Устройство для измерения поверхностного натяжения жидкости

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГОВЕРХНОСТНОГО НАТЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ, содержащее измерительный рычаг с испытательным кольцом, сосуд для исследуемой жидкости, задатчик перемещения сосуда с злектродвигателем, электрический блок преобразования величины нагрузки, соединенный с измерительным рычагом, и регистрирующий блок, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности и быстродействия, оно дополнительно содержит электромагнитный компенсатор , один конец катушки которого соединен с выходом электрического блока преобразования величины нагрузки , второй конец - с регистрирующим устройством, а подвижный сердечник с измерительным рычагом, и блок .. регистрации скорости,изменения нагрузки , вход которого подключен к (Л второму концу катушки электромагнитного компенсатора, а выход - к блоку управления, соединенному с .электродвигателем задатчика перемещения . ел к

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ . РЕСПУБЛИН (l9) О 31

4(51) G 01 N 13/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ i3

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

110 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3592418/24-25 (22) 18.05.83 (46) 23.05.85.Бюл.У 19 (72) С.А.Элькинд,А.Я.Шенфельд, В.А.Павлова, Н.А.Безрядин и И.Ф.Сотников (71) Воронежский завод синтетического каучука им,С.М.Кирова (53) 543,542 (088.8) (56) 1.Мобль P.Äæ. Латекс в технике.

М., "Химия",1962. с.769-771.

2. Методы определения поверхност-. ного натяжения латекса, ГОСТ 2021674.

3.Заявка ФРГ 11 1211821, кл. G 01 N 13/02,опублик.1972 (прототип) . (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ, содержащее измерительный рычаг с испытательным кольцом, сосуд для исследуемой жидкости, задатчик перемещения сосуда с электродвигателем, электрический блок преобразования величины нагрузки, соединенный с измерительным рычагом, и регистрирующий блок, о т л н ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, оно дополнительно содержит электромагнитный компенса тор, один конец катушки которого соединен с выходом электрического блока преобразования величины нагрузки, второй конец — с регистрирующим устройством, а подвижный сердечник— с измерительным рычагом, и блок регистрации скорости изменения нагрузки, вход которого подключен к второму концу катушки электромагнитного компенсатора, а выход — к блоку управления, соединенному с электродвигателем задатчика перемещения.

1 1157

Изобретение относится к контроль но-измерительной технике, а именно к устройствам для измерения поверхностного натяжения жидкостей, включая резины, латексы и другие 5 аналогичные материалы с упругими свойствами и повышенной эластичностью, Известно устройство для определения поверхностного натяжения, содер- !О жащее сосуд с испытываемой жидкостью, смесью или гелем,погружаемое в жидкость кольцо и измеритель деформации испытуемого вещества 111 .

Однако устройство характеризует- 15 ся недостаточной точностью измерения и требует значительных затрат времени и ручного труда операторов по определению момента отрыва кольца от поверхности испытуемого вещества с 20 одновременным определением импульса возникающего при этом наибольшего усилия.

Известны тенсиометры типа дю Нуи с платиноиридиевым кольцом, содержа- 25 щие измеритель сил с испытательным кольцом, определяющий усилие в момент отрыва кольца от испытуемой жидкости (2j.

Однако тенсиометры имеют низкую 50 точность (не более 0,57.), малую производительность (15 мин на одно измерение) и неудобны в работе, так . как требуют перед каждым измерением индивидуальной калибровки шкалы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения поверхностного натяжения жидкости, содержащее измерительный рычаг с испытательным 40 кольцом, сосуд для исследуемой жидКости, задатчик перемещения сосуда с электродвигателем, электрический блок преобразования величины нагрузки, соединенный с измеритель- 45 ным рычагом, и регистрирующий блок.

В известном устройстве используется рычаг, подвешенный на торсионах и снабженный подвеской с испытательным кольцом, электричес- 50 кий блок преобразования и регист" рации выполнен в виде индуктивного четырехплечего моста Уитстона, разбалансируемого подвижным

"флажком 1,закрепленным на рычаге, 55 причем выход моста подан на регистратор, à s качестве задатчика перемещений используется электромеха408 2 ническая каретка с направляющей и фотодатчиком $3) .

Однако известное устройство имеет недостаточную точность, малое быстродействие и узкий диапазон измере- . ния поверхностного натяжения, поскольку в нем используется способ прямого измерения усилий на испытательном кольце в момент его отрыва от исследуемого вещества. Кроме того, в процессе работы необходим ввод оператором поправок на глубину погружения кольца, величину перемещения каретки с кольцом и т.д. Укаэанные недостатки препятствуют проведе- . нию быстрых и точных экспрессанализов параметров латекса и резины, которые быстро застывают и теряют свои качественные характеристики.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения поверхностного натяжения жидкости, содержащее измерительный рычаг с испытательным кольцом, сосуд для исследуемой жидкости, задатчик перемещения сосуда с электродвигателем, электрический блок преобразования величины нагрузки, соединенный с измерительным рычагом и регистрирующий блок, дополнительно содержит электромагнитный компенсатор, один конец катушки которого соединен с выходом электрического блока преобразования величины нагрузки, второй конец — с регистрирующим устройством, а подвижный сердечникс измерительным рычагом, и блок регистрации скорости изменения нагрузки, вход которого подключен к второму, концу катушки электромагнитного ксмпенсатора, а выход — к блоку управления, соединенному с электродвигателем задатчика перемещения.

На фиг.1 показана схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — диаграмма изменения силы поверхностного натяжения испытуемого латекса в зависимости от перемещени» кольца; на фиг.З вЂ” схема взаимодействия латекса с кольцом.

Устройство содержит (фнг.1) измеритель нагрузок с измерительным рычагом

1-, установленным с помощью опоры 2 на основание 3 и снабжения>м концеОдновременно ток 1„о,пропорциональный Р,после прохождения через катушку 7 подается в сравнивающйй измерительный интегратор 28, в который1кроме того, подаются импульсы встречно направленного тока ion формируемые электронным ключом 29, буферньпй устройством 30 и источником 31 опорного тока.

3 115740 вой призмой 4 с подвеской 5, и следящую систему 6 автоматического уравновЕшивания, в состав которой входят катушка 7, подвижный сердечник 8, образующие совместно с магнитной системой 9 электромагнитный компенсатор 10, и "флажок" (пластина1 11, образующий совместно с катушками 12 и 13 возбуждения и съема сигнала, электрический блок 14 преобразова- tp ния. Кроме того, измеритель нагрузок снабжен арретирующими упорами 15, управляемычи через кулачок 16 и вал

17 от рукоятки 18 а подвеска 5 снабжена испытательным кольцом 19 из ан- t5 тикорродирующего материала, погружаемы4 в сосуд 20 с исследуемым латексом 21, который в свою очередь установлен на столик 22, опускаемый с помощью задатчика перемещения, в 20 состав которого входят кулачки 23 и двигатель 24, имекшщй равномерную скорость вращения.

В состав следящей системы входят также синхронный детектор 25,генера- д тор.26 возбуждения и интегратор-регулятор 27, при этом выходной сигнал

Д 1.)с преобразователя 14 поступает в синхронный детектор 25, питаемый от генератора 26 возбуждения, где ЗО он преобразуется и в виде напряжения Д 0 поступает в интеграторрегулятор 27. Выходной ток 1 интегратора 27 поступает через токоподводы в катушку 7 электромагнитного компенсатора 10, а затем подается в сравнивающий измерительный интегратор 28 совместно с импульсами о„ встречно направленного тока, подавае; .мого от электронного ключа 29,кото- 40 рый питается через буферное устройство 30 от источника 31 опорного тока. !

Выходной сигнал Цп сравнивающего измерительного интегратора 28 поступает совместно с выходным сигналом

Одц генератора 32 пилообразного напряжения, управляемого через делитель

33 частоты от генератора 34 опорной частоты, в компаратор. 35, который в свою очередь управляет своим выход-50 иьи сигиалои Ugo. электронным ключом 29 и вентилем 36. Назначение блоков 28-36 - сопряжение следящей системы с входами 37 и 38 регистрирующего устройства. 39 и блока 40 регистрации скорости изменения нагрузки, поскольку они являются цифровыми устройствами.

Регистрирующее устройство 39 снабжено счетчиком 41, регистром

42 результата, .блоком 43 задержки и регистром 44 памяти, соединенным с блоком 45 индикации, а также регист" ром 46 тарыя с кнопкой 47 ввода тары и вычитающим счетчиком 48, соединенным соответственно с регистрами результата 42 н памяти 44 регистрирующего устройства 39.

Блок 40 регистрации скорости изменения нагрузки снабжен счетчиком

49, регистром 50 результата, реверсивным счетчиком 51, блоком 52 задержки и регистром 53 производной, выход 54 которого соединен с блоком 55 управления, двигателя 24, имеющего, кроме того, кнопку 56 ручной остановки.

Делитель 57 служит для подачи частоты

on

ic 1, л 1 . где Кл и К вЂ” коэффициенты деления, на регистры 42 и 50 результата и бло" ки 43 и 52 задержки.

Устройство работает. следующим образом.

В исходном положении сосуд 20 с испытуемым латексом 21, установленный на столике 22, опущен вниз и кольцо 19 находится в воздухе.

При этом рычажный измеритель нагрузок вместе с "флажком" 11 под воздействием веса Р кольца 19 получает отклонение на угол b,М, и преобразователь 14 выдает сигнал

Л Uc который поступает в синхронный детектор 25 и далее после преобразования в виде сигнала Д Оь подается в интегратор-регулятор 27,фор- мирующий уравновешивающий (компенсационный ток) око, который поступает в катушку 7 электромагнитного компенсатора 10, воздействует на подвижный сердечник 8 и возвращает рычаг 1 в положение исходного равновесия, когда Ь 1 = О.

1157408

Выходной сигнал Uq сравнивающего измерительного интегратора 28 подается совместно с пилообразно (линейно) нарастающим напряжением

0„, формируемым от генератора 32, на 5 компаратор 35, который тем самым управляет процессом открывания— закрывания электронного ключа 29 и вентиля 36.

Линейно нарастающие импульсы 10 напряжения Ори имеют частоту следова-! ния - в, опредЕляемую коэффициенI л том К деления частоты делителя 33, а время bko открытого состояния элект-1 ронного ключа 29 и вентиля 36 пропорционально величине компенсационного тока око, К3 K p (1) где «ко — исходное значение компенсационного тока; — вес кольца 19 в воздухе;

К и l4- масштабные коэффициенты.

Ъ

Число импульсов <о частотой „> пропущенное вентилем 36 за время

Ь о его открытого состояния, поступающее на вход 37 регистрирующего устройства 39, пропорционально весу Р„

30 кольца 19

5 (2), где К вЂ” масштабный коэффициент.

Регистрирующее устройство 39 через счетчик 41, регистр 42 результата регистр 46 тары, вычитающий счетчик .48 и регистр 44 памяти выдает результирующее значение суммарного числа сосчитанных импульсов Но в 40 блок 45 индикации. Далее сосуд 20 с испытуемым латексом 21 подводится вверх к кольцу 19, которое захватывается латексом 21, причем показа" ния блока 45 индикации, пропорцио- 4З нальные нагрузке Р рычажного измерителя после временного уменьшения, вызванного плавучестью кольца 19, снова начинают. расти (фиг.2 и 3) .

Когда показания М снова станут равны- %O ми показаниям No (весу кольца 19 в воздухе ), включают двигатель 24, перемещающий сосуд, 20 с латексом 21 вниз с помощью кулачка 23. При этом нарастает нагрузка P и пропорцио- М нально вырастают значения компенсационного тока,1к и соответствующие показания М блока 45 индикации.

Одновременно с регистрирующим устройством 39 блок 40 регистрации скорости измерения нагрузки через счетчик 49, регистр 50 результата, реверсивный счетчик 51 и регистр 53 производной производит следующие операции. Подсчитывается эа каждый тактовый импульс частотой

1оп

I(К, сумМарное количество импульсов Ф в счетчике 49, пропорциональное текущей нагрузке P рычажного измерителя от поверхностного натяжения испытуемого латекса 21. По иаимпульсу с выхода делителя 57 в регистре 50 запоминается укаэанное значение Ю . В начале следующего такта измерения этот код по импульсу с выхода блока 52 задержки вводится в реверсивный счетчик 51. За время следующего такта на счетный вход счетчика 51 проходит М, Л импульсов. Реверсивный счетчик 51 включен в начале такта в режим вычитания. В момент равенства нулю кода в счетчике он переключается в режим суммирования. В результате в конце такта код в счетчике 51 равен

N; „-М„=л Й

1 (3) где « — количество импульсов, поступивших с выхода вентиля

36 на 1 -ом такте измерения;

4М< — приращение количества им-. пульсов на 1 -oM такте по сравнению с предыдущим, Код, равный Ь И и пропорциональный изменению нагрузки при перемещении сосуда 20 с латексом 2! за время такта измерения переписывается в регистр 53 производной, по импульсу с выхода делителя 57.

Поскольку известно, что (фиг.2) при перемещении кольца 19 относительно испытуемого латекса 21, поверхностное натяжение после участка нарастания 0 — х стабилизируется (участок х - x ), a затем возникает зона неустойчивого состояния латекса

2l (окрестности точки отрыва х ), измерение и оценка поверхностного натяжения во вновь разработанном стенде производятся именно на участке стабилизированного состоянинлатекса х« — х .

А.

В моменты времени, когда текущее приращение нагрузки Л Р достигает

1157408 минимума участок х, — х ), а производная Ж функции Р = f(yi изменения

4 — „ нагрузки Р от перемещения х достигает нулевого значения, = О, с вы3Р

5 хода 54 регистра 53 производной выдается сигнал в блок 55 управления, производящий остановку двигателя 24.

В указанный момент регистр 44 памяти выдает показания М „,, посту- 10 лающие в блок 45 индикации, которые пропорциональны измеряемому поверхностному натяжению Р с, испытуемого латекса 21

15 (4) макс мсйсС

=Р К где К вЂ” масштабный коэффициент.

Относительная величина усилия отрыва латекса 21 определяется по выражению 20 à ñ о К (макс о °

Градуировка стенда по показаниям блока 45 индикации ведется непосредственно в единицах силы, в ньютонах или граммах-силы, путем нагружения е подвески 5 грузами известного веса (массы) Р „

Регистр 4б тары с кнопкой 47 ввода тары используется для удобства ЗО работы оператора путем сброса начальных показаний Nî.áëoêà 45 индикации в положение нуля, например, при взвешивании кольца 19 в воздухе или при начальном погружении егоs латекс 2.1.

Как показывают предварительные экспериментальные исследования и-данные испытаний опытных образцов и макетов предлагаемого устройства, 4р его использование по сравнению с известным позволяет повысить точность измерения с 0,5 до 0,05 -О,OIX т.е. в 5-10 раз, и увеличить быстродействие с 15 до 5 мин, т.е. в 3 раза. 4з

Кроме. того, предлагаемое устройство позволяет автоматизировать процесс определения поверхностного натяжения латекса и избавиться в значительной степени от субъективных и методических погрешностей используемых в настоящее время для аналогичных целей приборов и устройств.

Указанное преимущество определяется тем, что в известных приборах за результат измерения поверхностного натяжения принимается последнее перед отрывом кольца от поверхности латеКса показание измерителя нагрузки. При этом на точность результата оказывают влияние субъективные ошибки оператора, преждевременный отрыв кольца может произойти из-за колебаний подвески с кольцом вибраций волн на поверхности латекса. Процесс измерения приходится производить многократно, процесс плохо поддается автоматизации.

В предлагаемом устройстве в дополнительном блоке счета автоматически формируется сигнал, обеспечивающий остановку задатчика перемещений столик 22) сосуда 20 с латексом 21 при достижении участка х

-xy кривой фиг.2). Усилие, вызываемое поверхностным натяжением, определяется после остановки двигателя 24, успокоения колебаний подвески 5 и поверхности латекса 21.

Предлагаемое устройство для измерения поверхностного натяжения латекса найдет широкое применение в резинотехиической, химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности в качестве эффективного и точного устройства для экспресс-анализа механических свойств латекса.!

157408

) 1 57408

dp=0 dp

Составитель А. Кощеев

Редактор О.Ирковецкая Техред И.Пароцай Корректор А.Обручар

Заказ 3359/41, Тираж 897 Подписное

ВЙИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент",г.ужгород, ул.Проектная,4