Устройство для регистрации процессов изменения упругости твердеющих веществ

 

О П И С А Н И Е (ii1528482

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свпд-ву (22) Заявлено 11.05.75 (21) 2132100/25 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.09.76. Бюллетень № 34

Дата опубликования описания 02.08.76 (51) М. Кл.2 G 01N 11/10

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 548.137(088.8) (72) Авторы изобретения

М. С. Катков, В. Ф. Буралкин и Н. В. Кудрин

Ленинградский институт авиационного приборостроения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ПРОЦЕССОВ

ИЗМЕНЕНИЯ УПРУГОСТИ ТВЕРДЕЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

Изобретение относится к области исследования физико-механических свойств твердеющих веществ, а именно к устройствам для регистрации процессов изменения упругости твердеющих веществ, например, процессов полимеризации.

Известен регистрирующий прибор для измерения вязкости гелей. Основой прибора является двуплечий рычаг, равновесное положение которого устанавливается с помощью передвижного груза. Движение гири вдоль плеча рычага осуществляется винтом, который приводится во вращение электромотором. Недостатком известного устройства является низкая точность измерений.

Наиболее близким техническим решением является устройство, работающее по принципу измерения касательного напряжения сдвига компенсационным методом.

Принцип действия известного устройства заключается в том, что осуществляется непрерывное сравнение изменяющейся упруго.ти исследуемого вещества с искусственно создаваемой упругостью электромеханического обратного преобразователя путем алгебраического суммирования сил, возникающих при деформациях одинакового знака на сбалансированном коромысле, совершающем возвратно-поступательное движение.

Устройство состоит из коромысла, шарнирно-подвешенного на подвижной опоре, сочлененной с приводом; плунжера, погруженного в кювету с исследуемым веществом и соединенного с коромыслом; балансировочного гру5 за, закрепленного на коромысле; датчика рассогласования, состоящего из электродов и расположенной между ними заслонки, закрепленной в опоре коромысла; усилительнопреобразовательного блока с двумя входами;

И исполнительного механизма; датчика фазы, соединенного с приводом, регистратора и обратного преобразователя, имеющего сердечник, якорь, закрепленный на коромысле и катушки, связанные с выходом исполнительного

15 механизма, который соединен со входом регистратора. Первый вход усилительно-преобразовательного блока связан с электродами датчика рассогласования, второй вход — с датчиком фазы, а выход — с входом исполнитель20 ного механизма.

Известное устройство имеет недостаточно высокую точность и узкий диапазон измерений вследствие влияния изменяющихся в процессе измерения вязких свойств исследуемых

25 веществ и нелинейности коэффициента передачи исполнительного механизма и обратного преобразователя, особенно проявляющейся в области малых величин упругости. Кроме того, в процессе измерения изменяющейся уп30 ругости меняется частотная характеристика

528482 известного устройства. При смене исследуемого вещества необходимо каждый раз проводить сложную настройку устройства при помощи балансировочного груза с целью компенсации выталкивающей силы, действующей на плунжер при его погружении в исследуемое вещество. Перечисленные недостатки сужают класс вещества, которые могут быть исследованы известным устройством, и ставят и сильную зависимость его конструктивные особенности от физико-механических свойств исследуемых веществ.

Цель изобретения — повышение точности и расширение диапазона измерения.

Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве на опоре коромысла закреплен потенциометр с резистивным элементом, соединенный средней своей точкой со вторым входом усилительно-преобразовательного блока, а на коромысле закреплен скользящий контакт этого потенциометра, соединенный с вторым входом усилительно-преобразовательного блока, причем сердечник обратного преобразователя сочленен с приводом опоры коромысла с возможностью перемещения в противофазе с ней. Таким образом, измеряемой координатой является не угол поворота коромысла, а разность перемещений, одно из которых вызвано пробными колебаниями, а второе пропорционально углу поворота коромысла. Эта разность, пропорциональная величине измеряемой упругости исследуемого вещества, детектируется сигналом угла поворота коромысла, чем достигается независимость процесса измеренияя упругости от изменяющихся вязких свойств вещества в широком диапазоне.

Дополнительные колебания сердечника обратного преобразователя в противофазе с колебаниями опоры коромысла обеспечивают линейность шкалы независимо от величины измеряемых упругих свойств вещества. С целью стабилизации частотной характеристики в предлагаемом устройстве якорь обратного преобразователя и шток, погружаемый в исследуемое вещество, закреплены в одной точке коромысла. С целью упрощения настройки при исследовании различных веществ предлагаемое устройство снабжено блоком установки нуля, выполненным в виде электромагнита, сердечник которого установлен неподвижно, катушки связаны с потенциометром, а якорь закреплен на коромысле.

На чертеже схематически представлено описываемое устройство, содержащее коромысло 1, подвешенное на подвижной шарнирной опоре 2, которая может совершать возвратно-поступательное движение фиксированной амплитуды и частоты при помощи кулач«а 3. Кулачок 3 сочленен с кулачком 4 и приводом 5. На коромысле 1 закреплены якорь 6 обратного преобразователя, выполненный в виде постоянного магнита; якорь 7 электромагнита блока установки нуля: балансировочный груз 8; плунжер 9, погруженный в кювету 10 с исследуемым веществом 11; зад

15 ю эб зо

Щ

59

65 слонка 12 датчика рассогласования, расположенная между электродами 13 и 14.

Якорь 6 обратного прсобразоватсля расположен между полюсами сердечника 15 с катушкой 16. Сердечник 15 имеет разноименные полюса с якорем 6 и установлен с возможно стью возвратно-поступательного движения в противофазе с опорой 2 коромысла 1 с помощью кулачка 4, сочлененного с кулачком 3 и приводом 5. Катушка 16 обратного преобразователя электрически связана с исполнительным механизмом 17, которым управляет усилительно-преобразовательный блок, состоящий из усилителя 18 и демодулятора 19.

Первый вход усилительно-преобразовательного блока соединен с электродами 13 и 14 датчика рассогласования, второй вход связан с закрепленным на коромысле 1 скользящим контактом и средней точкой резистивного элемента потенциометра 20, закрепленного в опоре 2 коромысла 1, а выход — с входом исполнительного механизма 17. Между полюсами сердечника электромагнита 21 блока установки нуля с катушкой 22 расположен якорь

7 в виде постоянного магнита. Катушка 22 электрически связана с потенциометром 23 и включена так, что отталкивает якорь 7 от полюсов сердечника 21. Катушка 16 обратного преобразователя электрически связана с выходом исполнительного механизма 17, который связан с входом регистратора 24.

Устройство работает следующим образом.

Привод 5 через кулачок 3 сообщает опоре

2 коромысла 1 возвратно-поступательноедвижение определенной частоты и фиксированной амплитуды. При этом на коромысло 1 действует упругая сила исследуемого вещества 11 и сила притяжения постоянного магнита 6, направленные встречно. При их равенстве за все время движения коромысла 1 в ту или иную сторону, суммарная сила равна нулю. Нулевым будет и момент относительно опоры коромысла, что обеспечивает горизонтальное положение коромысла 1 за все время перемещения.

Заслонка 12 при этом движется параллельно электродам 13 и 14 датчика рассогласования в вертикальной плоскости и сигнал на его выходе равен нулю. Равен нулю и сигнал со скользящего контакта потенциометра 20, что обусловливает равенство нулю сигнала на выходе демодулятора 19 усилительно-преобразовательного блока. Выходной сигнал исполнительного механизма 17 при этом создает ток, величина которого пропорциональна величине силы, действующей на постоянный магнит 6 обратного преобразователя и, следовательно, пропорциональная измеряемой упругости вещества. Величина выходного сигнала исполнительного механизма 17 регистрируется регистратором 24.

Для установки нулевого отсчета регистратора 24 при настройке устройства необходимо передвинуть скользящий контакт потенциометра 23, создавая электромагнитное уси528482

Э

10 liIc пя якорь 7 э IQIiTpo«IBT нита 21 Олоl .я

УСТЯНОВКИ НУ.lkI, KO«111CHCHP) IОЩСЕ В.7ИЯНИС OCтаточной намагниченности сердечника 15 ооратного преобразователя и влияние выталкивающей силы, действующей на плунжер 9 со стороны исследуемого вещества, обеспечивая

ГОри30нта 7hilocTh IIopovыс 72 1.

Этим же электромагнитом 21 блока установки нуля может быть задана некоторая величина начальной упругости, обеспечивающая запас устойчивости процесса измерения изменяющихся упругих свойств исследуемого вещества 11.

При изменении упругости исследуемого вещества 11 с течением времени коромысло 1 отклоняется от горизонтального положения,.а заслонка 12 — от вертикального, что вызывает появление сигнала на выходе датчика рассогласования (электродах 13 и 14), который усиливается усилителем 18 и через демодулятор 19 воздействует на исполнительный механизм 17, изменяющий величину тока в катушке 16 обратного преобразовагеля, компенсируя изменение упругости исследуемого вещества 11.

При этом на второй вход усилительно-нреобразовательного блока (демодулятор 19)

IIOCTVII2CT СИГИ ЯЛ CO СКОЛЬЗЯН!ЕГО КОIIТс!1 T2 И средней точки резистивпого элемента потенциометра 20, про!юрциональный p23HocTII перемещения опорой коромысла 1 и перемещения, пропорционального углу поворота коромысла 1. Этот сигнал прямо пропорционален силе, обусловленной чисто упругими свойствами вещества 11. В усилительно-преобразовательном блоке осуществляется детектирование сигнала, поступающего со скользящего контакта и средней точки резистивного элемента потенциометра 20 сигналом, пропорциональным углу поворота коромысла 1, поступающим с электродов 13 и 14 датчика рассогласования. На выходе усилительно-преобра3oBaTeльпого блока формируется сигнал, пропорциональный изменению упру! Н«свойств вещества, влияние на которыи вязки«свойств вещества незначительно. Непрерывные изменения упругости вызывают непрерывные изменения выходного сигнала исполнительного механизма 17, которые регистрируются регистратором 24. Сигнал с исполнительного механизма 17 поступает также на катушку 16 обратного преобразователя, сердечник 15 которого совершает возвратно-поступательное движение в противофазе с опорой 2 коромысла 1, обеспечивая тем самым прямую пропорциональность между компенсирующей силой ч силой, пропорциональной упругости исследуемого ве1цества. Плунжер 9, погружаемый

15 0

22

Зо

55 в исследуемое всщестьо 11, и якорь 6 обратного преобразователя закреплены в одной

Toчкс коромысла 1. при этом сила, развиваемая обратным преобразователем, направлена встречно силе, возникающей при изменении уHp) 11!«CBOIICTB BCTIICCTB2 1 1. Такое 32lipCii, JCH lIC H7 Hkl Pp 2 9 II 51 M)p51 6 1703BOCIH C т Сp IIBHIiвать указанные силы. 2 пе моменты. и, Tcl! самым, обеспечить постоянство частотной характеристики устройства во всем диапазоне измерений изменяющейся упругости.

Формула изооретсния

Устройство для регистрации процессов изменения упругости твердеющп«веществ. 00держащее коромысло, шарнирно подвешенное на подвижно!! опоре. сочлененной с приводом, плунжер, погруженный в кювету с исследуемым веществом и соединеHíûé с одним пле !ОЙ КОРОМ! !СЛ Я, 02 12IICIIPOBOHHhIII ГP)3, 32крепленш,!й на противоположном плече коромысла, датчик рассогласовани!1, вкл!Очяющий заслонку. закрепленную ня Оноре коромысла, и два электрода. рязмещенны«по Оос стороны от заслонки, обратный преобразователь, в! !10 !Яю!!!НЙ IIHOPB, 3!!кРсihlclIHI IÉ 112 lo«i >Hc плече коромысла, что и и;!унт р, il сердечник с катушкой, между !!Олк!с!!м!! которого раз !0!цен !! коp!., мс!!Г! Н7 0,7»ИО-!1рсоб!7

2. Устройство по и. 1, отличающееся

Tc«I, 1то, с целью упрощения настройки, oil0 снабжено б;!око:!! мстановки Hx,Isl, BhlHO IHcHным в виде электромагнита, якорь которого закреплен на коромысле. сердечник установлен Hcklo+BII)KHo. а катушка соединен 2 с по тенциометром.

3. Устройство по пп. 1 и 2. отл ичающееся тем, что, с целью стаб!!лизации ча ТоТной характеристики, якорь ооратного прсооразователя и плунжер закреплены B одной точке коромысла.

528482

Составитель В. Вощанкин

Редактор С. Микулицкая Тскред М. Семенов !,орректорьк В. Дод и А. Николаева

Заказ 2020/3 Изд. ке 1581 Тираж 1029 Подписное

Ц1-!ИИПИ Государстпспгп>го комитета Совета М» »строп СССР

IIo;Ic,I I>I изобретений и открытий

113035, Моск>>a, )К-35, Ра!>искап иао., д. 4>5

Ти>и>граф »>, пр. Сапунопа, 2