Ротационный вискозиметр

 

у — —. ч

О П И С А Н"И, ;Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (iij787375

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6f) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 120279 (21) 2723974/18-25 (51)М. Кл з

G 01 N 11/14 с присоединением заявки Ко

Государствеииый комитет

СССР по дедам изобретеиий и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 15,1280. Бюллетень 14- 4б

Дата опубликования описания 15,1280 (53) УДК 548. 137 (088.8) (72) Авторы изобретения

Т.A. Артюховская, Л.Б. Богатин, Ю.В.Полянский и И.В. Ионова (71) Заявитель

Ленинградский институт авиационного приборостроения (54 ) РОТАЦИОННЫЯ ВИСКОЗИМЕТР

Изобретение относится к устройствам для автоматического контроля физико-механических характеристик твердеющих веществ, например полимерных продуктов, и может быть использовано 5 в различных отраслях промышленности для контроля технологических процессов, а также для научных исследований.

Известен ротационный вискозиметр, 10 содержащий подвижный элемент, помещаемый в сосуд с исследуемым веще1 ством и закрепленный на оси электродвигателя, имеющего заданное число оборотов. Электродвигатель приводит

so вращение измерительный элемент.

О величине вязкости исследуемого вещества судят по величине силы тока потребляемого электродвигателем 1 .

Наиболее близким к изобретению является ротационный вискозиметр, содержащий измерительный цилиндр и тахометр, закрепленные на оси электродвигателя, подключенного к выходу блока задания момента вращения, а также 25 блок регистрации в виде частотомера, подключенного к выходу тахометра. Измерительный цилиндр, помещенный в исследуемое вещество, тормозится за счет вязкого сопротивления,пропорцио- 30 нального скорости вращения цилиндра.

Скорость вращения цилиндра замеряется.тахометром. Наводимая в тахометре ЭДС с частотой, зависящей от скорости вращения, регистрируется стандартным частотомером. По величине скорости судят о вязкости исследуемого вещества $2(.

Однако в этих вискоэиметрах вязкие характеристики определяются косвенными методами по результатам измерения величин крутящих моментов и скоростей вращения. Это связано с необходимостью получения промежуточных результатов, что является источником дополнительной погрешнбсти измерения, а также исключает возможность измерения вязкости в динамических режимах испытания, например в процессе затвердевания вещества.

Цель изобретения — повышение точности измерения вязкости при изменении физико-химического состояния исследуемого вещества.

Цель достигается тем, что ротационный вискозиметр, содержащий измерительный цилиндр и тахометр, закрепленные на оси электродвигателя, подключен-. ного к выходу блока задания момента вращения, и регистратор, дополнительно

787375 снабжен узлом обработки информации, включающим в себя блок вычисления углового ускорения, интегратор, блок сравнения, блок памяти:весовых коэффициентов, два блока умножения, блоки оценки угловой скорости и текущей вязкости, два элемента задержки и блок уп-5 равления.

Блок вычисления углового ускорения соответствующими входами соединен с выходами тахометра и блока за. дания момента вращения непосредственНо а с выходами блока оценки текущей . вязкости — через первый элемент за-, держки.Выход блока вычисления углового ускорения соединен с первым цходом интегратора, второй вход которого соединен с.выходом блока оценки угловой скорости через второй элемент задержки. Выход интегратора соединен с пер- выми входами блока оценки угловой скорости и блока сравнения. Второй вход блока сравнения подключен к выходу тахометра, а выход блока сравнения через один блок умножения соединен со вторым входом блока оценки угловой скорости, а через другой блок умножения — с первым входом блока. оценки текущей вязкости, второй вход которого подключен к его выходу через первый элемент задержки. Выход блока оценки текущей вязкости подключен к блоку регистрации. Вторые входы блоков умножения подключены к соответствующим выходам блока памяти весовых коэффициентов. Выходы блока управления подклю- Ь чены к управляющим входам блока вычисления углового ускорения, блока памяти весовых коэффициентов и блока регистрации.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого ротационного вискоэиметра.

Ротационный вискозиметр содержит измерительный цилиндр 1 и тахометр 2,. закрепленные нЖ оси электродвигателя 3 постоянного тока, обмотка управления которого подключена к выходу блока 4 задания момента вращения. Цилиндр 1 погружен в кювету 5, заполненную исследуемым веществом, например полимером. Вискозиметр также включает блок 6 вычисления углового уско- о рения, состоящий из последовательно соединенных блока 7 возведения угловой скорости в степень 3/2, блока 8 . определения приведенного момента сопротивления исследуемого вещества и блока 9 вычитания, интегратор 10, блок 11 сравнения, блок 12 памяти весовых коэффициентов, первый 13 и второй 14 блоки умножения, блок 15 оценки угловой скорости, блок 16 оценки текущей вязкости, первый 17 и второй 18 40 элементы задержки, блок 19 регистрации, блок 20 управления. В блоке 6 вычисления углового ускорения вход блока 7 возведения в степень 3/2 и соединен с выходом тахометра 2, вто- 65 рой вход блока 8 определения приведенного момента сопротивления исследуемого вещества соединен через первый элемент 17 задержки с выходом блОка 16 оценки текущей вязкости, второй вход блока 9 вычитания — с выходом блока 4 задания момента вращения.

Выход блока 9 вычитания соединен с первым входом интегратора 10, второй вход которого соединен через второй элемент 18 задержки с выходом блока

15 оценки угловой скорости. Выход интегратора 10 соединен с первым входом блока 15 оценки угловой-скорости и с первым входом блока 11 сравнения, второй вход которого подключен к выходу тахометра 2. Выход блока 11 сравнения через первый блок 13 умножения соединен со вторым входом блока 15 оценки угловой скорости, а через второй блок 14 умножения — с первым входом блока 16 оценки текущей вязкости, второй вход которого подключен к его выходу через элемент 17 задержки, а выход — к блоку 19 регистрации. Вторые входы блоков 13 и 14 умножения подключены к соответствующим выходам блока 12 памяти весовых коэффициентов, а выходы блока 20 управления, подключены к управляющим входам блока 8 определения приведенного момента сопротивления исследуемого seщества, блока 12 памяти весовых коэффициентов и блока 19 регистрации.

Ротационный вискозиметр работает следующим образом.

Электродвигатель 3 постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов вращает измерительный цилиндр 1, закрепленный на оси двигателя и помещенный в кювету 5 с исследуемым вещест- . вом. Постоянство момента вращения обеспечивается запиткой обмотки управления стабилизированным током от блока 4 задания момента вращения. С ростом момен-, та сопротивления на оси двигателя, вызванным увеличением вязкости исследуемого вещества, скорость вращения измерительного цилиндра 1 уменьшается.

Сигнал с тахометра 2, пропорциональный угловой скорости вращения, поступает на вход блока 7 узла обработки информации, который работает циклично.Каждый цикл включает п шагов вычисления.

Запуск устройства осуществляется сигналом с блока 20 управления, который поступает на управляющий вход блока 8 определения приведенного момента сопротивления исследуемого вещества.

Рассмотрим работу устройства на и-ом шаге вычисления. С выхода блока 7 поступает сигнал, равный значению углозой скорости вращения цилиндра 1 в степень 3/2, в блок 8, где умножается на сигнал, равный значению вязкости на предыдущем (n-1 )-ом шаге вычисления и поступающий с блока 16 оценки текущей вязкости через .элемент 17 задержки, в котором предварительно про787375 исходит его задержка на временной интервал шага дискретности. Таким образом нйчисляется значение приведенного момента сопротивления среды на и-ом шаге.

Блок 9 вычитания формирует сигнал углового ускорения цилиндра 1 путем вычитания выходного сигнала блока 8 иэ сигнала, пропорционального приведенному значению момента вращения двигателя и поступающего с блока 4 задания момента вращения.

Таким образом, в блоке 6 вычисления углового ускорения формируется выходной сигнал на основании следующей известной зависимости для тела вращения в виде цилиндра

Ч+СЧ=О

/ где W — угловая скорость вращения измерительного цилиндра, С вЂ” переменный параметр, характеризующий вязкость среды, C 4Ã- приведенное значение момента сопротивления среды (— ь);

25

U - -приведенное значение момента вращения днигателя () .. J

Сигнал углового ускорения с выхода блока 9 вычитания поступает на интегратор 10, который формирует априорную оценку угловой скорости на п-ом шаге вычисления путем интегрирования сигнала углового ускорения в течение времени шага дискретности и суммирования ,результата с сигналом, ранным апостери орной оценке угловой скорости на предыдущем (n-1)-ом шаге и поступающим с блока 15 оценки угловой скорости через элемент 18 задержки, осуществляющий задержку сигнала на временной ин- 40 тервал шага дискретности.

С выхода блока 11 сравнения сигнал поправки по угловой скорости, равный разности значений угловой скорости с .тахометра 2 и априорной оценки угловой45 скорости с интегратора 10, поступает ,на входы блоков 13 и 14 умножения, где умножается на соответствующие весовые коэффициенты, значения которых, аппроксимированные заранее по ковариационным Моментам ошибок оценок, содержатся в блоке 12 памяти весовых коэффициентов для каждого шага вычисления и поступают в блоки 13 и 14 по сигналам с блока 20 управления.

Сигналы с выходов интегратора 10 и блока 13 умножения суммируются блоком 15 оценки угловой скорости, формируккцим окончательную (апостериорную)оценку-скорости измерительного цилиндра на и-ом шаге вычисления кото- 6О рая запоминается элементом 18 эадержки для нычислений на следукщем шаге.

Блок 16 оценки текущей вязкости формирует сигнал, равный вязкости среды на n-oM шаге вычисления, путем Я суммирования выходного сигнала с блока 14 умножения с сигналом, равным оценке нязкости на предыдущем (и-1)-ом шаге вычисления и поступающим с выхода блока 16 через элемент

17 задержки.

Определяемые заранее начальные условия, необходимые для вычислений на первом шаге первого цикла, хранятся в блоках 12, 15 и 16. По окончании цикла по сигналу с блока 20 управления значения вязкости с блока 16 поступают на блок 19 регистрации. Новый цикл вычислениИ, учитывающий оценки предыдущего цикла, начинается по сигналу с блока 20 управления на управляющий вход блока 8. Заканчивается работа по сигналу "Стоп" с блока управления. Узел обработки информации реализуется на типовых элементах цифровой вычислительной техники. Длительность цикла и шаг дискретности по времени выбираются, исходя иэ требований по точности и быстродействию.

Таким образом, внедение в ротационный вискозиметр узла обработки информации позволяет автоматически измерять вязкость при изменении физико-химического состояния вещества, а также повысить точность за счет исключения субъективных оценок, имеющих место при обработке информации исследователем. формула и зобрет ения

Ротационный вискозиметр, содержащий измерительный цилиндр и тахометр, закрепленные на оси электродвигателя, подключенного к выходу блока задания момента вращения, и блок регистрации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения вязкости, н вискозиметр введены блок вычисления углоного ускорения, интегратор, блок сравнения, блок памяти весовых коэффициентов, два блока умножения, блоки оценки угловой скорости и текущей вязкости, два элемента задержки и блок управления, причем блок вычисления углового ускорения соответствующими входами соединен с выходами тахометра и блока задания момента вращения непосредственно н с выходом блока оценки текущей вязкости — через перный элемент задержки, а выходом - с первым входом интегратора, второй вход которого через второй элемент задержки соединен с выходом блока оценки углоной скорости, выход интегратора соединен с первыми входами блока оценки угловой скорости и блока сравнения, нторой вход блока сравнения подключен к выходу тахометра, а его выход через один блок умножения соединен со вторым входом блока оценки угловой скорости, а череэ другой блок умножения — с первым

787375

1. Патент Франции 9 2165178, кл. G 01 и 11/00, 1973.

Составитель В. Вещанкин

Редактор Ю. Петрушко Техред Е. Гаврылешко Корректор О. Ковинская

Заказ 8263/21 Тираж 1019 Подписное

ВНИИПИ 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 входом блока оценки текущей вязкости, второй вход которого подключен к выходу первого элемента задержки, а выход к блоку регистрации, вторые входы блоков умножения подключены к.соответствующим выходам блока памяти весовых коэффициентов, выходы блока управления подключены к управляющим входам блока вычисления углового ускорения, блока памяти весовых коэффициентов и блока регистрации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2. Локша Б.К. и Вершинина В.В.

Электрический вискозиметр с бесконтактным двигателем переменного тока. "Зав.лаборатория", 1964,96 (прототип).