Ротационный вискозиметр

 

Союз Советскнх

Соцналнстнческнх

1веслублнк

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ р 1898294 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 2205.80 (21) 2929585/18-25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 1101.82. Бюллетень ¹ 2

Дата опубликования описания 15 ° 01- 82

311М Кп з

G 01 М ll/14

Государственный комитет

СССР по делай изобретений и открытий (53) УДК 532.137

{088.8) (72) Авторы изобретения

В.М.Гарин, В.В.Мельник и A.H.Íåäoë (71) Заявитель (54) РОТАЦИОННЫЙ ВИСКОЗИМЕТР

Изобретение относится к приборам для измерения реологических характеристик широкого класса ньютоновских и неньютоновских жидкостей и может быть использовано на предприятиях, в НИИ, химической и нефтяной промышленности при производстве и изучении полимерных, лакокрасочных, смазочных и других материалов. 1О

Известны приборы, используемые для замера вязкостей различных жидкостей, представляющие собой ротационные вискоэиметры, содержащие коаксиальные цилиндры, один иэ которых соединен с приводным двигателем, 1з а другой — измерительный цилиндр-— с устройством для измерения момента.

Исследуемый материал при этом нахо-. дится в условиях тангенциального сдвига в однородном поле напряжений в узком зазоре между цилиндрами.

Основной элемент, определяющий рабочие характеристики любого вискоэиметра — динамометр. Мягкий динамометр обеспечивает большую точность 25 измерений, Жесткий — их большой диапазон. Наибольшее распространение получили вискозиметры с торсионным измерителем моментов. В них в качестве торсыонов применяется стальная ЗО проволока или винтовая пружина, поворачивающая вокруг своей оси до наступления равновесия между моментом сил сопротивления (трения) испытуемого материала и моментом сил ,упругости торсиона (1).

Однако для расширения диапазона измерений в таких вискозиметрах приходится прибегать к частой смене упругого элемента, что в свою очередь требует повторно тарировать вискозиметр. В ротационных вискозиметрах торсионного типа не могут быть совмещены достоинства Мягкого и Жесткого измерителя (т.е. высокая точность при большом диапазоне измерений).

Наиболее близким к предлагаемому является вискозиметр, содержащий корпус, коаксиальные цилиндры, один из которых соединен с приводным двигателем, а другой — с корпусом двухстепенного гироскопа, датчик угла поворота вала гироскопа и систему отрицательной обратной связи. Обратная связь в вискозиметре состоит из датчика угла поворота контактного типа, усилителя, корректирующего электродвигателя, в цепь возбуждения которого поступает сигнал от усилителя, 898294

65 и системы передачи компенсирующего момента на валС27.

Таким образом, в известном вискозиметре динамометр измеряет суммарный момент М, определяемый выражением

Mr™B (×) ™c-тр() ™стрдв™прсв™стрдситч где M (g)- момент сил вязкого треВ ния в исследуемом материале;

М (w) — момент сил сухого трения в подшипниках;

Мс р дц момент сухого трения в компенсирующем двигателе и шестеренках обратной связи;

М вЂ „ момент трения датчика угла поворота;

М вЂ” дополнительный момент, нрсв создаваемый проводной связью, которая соединяет датчик угла поворота и усилитель.

Из данного выражения видно, что даже при высокой чувствительности гироскопа имеют место погрешности в измерении вязкости исследуемого материала, обусловленные сухим трением в подшипниках, в компенсирующем двигателе и шестернях обратной связи, в датчике угла поворота, и ошибки, обусловленные наличием проводов, которые связывают датчик угла гироскопа с. усилителем. Такая система Характеризуется статочным быстродействием цепи отрицательной обратной связи, связанным с электромеханичес-i кой передачей сигнала от гироскопа к усилителю и электродвигателю, и наконец к валу крепления корпуса гироскопа (к валу измерительного цилиндра) . Bce это оказывает существенное влияние на точность измерения.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия прибора.

Указанная цель достигается тем, что предложен ротационный вискозиметр, содержащий корпус, коаксиальные цилиндры, один из которых соединен с приводным двигателем, а другой с корпусом двухстепенного гироскопа, датчик угла поворота вала гироскопа и систему отрицательной обратной связи в котором, согласно изобретенир, система отрицательной обратной связи состоит из коромысла, жесткс закрепленного на валу цилиндра, соединенного с корпусом двухстепенного гироскопа, концы которого служат сердечниками для неподвижно закрепленных на корпусе прибора элект ромагнитных катушек, включенных в цепь фотоэлектрического моста, а датчик угла поворота вала гироскопа выполнен в виде зеркальца, укрепленного на валу гироскопа и отражающего луч от неподвижно установленного ис5

55 точника света на фотоэлектрический мост.

На фиг. 1 изображен предложенный вискозиметр, разрез; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 схема отрицательной обратной связи.

Нотационный вискозиметр содержит измерительный цилиндр 1, внутри которого соосно установлен приводной цилиндр 2, соединенный посредством вала, и шестерни 3 с приводным двигателем 4. Цилиндры 1 и 2 разделены зазором для помещения заданной порции исследуемого вещества.

Измерительный цилиндр 1 жестко связан с валом 5, который в свою очередь, жестко соединяется с корпусом гироскопа 6. Вал 5 установлен в подшипниках: верхнем 7 и нижнем 8. Подшипники 7 и 8 установлены в стакане

9, который жестко крепится к неподвижной плите 10, являющейся статором прибора. Кроме того, с валом 5 жестко скреплено S-образное коромысло

11„ концы которого образуют сердечники электромагнитных катушек 12.

Электромагнитные катушки 12 жестко закрепляют на корпусе 13 хомутами

14 и болтами 15. Подставка прибора

16 снабжена четырьмя установочными винтами 17, для установки прибора горизонтально по уровню. Плита 10 связана при помощи стоек 18 с плитой 19.

С плитой 19 жестко скрепляется муфта

20, в которой установлены подшипники

21 и 22 крепления вала 23. Оптическая измерительная угловая система фиг. 2 и 3, состоит из направленного источника света 24, крепящегося на корпусе 13 прибора, зеркала 25, закрепленного на выходной оси Х гироскопа, .двух фотоэлементов 26 и 27, включенных по мостовой схеме и крепящихся к корпусу 13, усилительного устройства 28 и измерительного прибора 29.

Прибор работает следующим образом.

Перед началом работы (фиг.2) коромысло 11 фиксируется винтами 30 и с помощью переменного сопротивления 31 (фиг.3) оптическая измерительная система настраивается так,чтобы на выходе оптического моста был нулевой сигнал.

Порция исследуемого вещества поМещается в зазор между измерительным цилиндром 1 и приводным цилиндром 2.

Приводной цилиндр 2 приводится во вращение при помощи основного элект родвигателя 4, скорость этого вращения может варьироваться плавно путем изменения питания электродвигателя либо ступенчато, если передача вращения осуществляется набором шестерен с переключением их числа. Момент вращения от приводного цилиндра 2 за счет наличия сил вязкости в исследуемом веществе передается к измерительному цилиндру 1 и представляет собой меру вязкости вещества. Этот момент через вал 5 передается к корпусу ги898294 роскопа 6. Корпус двухстепенного гироскопа 6 установлен на валу 5 так, что входная ось Y гироскопа совпадает с осью вращения измерительного цилиндра (фиг. 3), Выходной осью динамометра является ось Х. Передающийся на корпус гироскопа 6 момент вязкого трения вызывает прецессию гироскопа вокруг выходной оси с угловой скоростью p . При этом с фотоэлектрического моста в результате его разбаланса снимается электрический сигнал, пропорциональный углу поворота

Pi . Электрический сигнал, пройдя через .усилитель 28.и измерительный прибор 29, подводится к электромагнитным катушкам 13, в которых возникает электродвижущая сила, действующая на сердечники — концы коромысла, за счет чу о образуется пара сил и к коромыслу прикладывается компенсирующий момент. вращения, пропорциональный углу поворота. Величина электрического сигнала, подводящегося к электромагнитным катушкам и измеряемая прибором 29, пропорциональна величине вязкости исследуемой жидкости. Поэтому вязкость определяется по показаниям прибора 2 с помощью тарировочного графика.

Таким образом, в предлагаемом устройстве сохраняются все преимущества ротационного вискозиметра, связанные с применением гироскопического динамометра, однако увеличивается точность измерения и-быстродействие системы из-за отсутствия трения в основных элементах обратной связи: датчике угла .поворота гироскопа и системе передачи компенсирующего момента. Это позволяет уменьшить ошибки измерения и повысить быстродействие прибора.

Формула изобретения

Ротационный вискозиметр, содержащий корпус, коаксиальные цилиндры, один из которых соединен с приводным двигателем, а другой — с корпусом двухстепенного гироскопа, датчик угла поворота вала гироскопа и систему отрицательной обратной связи, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия прибора, система отрицательной обратной связи состоит из коромысла, жестко закрепленного на валу цилиндра, соединенного с корпусом двухстепенного гироскопа, концы которого служат сердечниками для неподвижно закрепленных на корпусе прибора электромагнитных катушек, включенных в цепь фотоэлектрического моста, а датчик угла пово рота вала гироскопа выполнен в виде зеркальца, укрепленного на валу гироскопа и отражающего луч от неподвижно установленного источника света на фотоэлектрический мост.

30 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Белкин И.М., Виноградов Г.В., Леонов А.И. Ротационные приборы.

35 .M., Машиностроение, 1968, с.2542.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 525871, кл. G 01 N 11/14, 1975 прототип).

898294 и

11938/59 Тираж 882 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Э. Скорняков

Редактор A.Ãóëüêo Техред М. Рейвес,Корректор,B.Ñèíèöêàÿ