РОТАЦИОННЫЙ ВИСКОЗИМЕТР Российский патент 2003 года по МПК G01N11/14 

Изобретение относится к устройствам для измерения реологических свойств молочных продуктов в широком диапазоне вязкости.

Известен ротационный вискозиметр [1], содержащий два коаксиально расположенных цилиндра, привод и схему измерения угла поворота измерительного цилиндра, включающего спиральную пружину и лимб. Для расширения диапазона измеряемых параметров вискозиметр снабжен дополнительной пружиной большего диаметра, расположенной соосно и концентрично с ней, и механизмом переключения диапазонов измерений.

Ротационный вискозиметр имеет следующие недостатки. Невозможность переключения диапазонов измерений при включенном приводе прибора, что усложняет его эксплуатацию. Устройство измерения угла закручивания выполнено в виде нескольких кольцевых лимбов. Это усложняет считывание результатов измерений и исключает возможность передачи информации на запоминающее или регистрирующее устройство, например микропроцессорные управляющие системы. Крутящий момент на испытуемую жидкость передается от внешнего цилиндра, что усложняет конструкцию термостатирующего устройства.

Наиболее близким техническим решением, выбранным нами в качестве прототипа, является ротационный вискозиметр [2], имеющий основание, наружный измерительный цилиндр, закрепленный на нем, и внутренний измерительный цилиндр, установленный на измерительном валике, помещенном в подшипниках в основании, подвижный диск с подшипником, силоизмеритель, состоящий из двух цилиндрических пружин различной жесткости, датчик угла поворота, электропривод, электронную схему индикации момента сопротивления на внутреннем цилиндре.

Недостатком данного устройства является сложность узла переключения диапазонов измерения. Узел силоизмерения чувствителен к изменениям температуры вследствие теплового дрейфа измерительных пружин. В силу того, что настройка нуля прибора производится при обеих включенных пружинах, то при измерении высоковязких жидкостей, когда отключается пружина малой жесткости, появляется погрешность в измерениях, пропорциональная величине теплового дрейфа отключаемой пружины.

Целью изобретения является упрощение конструкции прибора, уменьшение габаритов его измерительного узла и повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается за счет установки на верхнем конце измерительного валика втулки, к которой крепятся обе измерительные пружины, противоположные концы которых прикреплены к двум стальным дискам - нижнему и верхнему, имеющим возможность перемещаться в вертикальной плоскости и установленных соосно с измерительным валиком. При этом нижний диск установлен на шарикоподшипнике на вспомогательной втулке, а верхний диск - на шарикоподшипнике сверху втулки, установленной на верхнем конце измерительного валика. Управление вертикальным перемещением этих дисков осуществляется соответствующими кольцевыми электромагнитами.

На чертеже изображен разрез измерительного узла.

Ротационный вискозиметр содержит панель 1, на которой закреплена центральная втулка 2, на которой при помощи накидной гайки 3 зафиксирован наружный измерительный цилиндр 4 с термостатирующим устройством (условно не показано). Внутренний измерительный цилиндр 5 замком 6 соединен с измерительным валиком 7, установленным на двух прецизионных шарикоподшипниках 8, 9 в центральной втулке 2. На центральной втулке 2 на двух шарикоподшипниках 10, 11 установлена шестерня 12, в кольцевом пазу которой уложена обмотка электромагнита 13 и фрикционная накладка 14. Привод шестерни 12 осуществляется от коробки передач и электродвигателя (условно не показаны). На шестерне 12 закреплен на двух диаметрально расположенных стойках 15 и 16 диск 17, в кольцевом пазу которого уложена обмотка электромагнита 18, и закреплена фрикционная накладка 19. На верхней поверхности диска 17 установлены токосъемные кольца 20, 21 в диэлектрическом корпусе 22. Кольца 20, 21 электрически соединены с выводами обмоток электромагнитов 18, 13 соответственно, а вторые выводы обмоток 18, 13 замыкаются на массу прибора. На верхнем конце центральной втулки 2 установлена вспомогательная втулка 23, которая может перемещаться в вертикальном направлении. Вспомогательная втулка 23 подпружинена пружиной 24, удерживающей ее в верхнем положении. На вспомогательной втулке 23 на прецизионном подшипнике 25 установлен стальной нижний диск 26 с фрикционной накладкой 27. Перемещение вспомогательной втулки 23 вверх ограничивается стопорным кольцом 28 с целью ограничения величины зазора между нижним диском 26 и шестерней 12.

Сверху к нижнему диску 26 жестко прикреплена измерительная пружина большей жесткости 29, второй конец которой жестко закреплен к втулке 30, установленной на верхнем конце измерительного валика 7. К втулке 30 также присоединена измерительная пружина малой жесткости 31, второй конец которой соединяется с стальным верхним диском 32, на котором закреплена фрикционная накладка 33. Снизу на верхнем диске 32 и на верхнем торце втулки 30 выполнены кольцевые канавки одинакового диаметра так, чтобы они являлись обоймами шарикоподшипника 34. При невключенных диапазонах измерения верхний диск 32 лежит на шарикоподшипнике 34. Снизу к верхнему диску 32 соосно измерительному валику 7 крепится датчик омического сопротивления 35, соединенный при помощи поводка 36 с втулкой 30. На верхнем диске 32 крепятся токосъемные кольца 37, установленные в диэлектрическом корпусе 38, к которым подключен датчик омического сопротивления 35. На панели 1 жестко закреплена стойка 39, к которой крепится диэлектрический корпус 40 с подпружиненными токосъемными щетками 41, 42 и 43. Щетки 41, 42 электрически соединены со схемой управления, а щетки 43 - со схемой индикации угла закручивания внутреннего цилиндра 5. При включенных измерительных диапазонах щетки 43 не касаются токосъемных колец 37.

Ротационный вискозиметр работает следующим образом.

Устанавливают в замке 6 на измерительном валике 7 внутренний цилиндр 5, затем заливают порцию жидкости в наружный цилиндр 4, устанавливают его на центральной втулке 2, фиксируют гайкой 3, включают электродвигатель, выбирают один из диапазонов измерения нажатием соответствующей кнопки на блоке индикации. При нажатии кнопки диапазона "малой" вязкости подается напряжение на щетку 41, а с нее на токосъемное кольцо 20 и далее на обмотку электромагнита 18. Электромагнит 18 создает электромагнитную силу, притягивающую верхний диск 32, вследствие чего последний смещается вверх к диску 17. Фрикционные накладки 19 и 33 при этом соприкасаются и за счет сил трения фиксируют верхний диск 32 относительно диска 17. Токосъемные кольца 37 прижимаются к щеткам 43, включая в работу схему индикации момента закручивания. Крутящий момент через коробку передач передается на шестерню 12, а затем через стойки 15, 16 на диск 17, фрикционные накладки 19 и 33, верхний диск 32, пружину малой жесткости 31, втулку 30 и через измерительный валик 7 на внутренний цилиндр 5. Вследствие тормозящего эффекта жидкости внутренний цилиндр 5 повернется на определенный угол и закрутит пружину малой жесткости 31, а поводок 36 повернет на тот же угол ползун омического датчика 35, сигнал которого через контактные кольца 37 передается на блок индикации (условно не показан), причем шестерня 12 вращается по часовой стрелке, если смотреть снизу.

Если жесткости пружины малой жесткости 31 недостаточно, то производится включение пружины большей жесткости 29. Причем его можно выполнять, не останавливая привод путем нажатия соответствующей кнопки на блоке индикации. При этом произойдет сначала отключение питания электромагнита 18 с выдержкой по времени (1-2 с), реализуемой схемой управления. Выдержка по времени необходима для того, чтобы пружина малой жесткости 31 вывела верхний диск 32 в исходное положение. Затем подается напряжение через щетки 41, 42, токосъемные кольца 20, 21 на обмотки кольцевых электромагнитов 18, 13. Электромагниты 18, 13 создают электромагнитную силу, притягивающую верхний диск 32 к диску 17, а нижний диск 26 - к шестерне 12. Токосъемные кольца 37 прижимаются к щеткам 43, включая в работу схему индикации момента закручивания. Фрикционные накладки 19, 33 и 14, 27 соответственно, соприкасаются и за счет сил трения фиксируют верхний диск 32 относительно диска 17, а нижний диск 26 относительно шестерни 12, включая тем самым в работу параллельно обе пружины. При этом крутящий момент через коробку передач и шестерню 12 передается параллельно: через стойки 15 и 16, диск 17, фрикционные накладки 19 и 33, верхний диск 32, пружину малой жесткости 31, втулку 30 и измерительный валик 7 - на внутренний цилиндр 5; через фрикционные накладки 14 и 27, нижний диск 26, пружину большей жесткости 29, втулку 30 и измерительный валик 7 - на внутренний цилиндр 5. Вследствие тормозящего эффекта жидкости внутренний цилиндр 5 поворачивается на определенный угол и закручивает пружины малой 31 и большей 29 жесткости, а поводок 36 поворачивает на тот же угол ползун омического датчика 35, сигнал которого через контактные кольца 37 передается на блок индикации.

Если при включенной пружине большей жесткости 26 общая жесткость силоизмерителя слишком велика, то производится отключение этой пружины путем нажатия соответствующей кнопки на блоке индикации. При этом обесточивается обмотка электромагнита 13, пружина 24 отталкивает вспомогательную втулку 23, а вместе с ней и нижний диск 26 от шестерни 12, отключая тем самым пружину большей жесткости 29. В этом случае ротационный вискозиметр работает по схеме, описанной выше, т.е. с включенной пружиной малой жесткости 31.

Использование в конструкции ротационного вискозиметра переключателя пружин с электромагнитным приводом позволяет упростить конструкцию прибора, уменьшить габариты и повысить точность измерений.

Источники литературы
1. А. с. 1213382 А, кл. G 01 N 11/14. Ротационный вискозиметр. А.Н. Пирогов и др.

2. А.с. 1363017 А1, кл. G 01 N 11/14. Ротационный вискозиметр. А.Н. Пирогов и др.

Использование: для измерения реологических свойств молочных продуктов в широком диапазоне вязкости. Сущность: ротационный вискозиметр имеет центральную втулку, наружный измерительный цилиндр, закрепленный на ней, и внутренний измерительный цилиндр, установленный на измерительном валике, помещенном на подшипниках в центральной втулке, подвижный диск с подшипником, силоизмеритель, состоящий из двух цилиндрических пружин различной жесткости, датчик угла поворота, электропривод, электронную схему индикации момента сопротивления на внутреннем цилиндре, на центральной втулке на двух шарикоподшипниках установлена шестерня. Причем на верхнем конце центральной втулки установлена вспомогательная подпружиненная втулка с ограничивающим ее вертикальное перемещение стопорным кольцом, на вспомогательной втулке на шарикоподшипнике установлен стальной нижний диск, сверху к нижнему диску жестко прикреплена измерительная пружина большей жесткости, второй конец которой жестко закреплен на втулке, установленной на верхнем конце измерительного валика, к этой втулке присоединена другая измерительная пружина, второй конец которой соединяется с верхним диском. Технический результат - упрощение конструкции прибора, уменьшение габаритов и повышение точности измерения. 1 ил.

Ротационный вискозиметр, имеющий центральную втулку, наружный измерительный цилиндр, закрепленный на ней, и внутренний измерительный цилиндр, установленный на измерительном валике, помещенном на подшипниках в центральной втулке, подвижный диск с подшипником, силоизмеритель, состоящий из двух цилиндрических пружин различной жесткости, датчик угла поворота, электропривод, электронную схему индикации момента сопротивления на внутреннем цилиндре, на центральной втулке на двух шарикоподшипниках установлена шестерня, отличающийся тем, что в кольцевом пазу шестерни уложена обмотка электромагнита и фрикционная накладка, на шестерне закреплены диаметрально расположенные две стойки с диском, в кольцевом пазу которого уложена обмотка электромагнита и закреплена фрикционная накладка, на верхнем конце центральной втулки установлена вспомогательная подпружиненная втулка с ограничивающим ее вертикальное перемещение стопорным кольцом, на вспомогательной втулке на шарикоподшипнике установлен стальной нижний диск с кольцевой фрикционной накладкой, сверху к нижнему диску жестко прикреплена измерительная пружина большей жесткости, второй конец которой жестко закреплен на втулке, установленной на верхнем конце измерительного валика, к этой втулке присоединена другая измерительная пружина, второй конец которой соединяется с верхним диском, на котором закреплена фрикционная накладка, верхний и нижний диски имеют возможность перемещаться в вертикальной плоскости и установлены соосно с измерительным валиком, верхний диск установлен на шарикоподшипнике сверху втулки, установленной на верхнем конце измерительного валика, управление вертикальным перемещением этих дисков осуществляется соответствующими кольцевыми электромагнитами, к нижней части верхнего диска крепится датчик омического сопротивления, соединенный при помощи поводка с втулкой, установленной на измерительном валике.