зависимости занимает не более 30-50 мин. Анализ калибро" . вочных зависимостей для двух указанных полимерных пленочных материалов (фиг.2) при различном соотношении количеств витков пружин 8 и 12 показывает, что при g, -1 = 1 время сраба.тывания устройства минимально (для

:,j,<10). Аналогичные калибровочные .зависимости были построены для цело, го ряда полимерных пленочных материалов ЭПЭВД, ПЭСД, ПЭНД, ПП, ПБ, П4МП, СЭП, СЭБ, СЭВА, ПЭВД+ГКЖ, ПЭВД+ПЭСД, ПЭВД+ПЭНД, сополимер 4ИП с гексеном) и для различных соотношений, и (j до 67 с шагом 1). При выполнении

> пружины 12 с количеством витков более 60 время срабатывания устройства начинает резко увеличиваться. При этом значительно возрастают габариты устройства.

Технико-экономическими преимуществами предлагаемого устройства по сравнению с известным являются более высокая точность, повышение чувствительности и снижение трудоемкости обслуживания. Так, при калибровке в известном устройстве устанавливают пружины с различным количеством витков,.подбор пружины с оптимальным количеством витков занимает 10-12 ч, при этом осуществляют трудоемкие операции по разборке устройства, которые приводят к преждевременному выходу его из строя.

В предлагаемом устройстве получение калибровочной зависимости (выбор оптимального положения втулки 13 относительно измерительной камеры 4, обеспечивающего минимальное время срабатывания устройства) занимает менее 1 ч.

Как видно из фиг.2, время срабатывания предлагаемого устройства

1 не превышает 30-40 с, в то время как минимальное. время срабатывания известного устройства для калибровочных зависимостей составляет 150180 с. Следовательно, введение дополнительной пружины 8 и выполнение ее с соответственным соотношением витков согласно экспериментальным зависимостям позволяют повысить чувствительность устройства в десятки раз.

При этом значительно сокращается время испытания и увеличивается точность, так как в общем случае время испытания складывается из двух составляющих: „ — времени проникновения среды 2 через испытуемый образец 3 и — времени накопления среды для снижения коэффициента трения 1, (при этом „ o>$ ).

1144030

1144030

Па ыююлею

1 Г У 4 еРшкат д

7 2,7 4 ео. анс лы

2 7 4 ea cuxaxv

1. 2 7 4 едалпюы б

2 У 4 eo ажио

1 2,У 4 еРажож

1 2 7 4 еРил

7 2,7 4 еР. итоги

Составитель Е. Карманова

Редактор В. Петраш Техред М.Гергель Корректор С.Ш кмар

Заказ 897/36

Ю ф 10

О

Ь)

Л/ го

9 1g

4 0

g 40

3;

Ю

26

Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4