Эластовискозиметр

 

Изобретение относится к области измерения и регистрации нестационарных реологических характеристик материалов . Цель изобретения - повышение точности измерений. Эластовискозиметр обеспечивает безынерционную оценку составляющих комплексного модуля упругости за счет компенсационного измерения силы вязкоупругого сопротивления вещества при гармонической деформации последнего с известной частотой и фазой и обработки, основанной на единовременном решении двух уравнений силового баланса, одно из которых описывает баланс сил, действугаищх на чувствительный элемент в виде зонда 3, погруженного в исследуемое вещество, со стороны вещества при гармонической деформации , .и силы обратного преобразователя 6, который включается в цепь усилителя 8 и датчика 7 силы, действующей с на чувствительный элемент 3 как отрицательная обратная связь, при этом второе уравнение формируется путем сдвига фаз гармоник левой и правой частей первого уравнения на относительно известной гармонической деформации . 1 ил. fS W VJI ю со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (1!) (5D 4

/14

«бб

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР - ббО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4008129/31-25 (22) 02. 12. 85 (46) 15.06.87. Бюл. N - 22 (71) Ленинградский институт авиационного приборостроения (72) М.С.Катков, Е.В.Смородинов, A.Ã.Ïåòðîâ, В.Л.Капитанов и В.А.Кривулев (53) 532. 137 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 356526, кл. G 01 N ii/ О, 1972.

Авторское свидетельство СССР

У 378756, кл. С 01 N 11/16 1973.

Авторское свидетельство СССР

У 1080070, кл. G 01 N 11/14, 1983. (54) ЭЛАСТОВИСКОЗИМЕТР (57) Изобретение относится к области измерения и регистрации нестационарных реологических характеристик материалов. Цель изобретения — повышение точности измерений. Эластовискозиметр обеспечивает безынерционную оценку составляющих комплексного модуля упругости за счет компенсационного измерения силы вязкоупругого сопротивления вещества при гармонической деформации последнего с известной частотой и фазой и обработки, основанной на единовременном решении двух уравнений силового баланса, одно из которых описывает баланс сил, действующих на чувствительный злемент в виде зонда 3, погруженного в исследуемое вещество, со стороиы вещества при гармонической деформации,.и силы обратного преобразователя

6, который включается в цепь усилителя 8 и датчика 7 силы, действующей

Cl на чувствительный элемент 3 как отрнцатаяьная обратная связь, прн этом QII второе уравнение формируется путем . сдвига фаз гармоник левой и правой С, частей первого уравнения на n/2 относительно известной гармонической деформации. 1 ил.

1317323

Изобретение относится к области измерения и регистрации физических свойств материалов, а именно к информационно-измерительным преобразователям реологических веществ, и может 5 быть использовано для исследования процессов изменения во времени их вязко-упругих свойств в широком ди,апазоне частот.

Цель изобретения — повышение точ- 1О ности за счет увеличения быстродействия процесса измерения.

На чертеже изображена электрокинетическая схема эластовискозиметра.

f5

Эластовискозиметр содержит корпус

1, кювету 2 для исследуемого вещества, шток с зондом 3, погруженным в исследуемое вещество, привод 4 задающих колебаний, кинематически связанный с 2р кюветой 2 и синхронным генератором

5 гармоник, обратный преобразователь б, состоящий из статора в виде магнитопровода с постоянным магнитом и якоря с рамкой, укрепленных на штоке 25 с зондом 3, На корпусе 1 закреплен датчик 7 силы, выполненный, например, в виде пьезокристаллов. Конец штока с зондом 3 жестко связан с датчиком

7 силы. Выход датчика 7 силы подклю- 3р чен ко входу усилителя 8, выход которого соединен с обмоткой рамки якоря, а также со входом фазовращателя 9 на /2 и первыми входами первого перемножителя 10 и второго перемножителя

11. Выход фазовращателя 9 на 7/2 соединен с первыми входами третьего перемножителя 12 и четвертого перемножителя 13. На первом выходе синхронного генератора 5 гармоник сигнал, 40 синхронный по фазе с задающими колебаниями кюветы 2 от привода 4 задающих колебаний, а на втором выходе синхронного генератора 5 гармоник сигнал, сдвинутый на II/2 относительно сигнала с первого выхода. Синхронный генератор 5 гармоник может быть реализован, например, как соединение функционального преобразователя уголкод и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), причем адресные входы

ПЗУ соединены с выходами функционального преобразователя угол-код, а в

ПЗУ записаны синусоидальные и косинусоидальные гармоники. Синхронизация 55 сигналов синхронного генератора 5 гармоник с задающими колебаниями осуществляется путем жесткого соединения

Ю вала привода 4 задающих колебаний с валом функционального преобразователя угол-код таким образом, что нейтральному положению кюветы 2 соответствует нулевой сигнал на первом выходе синхронного генератора 5 гармоник и максимальный сигнал на втором выходе ° Первый выход синхронного генератора 5 гармоник подключен ко вторым входам второго перемножителя 11 и четвертого перемножителя 13, а второй выход — ко вторым входам первого перемножителя 10 и третьего перемножителя 12. Входы первого сумматора

14 соединены с выходами второго перемножителя 11 и третьего перемножителя 12, а входы второго сумматора 15 соединены с выходами первого перемножителя 10 и четвертого перемножителя 13. Выход первого сумматора 14 является измерительным выходом упругости, а выход второго сумматора 15 является измерительным выходом вязкости.

Операции перемножения и суммирования могут осуществляться как в аналоговом виде, так и в цифровом виде на перемножителях и сумматорах, построенных на основе цифровых микросхем среднего уровня интеграции.

Эластовискозиметр работает следующим образом.

При включении привода 4 задающих колебаний кювета 2 приводится в крутильно-колебательное движение по закону

Ч =g„sin ut, где cpп, — амплитуда колебаний;

И вЂ” циклическая частота задающих колебании.

При этом на выходах синхронного генератора 5 гармоник появляются соответственно сигналы (р =g„,sinИ t на первом выходе и

Ч =Lp" sin(hat + !1/2), где ср и Ч> — амплитудные значений

Ф сигнал ов .

При отсутствии вещества в кювете

2 на шток с зондом 3 не будут действовать силы. Сигналы на выходах датчика 7 силы, усилителя 8 и фаэовращателя 9 на н /2 будут равны нулю, следовательно„ нулевыми будут сигна13173

23 4 нератора 5 гармоник. На выходе перемножителей 10 и 13 появляется сигнал содержащий постоянную составляющую, пропорциональную вязкости, и переменную гармоническую составляющую удвоенной частоты задающих колебаний.

Причем переменные составляющие находятся в фазе. В результате вычитания выходных сигналов перемножителей

10 и 13 выходной сигнал сумматора 15 будет пропорционален только вязкости вещества.

При гармонической деформации вещества с изменяющимися во времени кусочно-стационарными реологическими характеристиками, формирование оценок составляющих комплексного модуля принципиально не отличается от формирования оценок комплексного модуля вещества, реологические характеристики которого не меняются во времени.

Полную компенсацию момента силы вяэкоупругого сопротивления вещества на частоте задающих колебаний, компенсирующим моментом обратного преобразователя 6, можно охарактеризовать уравнением баланса моментов, действующих на ось штока с зондом 3.

К (С (u) sin и t+G (и) cos я tJ =- К „U, (1) где К вЂ” коэффициент формы рабочего узла, зависящий от геометрических размеров штока с зондом 3 и кюветы 2, К „ — коэффициент передачи обратного преобразователя 6;

1 II

С иС вЂ” соответственно упругая и вязкая составляющие комплексного модуля вещества на частоте деформации, — частота деформации вещества;

U — выходной сигнал усилителя 8.

Уравнение баланса моментов, действующих на ось штока с зондом 3, записанное относительно выхода фазовращателя 9 на 1 /2 имеет вид (2) Аналогичным образом производится измерение вязкости. На входы перемножителя 10 поступают сигналы с выхода усилителя 8 и втораго выхо а 55 синхронного генератора 5 гармоник, на входы перемножителя 13 поступают сигналы с выхода фазовращателя 9 на 1 /2 и первого выхода синхронного гелы на выходах всех перемножителей и сумматоров 14 и 15.

При наличии вещества с стационарными реологическими характеристиками в кювете 2 возникает сопротивление 5 движению кюветы 2, которое передается на шток с зондом 3 и датчик 7 силы. При этом на выходе датчика 7 силы появится сигнал, пропорциональный моменту, действующему по оси штока с 10 зондом 3. Наличие этого сигнала обуславливает появление сигнала на выходе усилителя 8, такого по величине и направлению, который возбуждает в якоре с катушкой обратного преобразо-15 вателя 6 момент, приводящий шток с зондом 3 в равновесие. При этом сумма моментов, действующих на ось штока с зондом 3, равна нулю в каждый момент времени (независимо от изме- 20 нения вязкоупругой силы сопротивления вещества). Следовательно, выходной сигнал усилителя 8 пропорционален вяэкоупругому моменту силы сопротивления вещества относительно оси25 штока с зондом 3. При гармонической деформации вещества с линейными реологическими характеристиками вязкоупругий момент силы сопротивления вещества и выходной сигнал усилителя 30

8 будут иметь синусоидальный характер с частотой, равной частоте задающих колебаний. На входы перемножителя 11 поступают сигналы с выхода усилителя

8 и первого выхода синхронного генератора 5 гармоник, а на входы перемножителя 12 поступают сигналы с выхода фазовращателя 9 на n/2 и второго выхода синхронного генератора 5 гармоник. На выходе перемножителей 40

11 и 12 появляются сигналы, пропорциональные модулю упругости и переменным составляющим удвоенной частоты задающих колебаний, причем переменные составляющие находятся в про- 45 тивофаэе. В результате сложения вы— ходных сигналов перемножителей 11 и

12 выходной сигнал сумматора 14 будет пропорционален только модулю упругости вещества. 50 (л t

К (Г (ц)созыв-G зiпс) С) = K,„U

I где U — выходной сигнал фазовращателя 9 на Г/2.

По измеренным значениям U u U c помощью выражений (1) и (2) могут быть определены реологические характеристики С (ы) и G (u) G (u) = — — — (Usinu t+ U cosa t), Кап

Кqprn (3) 1317323

Составитель В.Вощанкин

Редакгор A.PPBHH Техред A.Êpàâ÷óê Корректор С.Шекмар

Заказ 2415/38 Тираж 776 Подписное

ББ!ИПИ Рос»дарственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская на.б., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 (Я) = .-- — --tUcosut — U sinn t), фЧ л первом сумматоре 14, входы котор;го подключены к выходам перемножителей 11 и 12, происходит суммирова- 5 ние выходных сигналов последних в соответствии с первым уравнением системы (3). Во втором сумматоре 15 входы которого подключены к выходам перемножителей 10 и 13, происходит вычитание выходных сигналов последних в соответствии со вторым уравнением системы (3) .

Таким образом, на штоке с зондом происходит алгебраическое суммирование момента силы вязкоупругого сопротивления вещества при гармонической деформации и момента компенсации обратного преобразователя„ При этом для измерения составляющих комплексного модуля вешества используются сигнал оценки вязко-.упругой силы сопротивления вещества при гармонической деформации и сигнал, сдвинутый на i /2 относительно этого сигнала оценки, что обеспечивает повышение быстродейстьия и, следовательно, точности оценивания кусо- но-стационарных изменяющихся реологических характеристик.

ЗО

Использование предлагаемого эласто;.4искозиметра (по сравнению с изве ст-;ыми) расширяет метрологические „.=sìoæíîñòè и область применения э. цстовискозиметра за счет безынер- 35 ционного оценивании кусочно-стационарных сост-,.вляюших комплексного модуля, широком диапазоне частот

,,сформ,:ции и .юзваляет с высокой т<.;.-:вост:-ю .-сследолзть кинетику реоло1и=.:еских проц ссоВ и= инфр .низких ;:..татах деформации вещества.

9o«;мулаизобрзтения

Ъ.астовискози:.етр, сод: ржащнй кор- - -> пус, к:овету для исследуемого вещества, шток с зондом, погруженным в исследуемое вещество, привод задающих колебаний, механически соединенный с кюветой, обратный преобразователь, состоящий из статора в виде магнитопровода с постоянным магнитом, закрепленных на корпусе,и якоря с катуш-. кбй, укрепленной на штоке, усилитель, первый и второй перемножители, причем выход усилителя соединен с обмоткой якоря обратного преобразователя и первыми входами первого и второго перемножителей, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности за счет увеличения быстродействия процесса измерения,в эластовискозиметр введены синхронный генератор гармоник, механически связанный с приводом задающих колебаний, датчик силы, закрепленный на корпусе и жестко связанный со штоком, фазовращатель на ti/2, третий и четвертый перемножители, первый и второй сумматоры, причем вход фазовращателя на ь /2 соединен с выходом усилителя, а выход соединен с первыми входами трет:ьего и четвертого перемножителей, первый выход синхронного генератора гармоник соединен с вторыми входами второго и четвертого перемножителей, а второй выход синхронного генератора гармсник соединен с вторым,"=. входами первого и третьего перемножителей, при этом сигнал первого выхода синхронного генератора гармоник фазно синхронизирован с приводом задающих колебаний, а сигнал второго выхода синхронного генератора гармоник сдвинут на Т 2 относительно сигнала первого выхода, входы первого сумматора соединены с выхода— ми второго и третьего перемножителей, а входы второго сумматора соединены с выходами первого и четвертого перемло,. .чтелей, выход датчика силы соединен с входом усилителя °