Эластовискозиметр

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социанистических

Реснубник

<»890151 (6l ) Донолнительное к авт. свна-ву (22) Заявлено 28.04. 80 (21) 2917965/18-25 (51)Ч. Кл.

G 0l N lI/I6 с присоединением занввн М—

91еудврстееввыЯ комитет

СССР ав аеаои «эобретениЯ и открытиЯ (23) Приоритет—

Опубликовано 15.12.81. Бюллетень .% 46

Дата опубликовании описании 1 5 . 1 2 . 81 (53) УДК532.137 (088. 8) M С. Катков, В. A Кузнецов, В. Л. Кани и Н. В. Кузнецова

f-!

Ленинградский институт авиационного при оростроейия,(72) Авторы изобретения (7I) Заявитель (54) ЗЛАСТОВИСКОЗИМЕТР

Изобретение относится к области исследования физико-механических свойств вещества, а именно к информационно-измерительным преобразователям и предназначено для определения вязкоупругих характеристик материалов как органического, так и неорганического происхождения.

Известно устройство цля измерения динамического модуля упругости G и динамической вязкости т исследуемого материала, основанное на измерении модуля динамической системы и фазы ее колебаний с последующей корреляционной обработкой результатов измеое-! ния и расчетов величин G и т по аналитическим выражениям с г«.мощью

UBM. Выбором числа периодов для расчета корреляционных функций может быть достигнута высокая прочность измерений измеряемых величин G и т материала (11.

Недостатком известного устройства является принципиальная невозможность измерения составляющих комплексного модуля материала при их изменении во времени. Кроме того, в расчетных формулах есть постоянные коэффициенты (упругость вспомогательных пру..-: собственное демпфирование и др,, характеризующие электро-механическую часть устройства, которые могут изменяться в зависимости от условий эксперимента, внешних условий, что, в конечном итоге, приводит к снижению точности измерений.

Известно устройство, реализующее способ определения вяэкоэластичных

35 свойств полимеров, содержащее корпус, шток, с зондом, связанный с приводом задающих перемещений, кювету для исследуемого вещества и датчик амплитуды перемещения штока. Это устройство

20 позволяет получить информацию о комплексном модуле вещества, а также изучать пооцессы его изменения во времени (2).

3 89015

Однако выделение модуля и фазы ко- лебаний динамической системы либо определение составляющих комплексного модуля вещества известным устройством требует вторичной обработки результа5 тов, что значительно снижает точность измерений динамической вязкости и динамического модуля упругости.

Известно устройство для измерения вязкой и упоугой составляющих комплек- 10 сного модуля, содержащее корпус, шток с зондом, связанный с приводом задающих перемещений, кювету для исследуемого вещества, датчик перемещения штока, обратный преобразователь, статор и якорь которого закреплены соответственно на корпусе и штоке, блоки опреде..ления модуля и фазы комплексного модуля, фазовращатель и исполнительные блоки, причем входы блоков определения модуля и фазы комплексного модуля связаны с выходами датчиков перемещения штока и задающего перемещения, первый вход фазовращателя соединен с выходом датчика перемещения штока, его второй вход — с выходом второго исполнительного блока, а выход — с обмоткой статора обратного преобразователя, входы первого и второго исполнительных блоков подключены к выЭО ходам блоков определения модулж и фазы комплексного модуля соответственно, выход первого исполнительного блока подключен к обмотке якоря обратного преобразователя. Применение блоков определения модуля и фазы комплексного модуля в виде амплитудного и фазового детекторов позволяет обеспечить высокую точность измерения модуля и фазы комплексного модуля (3 )

Однако в большинстве технологических процессов требуется получение информации о величинах вязкости и модуля упругости. Для определения их требуется дополнительное вычислительное устройство, содержащее перемножители.

Кроме того, амплитудный и фазовый детекторы и особенно, фазовращатель, являются сложными техническими устрой4 ствами .

Наиболее близким по технической 50 реализации и максимальному количеству общих существенных признаков с заявляемым является эластовискоэиметр, содержащий корпус, шток с зондом, связанный с приводом задающих колебаний, 55 кювету для исследуемого вещества, датчики перемещения штока, усилия и скорости перемещения штока, обратные

1 4 преобразователи модуля упругости и вязкости, состоящие из статоров и якорей, закрепленных соответственно на корпусе и штоке, формирователи сигналов модуля упругости и вязкости, выполненнйе в виде множительных устройств, исполнительные блоки каналов модуля упругости и вязкости, причем выходы датчиков перемещения штока и усилия соединены со входами формиро— вателя сигнала модуля упругости, выход которого через исполнительн и блок канала модуля упругости связан с якорем обратного преобразователя модуля упругости, а выходы датчиков скоростн перемещения штока и усилия соединены с входами формирователя сигнала вязкости, выход которого через исполнительный блок канала вязкости связан со статором обратного преобразователя вязкости, а выход датчика скорости перемещения штока свя— зан с якорем обратного преобразователя.

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение точности измерения составляющих комплексного модуля.

Указанная цель достигается тем, что в известный зластовискозиметр, содержащий корпус, шток с зондом, связанный с приводом задающих перемещений, кювету для исследуемого вещества, обратные преобразователи модуля упругости и вязкости, состоящие иэ статоров и якорей, закрепленных соответственно на корпусе и штрке, датчик перемещения штока, выход которого соединен с сигнальным входом формирователя сигнала модуля упругости, датчик скорости перемещения штока, выход которого соединен с якорем обратного преобразователя вязкости, исполнительный блок канала модуля упругости, вход которого соединен с выходом формирователя сигнала модуля упругости, а выход связан с якорем обратного преобразователя модуля упругости, исполнительный блок канала вязкости, вход которого соединен с выходом формирователя сигнала вязкости, а выход связан со статором обратного преобразователя вязкости, введены генератор импульсов фиксации, синхронизирующий вход которого связан с приводом saдающих перемещений, а формирователи сигналов модуля упругости и вязкости выполнены в виде управляемых ключей, причем управляющие входы формировате890151 лей сигналов модуля упругости и вязкости соединены с соответствующими выходами генератора импульсов фиксации, а сигнальный вход формирователя сигнала вязкостч соединен с выходом датчика перемещения штока.

На фиг. 1 изображена схема описываемого эластовискозиметра; на фиг. 2 — одйн из возможных вариантов выполнения генератора импульсов IO фиксации; на фиг. 3 — представлен график синхронизации выходных сигналов генератора импульсов фиксации и перемещения стакана 3.

Эластовискозиметр содержит элект- 3 родвигатель 1, вал которого через профилированный кулачок 2 связан с подвижным стаканом 3,- в котором с помощью пружины 4 упруго подвешен шток 5, на котором укреплены шторка 20

6 фотоэлектрического датчика перемещения штока, якори обратных преобразователей модуля упругости и вязкости с катушками 7 и 8, якорь датчика скорости перемещения штока в виде посто — 25 янного магнита 9 и зонд 10, погруженный в кювету ll с исследуемым веществом 12. Фотоэлектрический датчик перемещения штока включает также неподвижное основание 13 и установленные на 30 нем источники 14 и приемники 15 излучения, например, светодиоды и фо— тодиоды. Статор обратного преобразователя модуля упругости, выполненный в виде постоянного магнита 16, статор обратного преобразователя вязкости с катушкой 17 и статор датчика скорости перемещения штока с катушкой 18 укреплены на корпусе прибора (не пока— зан1. Генератор импульсов фиксации

19 может быть выполнен (см. фиг. 2 ) в виде диска 20. закрепленного на валу электродвигателя 1 и имеющего ото верстие 21 и два смещенных на 90 источника 22 и приемника 23 излучения, укрепленных на корпусе прибора с противоположных сторон от диска 20. Кроме того, эластовискозиметр содержит формирователя 24 и 25 сигналов модуля упругости и вязкости, выполненные в виде управляемых ключей, исполнительные блоки 26 и 27 каналов модуля упругости и;.вязкости, состоящие из последовательно соединенных интегратора и усилителя. Управляющие входы формиро вателей 25, 24 подключены к первому и второму выходам генератора импульсов фиксации 19 соответственно, а их сигнальные входы соединены с выходом

В приемника излучения 15 датчика перемещения штока, Катушка 7 якоря обратного преобразователя модуля упругости через исполнительный блок 26 канала модуля упругости соединена с выходом формирователя 24. Катушка 8 якоря обратного преобразователя вязкости соединена с выходом катушки 18 статора датчика скорости, а катушка 17 статора обратного преобразователя вязкости через исполнительный блок канала вязкости 27 соединена с выходом формирователя 25.

Эластовискозиметр работает следующим образом.

При отсутствии вещества 12 в кювете 11 включение привода 1 вызовет гармоническое колебание стакана 3 вида

x0 (t) = a sinmt, что обуславливает появление периодического сигнала

X(t) - ASin alt +9 на выходе фотодиодов 15 датчика перемещения штока, амплитуда и фаза которого будет определяться амплитудой и частотой задающих колебаний стакана 3 и параметрами механической части устройства (мас сой, собственным демпфированием, упругостью пружины). Этот сигнал поступает на сигнапьные входы формирователей

26 и 24, на вторые входы которых поступают последовательности импульсов с первого и второго выходов генератора импульсов фиксации 19 соответственно. Импульсные сигналы на выходе генератора 19 появляются в моменты прохождения отверстий 21 диска 20 между оптическими пар ами 22, 23. Диск 20 устанавливается на валу электродвигателя 1, т. е. чтобы импульсы. „на первом выходе генератора 19 появля-. лись в.момент прохождения стаканом 3 своего среднего положения, т. е. в моменты времени, для которых

tdtl, = 2iLtl, где n = +, 1, 2,... (см. фиг. 3).

Так как втор ая оптиче с кая пара светодиод 22 — фотодиод 23 сдвинута о по дуге на 90 о тно си тел ьно пер в ои пары, то импульсы Z> на втором выходе генератора появляются со сдвигом от-. носительно импульсов первого выхода на четверть периода следования импульсов, т. е. в моменты времени, для которых

g)t< K(2K+ 1 2), k = 0, l, г...

В моменты прихода импульсов с генератора 19 на управляющие входы формиро890151 вателей 24, 25, выполненных в виде управляемых ключей, они открываются и пропускают на выход сигнал с датчика перемещения штока.

Формирователи настраиваются таким образом, чтобы в отсутствии вещества

12 амплитуда импульсных сигналов на их выходах была равна нулю (это можно сделать, например смещением уровня сигнала на сигнальном входе ключей). В этом случае нулевыми будут сигналы на выходе исполнительных блоков 26 и 27 и в обратных преобразователях каналов модуля упругости вязкости не будут развиваться компенсирующие усилия.

При наличии вещества 12 в кювете

» возникает сопротивление движению зонда 10, которое обусловлено его комплексным модулем. Это вызовет изменение амплитуды и фазы колебаний штока 5 и, следовательно, амплитуды и фазы выходного сигнала датчика перемещения штока, сигнал с которого поступает на сигнальные входы формирователей 24 и 25 сигналов модуля упругости и вязкости. Это происходит потому, что формирователи позволяют выделить соответственно действительную и мнимую части частотной характеристики эластовискозиметра, который в свою очередь пропорциональны соответствен— но активной и реактивной составляющим комплексного модуля исследуемого вещества, т. е. модулю упругости и вязкости.

Формула изобретения

Эластовискозиметр, содержащий корпус, шток с зондом, связанный с приводом задающих перемещений, кювету для исследуемого вещества, обратные преобразователи модуля упругости и вязкости, состоящие из статоров и якорей, з акр епленных соответств енно на корпусе и штоке, датчик перемещеE ния штока, датчик скорости перемещения штока, выход которого соединен с якорем обратного преобразователя вязкости, формирователь сигнала модуля упругости, сигнальный вход которого соединен с выходом датчика перемещения штока, и формирователь сигнала вязкости, исполнительный блок канала модуля упругости, вход которого соединен с выходом формирователя сигнала модуля упругости, а выход связан с якорем обратного преобразователя модуля упругости и исполнительный блок канала вязкости, вход которого соединен с выходом формирователя сигнала вязкости, а выход связан со статором обратного преобразователя вязкости, отличающийся тем,что,с целью упрощения конструкции и повьппе24 ния точности измерений, в него введен генератор импульсов фиксации. синхронизирующий вход которого связан с приводом задающих перемещений, а формирователи сигналов модуля упругости и вязкости выполнены в виде управляемых ключей, причем управляющие входы формирователей сигналов модуля упругости и вязкости связаны с соответствующими выходами генератора

36 импульсов фиксации, а сигнальный вход формирователя сигнала вязкости соединен с выходом датчика перемещения штока.

Источники информации. принятые во внимание при экспертизе

1. Watson J. D. The measurement

of freguency characteristics applidto

oscilatory testing in rheology. Reol

acta Bd 8, Ф 2, 1969, р. 201-205.

4!! 2.,Авторское свидетельство СССР ло зайвке Ф 2777080, кл. G 01 N » /16, 1979.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 267163, кл. G 01 N » /16, 1968.

4. Авторское свидетельство СССР по заявке У 2383852, кл. G О1 N » /16, 1976 (прототип).

890151

Составитель В. Вощанкин

Редактор С. Запесочный Техред 3. Фанта Корректор О. Билак

Заказ 10954/66 Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4