Реометр

 

Изобретение относится к технике измерения реологических характеристик жидких сред. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем расширения круга измеряемых реологических параметров. Реометр содержит задающий 17 и измерительные 18 цилиндры, помещенные в термостат 4, привод, вьтолненньй в виде дифференциального редуктора 5 с приводными центральными колесами 21, вращающимися от злектродвигателей 30, На чер27 28 УгЗ 2Ч 2J21 S 2Z 23 V Фиг.1 (Л с: 4 :о эо эо 4 эо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (б1) 4 С О1 N 11/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМЪГ СВИДЕТЕЛЬС ВУ

3 12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4011902/31-25 (22) 11. 11.85 (46) 23.06.87. Бнш. Р 23 (71) Пензенский политехнический институт (72) Ю.M.Ïåðåäðåé, H.À.Móõàòàåâ, Д.M.Èâàíîâ и В.M.Телегин (53) 532. 137 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Y 940007, кл. G 01 N 11/14, 1980.

Белкин И.И. и др. Ротационные приборы. — M.: Машиностроение, 1968, с. 195-197, рис. 1 13.

„.,зи .и аыв А1 (54) РЕОИЕТР (57) Изобретение относится к технике измерения реологических характеристик жидких сред. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем расширения круга измеряемых реологических параметров. Реометр содержит задающий 17 и измерительные

18 цилиндры, помещенные в термостат

4, привод, выполненный в виде дифференциального редуктора 5 с приводными центральными колесами 21, вращающимися от электродвигателей 30. На чер13 вячных валах 26, соединенных с валами

29 двигателей 30, установлены датчики

9 угла поворота. Вал 19 задающего цилиндра 17 соединен электромагнитной муфтой 7 сцепления с выходным валом

20 редуктора 5 и тормозится фрикционным тормозом 8 после отсоединения от редуктора 5. Вал 10 измерительного цилиндра 18 быстросменным штифтом

18848 соединяется с,измерительной спиралью

11 и может стопориться электромагнитным тормозом 13. Угол поворота измерительного вала 10 измеряется датчиком. При измерении исследуемая жидкость помещается в зазор между цилиндрами, включается привод и по углу поворота измерительного вала определяется вязкость жидкости. 3 ил.

Изобретение относится к технике измерений реологических характерис-. тик жидких сред.

Целью предлагаемого изобретения является расширение функциональных воз- 5 ,можностей.

На фиг.1 представлена кинематическаг. схема реометра; на фиг.2 — узел соединения спирали с валом измерительного цилиндра; на фиг.3 — разрез

А-А на фиг.2. . Реометр состоит из узла 1 измерения момента, кюветы 2, отсчетного устройства 3, термостата 4, дифферен- 15 циального редуктора 5, привода 6, электромагнитной муфты 7 сцепления, фрикционного тормоза 8, двух датчиков 9 угла поворота.

Узел 1 измерения момента состоит из вала 10, насаженного в опорах качения, спирали 11, датчика 12 угла закручивания спирали 11, электромагнитного тормоза 13, взаимодействующего с валом 10. Спираль 11 наружным 25 концом жестко соединена с корпусом узла 1 измерения момента, а внутренним — с втулкой 14, свободно сидящей на валу 10. 1Чтифтами 15 втулка 14 жестко соединяется с валом 10. На 30 верхнем конце вала 10 посажен движок

16 датчика 12. Выход датчика 12 соединен с входом отсчетного устройства 3.

Кювета 2 состоит из задающего 17 и измерительного 18 цилиндров. Задающий цилиндр 17 жестко соединен с валом 19. Последний через электромаг- . нитную муфту 7 сцепления соединен с выходным валом 20 дифференциального редуктора 5. Измерительный цилиндр

18 жестко соединен с валом 10.

Дифференциальный редуктор 5 содержит центральные зубчатые колеса 21, сателлиты 22, червячные колеса 23, червяки 24, водило 25, выходной вал

20, входные валы 26. Червяки 24 жестко посажены на входных валах 26 и взаимодействуют. с червячными колесами 23, жестко соединенными с центральными зубчатыми колесами 21. Последние свободно посажены на выходном валу 20,.жестко соединенном с водилом

25, на котором свободно посажены сателлиты 22.

Датчики 9 угла поворота состоят из дисков 27, жестко посаженных на левых концах валов 26, и первичных преобразователей 28, взаимодействующих с метками дисков 27.

Правые концы входных валов 26 соединены с выходными валами 29 привода 6, который содержит два приводных электродвигателя 30 и 30, размещенных в общем корпусе, Электромагнитная муфта 7 сцепления состоит из ведущей полумуфты 31, ведомой полумуфты 32, электромагнита

33, Полумуфта 31 посажена на скользящей шпонке на выходном валу 20 дифференциального редуктора 5 и поджата пружиной 34 вверх. Полумуфта 31 имеет фланец 35, которым она взаимодействует с электромагнитом 33, установленным неподвижно на корпусе дифференциального редуктора. Полумуфта

32 посажена на скользящей шпонке на нижнем конце вала 19 и поджата пружиной 36 вниз. На торцовых поверхностях полумуфт 31 и 32, обращенных навстречу друг другу, выполнены кулачки 37 сцепления. Таким образом, муфта сцепления является нормально замкнутой, 1318848 т.е. при отсутствии напряжения на обмотке электромагнита 33 полумуфты

31 и 32 находятся н зацеплении своими кулачками 37.

Фрикционный тормоз 8 нз 5 конуса 38, выполненного на ободе полумуфты 32, конуса 39, выполненного на подвижном кольце 40, которое установлено на резьбе в корпусе 41. Перемещение кольца 40 вверх ограничива- 10 ется упором 42. Положение кольца 40 относительно упора 42 зависит от типа проводимого эксперимента и устанавливается при подготовке реометра к работе. 15

В исходном состоянии кулачки 37 полумуфт 31 и 32 находятся в зацеплении, соединяя валы 19 и 20, кольцо

40 сдвинуто вниз от упора 42, электромагнит 33 обесточен, электромагнит-20 ный тормоз 13 расторможен, спираль

11 через втулку 14 соединена штифтами

15 с валом 10, электродвигатели 30

f и 30 выключены, система термостатирования выключена.

Реометр работает следующим образом.

Исследуемая жидкость заправляется в зазор между задающим 17 и измерительным 18 цилиндрами. Включается система термостабилизации, и выдерживается заданное время для стабилизации заданной температуры в зоне измерения. После этого включается привод вращения задающего цилиндра 17 вклю- 35 чением электродвигателей. При этом скорость вращения задающего цилиндра

17 .определяется из соотношения

2 (d

2i где Ю,, 032 — скорости вращения электродвигателей 30 и 30 ! соответственно; — передаточное отношение

45 червячной пары.

Крутящий момент от задающего цилиндра 17 передается измерительному цилиндру 18 через исследуемую жидкость. Мерой крутящего момента явля50 ется угол закручивания спирали 11, измеряемой датчиком 12. Тогда условная вязкость жидкости определяется по известной формуле

t1 55 — („-) Э где — условная вязкость жидкости;

М вЂ” крутящий момент на измерительном цилиндре 18;

u — скорость вращения задающего цилиндра 17;

К вЂ” постоянная реометра.

При изучении релаксационных свойств жидкости цилиндру 17 задается некоторый угол поворота ср, отсчиI тываемый с помощью датчиков 9 и 9 при этом 9+ 9

Ч= — — ——

2i

После достижения поворота, равного заданному, осуществляется включение электромагнита 33. При этом фланец

35 полумуфты 31 притягивается к электромагниту 33, сжимая пружину 34. Кулачки 37 выходят из закрепления. При этом полумуфта 32 под действием пружины 36 сдвигается вниз и прижимается конусом 38 к конусу 39 кольца 40, чем обеспечивается затормаживание и неподвижность цилиндра 17. Перед проведением данного опыта кольцо 40 сдвигается вверх до соприкосновения с упором 42.

Фиксируют момент на цилиндре 18 в момент включения электромагнита 33, а затем через определенные промежутки времени, по этим данным строят кривую релаксации напряжения с =У(); С=К, - М, где t — время; напряжение сдвига;

К, — постоянная реометра.

При исследовании тиксотропных свойств кольцо 40 перемещают вниз на такую величину, чтобы при включении электромагнита 33 полумуфта 32, сдвигаясь вниз под действием пружины 36, не взаимодействовала с конусом 39.

Задается вращение цилиндру 17 до установившегося режима и замеряют момент вращения М . Включается электромагнит 33. При этом сбрасывается нагрузка на время t. Замеряется момент М и снова дается нагрузка выкt лючением электромагнита 33 до выхода на установившийся режим М . Тиксотропные свойства оцениваются по глубине разрушения структуры.

М.-Mq

О

Мд при заданной скорости деформации Zt исследуемой жидкости. Степень восстановления структуры оценивается коэффициентом

Мо-МE, п

Мо

1318848

При изучении упругих свойств жидкости цилиндру 17 задают поворот на некоторый угол и производят запись по времени угла поворота цилиндра 17

g (t) по данным выходных сигналов 5 н

l датчиков 9 и 9, при этом ч (t) — ч (t)

<р (t)- з п

Одновременно ведут запись угла поворота q (с) и момента на изМерительном

16 цилиндре 18. В линейной области искомая упругая деформация определяется как

f5 (1) ц„(t)-у (t) =ьч= — - — «--

Rq где R u Rig — радиусы задающего 17 !

1 и измерительного 18 цилиндров соответственно.

Тогда модуль сдвига определяется 20 по закону Гука

С

PI где с, — напряженис сдвига в исследуемой жидкости; — угловая деформация жидкости.

Используют известное выражение для напряжений сдвига в ротационных вискозиметрах: 30

1"(Ь (2)

27 I,R2 крутящий момент; рабочая длина цилиндров 17 и 18; 35 средний радиус измерительной щели, равный R =0,5(R, +R, ), ср где И—

1. тогда

M 40

2 1Л, При определении упругой составляющей напряжения для различных скоростей сдвига стопорят вал 10 подачей напряжения на электромагнитный тор- 45 моз 13 и задают вращение цилиндру 17.

При достижении наперед заданной угловой скорости вращения цилиндра 17 его стопорят подачей напряжения на электромагнит 33 (при этом кольцо 40 50 находится в верхнем положении до упора 42), одновременно расфиксируют вал 10 и замеряют угол поворота с вала 10. Этот угол пересчитывают в напряжение сдвига, используя зависимость (2), Задавая различные скорости вращения цилиндру 17, определяют зависимость с, =Й(), л

Ч"P где — упругая составляющая напряжения; относительная скорость сдвига.

Определяют релаксации упругой составляющей напряжения. По зависимости < »< =f.(t } определяют угловую скорость вращения цилиндра 17, соответствующую максимальной величине

Для данной скорости вращения цилиндра 17 замеряют угол поворота вала 10 по описанной методике и далее через определенные промежутки времени по этим данным строят кривую релаксации упругой составляющей напряжения c qp =g(t).

g = ().

Формула. изобретения

Реометр, содержащий кювету для исследуемой жидкости, узел измерения момента, привод, муфту сцепления, термостат и отсчетное устройство, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет расширения круга измеряемых реологических параметров, он дополнительно снабжен электромагнитным тормозом, фрикционным тормозом, дифференциальным редуктором, промежуточной втулкой и датчиком угла поворота, причем электромагнитный тормоз сопряжен с валом измерительного цилиндра кюветы, на котором посажена промежуточная втулка, соединенная жестко с внутренним концом спирали, наружный конец которой укреплен на корпусе узла измерения момента, причем промежуточная втулка соединена с валом измерительного цилиндра съемным штифтом, валы приводных электродвигателей через червячные передачи соединены с центральными колесами дифференциального редуктора, водило которого соединено электромагнитной муфтой сцепления с валом задающего цилиндра кюветы, червячные валы сопряжены с датчиками угла поворота, При определении упругой составляющей деформации для различных скоростей сдвига вынимают быстросменные штифты 15, отсоединяя спираль 11 от вала 10. По описанной методике определяют угол поворота вала 10 и пересчитывают этот угол в величину относительной деформации сдвига по выражению (1). Получается зависимость

1318848 8 мой полумуфты выполнен корпус Арикционного тормоза с вершиной, направленной в сторону ведущей полумуфты, а неподвижный конус фрикционного тормоза установлен с возможностью его осевого перемещения. причем диски с метками этих датчиков насажены жестко на червячные валы, полумуфты электромагнитной муАты сцепления посажены на валах на скользящих шпонках и подпружинены навстре- 5 чу друг другу, причем на ободе ведоФигЗ

Составитель В.Вощанкин

Техред A.Êðàâ÷óê Корректор А.Обручар

Редактор Л.Лангазо

Заказ 2500/34 Тираж 776

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграАическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4