Устройство для определения времени желатинизации связующих Советский патент 1983 года по МПК G01N11/00 

ства соединен с третьим входом блока управления, выход которого подсоединен к блоку индикации,

2. Устройство по п. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем одновременного определения времени реакционной способности ,,связующих, оно дополнительно снабжено блоком аналоговой памяти, блоком сравнения, четвертым электронным ключом, третьим счетчиком импульсов и сигнализатором, при этом выход второго блока усиления подсоединен к первому входу

блока сравнения непосредственно и через блок аналоговой памяти - ко второму входу блока сравнения, выход которого соединен с первым входом четвертого электронного ключа и входом сигнализатора, ко второму входу четвертого электронного ключа подсоединен выход второго порогового устройства, а к третьему входу четвертого электронного ключа подсоединен генератор опорной частоты, причем выход четвертого электронного ключа через третий счетчик импульсов подсоединен к четвертому входу блока управления.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ ЖЕЛАТИНИЗАЦИИ СВЯЗУЩИХ, содер жащее чувствительный элемент, кривошипный механизм со штоком, пробирку для исследуемого вещества, термопару, нагреватель и блок регистрации, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности измерения и повьлшения надежности, оно снабжено корпусом, разделенным перегородкой с отверстием на два отсека и заполненным термостатируемой жидкостью, поршнем, поплавком с прикрепле ным к нему кожухом с вырезами, в днище которого установлен магнит, стеклянным стержнем, на конце которого закреплена первая термопара, и измерительной катушкой, установленной на днище корпуса под поплавком, внутри корпуса с термостатируемой жидкостью помещен нагревательный элемент, а на поверхности корпуса закреплен кривошипный механизм, шток которого прикреплен к поршню, расположенному в одном из отсеков корпуса, в другом отсеке которого помещен поплавок с прикрепленным к-нему кожухом с вырезами, внутри которого помещена пробирка для исследуемого вещества, а над поплавком к корпусу прикреплен стеклянный стержень, конец которого с первой термопарой расположен в пробирке, при этом вторая термопара установлена над измерительной катушкой на поверхности перегородки, разделякядей корпус на два отсека, кроме того, оно дополнительно содержит три блока усиления, компаратор, три электронных ключа, пиковый детектор, генератор опорного напряжения, источник . тока, генератор опорной частоты, два счетчика импульсов, вычислительное устройство, блок управления, блок индикации и три пороговых устройства, при этом измерительная катушка через блок усиления, пиковый детектор и пер вое пороговое устройство подсоединена к первому входу первого электронного ® ключа, первая термопара через второй (Л блок усиления Соединена со входами второго и третьего пороговых устройств, выходы которых подсоединены к первому и второму входам второго ;электронного ключа, вторая термопара через третий блок усиления подсоединена к первому входу компаратора, причем ко второму входу компаратора подключен генератор опорного напряжения, выход компаратора подсоединен к первому входу третьего электрон ю ного ключа, ко второму входу которого подключен источник тока, а выход третьего электронного ключа подсоеди нен к нагревателю, ко второму входу первого электронного клккча и. к третьему входу второго электронного ключа подсоединен выход генератора опорной частоты, выход первого электронного ключа через первый счетчик импульсов подсоединен к первому входу вычислительного устройства и к первому входу блока управления, выход второго электронного ключа через второй счетчик импульсов подсоединен ко второму входу вычислительного устройства и ко второму входу блока управления, а выход вычислительного устрой

Изобретение относится к технике исследования физических свойств веществ, а точнее к устройствам, предназначенным для производственных контрольных испытаний, применяемых при производстве стеклопластиков. Известно устройство для определения времени желатинизации, включающее полимеризационную плитку, мешалку с встроенной в нее термопарой установленной так, что ее рабочий спай находится в зоне размещения испытуемого образца С11. К недостаткам данного устройства следует отнести размещение термопары непосредственно в мешалке, совершающей поступательное движение в среде испытуемого образца, что в конечно счете вызывает неточность определения времени желатинизации, за счет излишнего тепла, возникающего от чаС того трения термопары с испытуемым образцом. Известен прибор для определения вре мени желатинизации полиэфирных смол и лаков, содержащий узел обогрева испытуемого образца, узел привода с чувствительным-элементом, погружаемы в среду испытуемого образца и выполненным в виде скручивакяцейся пружины, на которую подвешен, вращающийся стержень, синхронный электрический двигатель, электрические контакты, установленные поперек упомянутой пру жины и соединенные с контрольной установкой - счетчиком времени. Температурой желатинизации, определяемой на этом приборе, является температура, при которой на- стержень накладывается торможение, .достаточное для скручивания пружины настолько, чтобы сблизить расположенные поперек н электрические контакты. При этом счетчик времени и мотор останавлива ются .2. Однако этот прибор характеризует тем, что применение вращающегося стержня не обеспечивает условие интенсивного равномерного перемешивания во всем объеме испытуемого образ, ца с катализатором, не достигается высокая точность определения времени желатинизации в условиях, приближенных к рабочим режимам, а использование скручивакяцейся пружины для фиксации экзотермического пика ( момент максимальной температурл испытуемого образца в Данном испытании) также не обеспечивает точности определения пикового состояния экзотермической реакции из-за возникновения в этой пружине двух направлений движения - по вертикали и по спирали, в результате чего не всегда . точны показатели времени желатинизации. Кроме того, подобные приборы имеют сложную.кинематическую систему -и низкую надежность. Наиболее близким к :Предлагавмому по технической сущности и достига- . емому результату является устройство для определения времени желатинизации полимерных материалов, включающее нагреватель, чувствительный элемент с электрическими контактами, погруженный в анализируемую среду, привод чувствительного элемента, тер мопару, счетчик числа возвратно-поступательного перемещения чувствительного элемента, при этом чувст-. витальный элемент выполнен в виде пластинчатой пружины, снабженной в местах стыковки пластин электрическими контактами, и -через вертикальный шток, взаимодействукндий с кривошипным механизмом, причем вертикальный шток снабжен горизонтальным рычагом, соединенным со счетчиком числа перемещений чувствительного элемента. Максимальной температурой, определяемой на этом приборе, является температура, при которой пластинчатая пружина начинает растягиваться и как бы вязнуть в анализи(руемую среду и, соответственно, происходит разрыв электрических контактов и автоматическое отключение электродвигателя. Время желатинизации определяют по механическому счетчику количества uHKjioB движения, совершаемых штоком с пластинчатой пружиной СЗ .

Однако поскольку даже смолы одной и той же марки практически не воспроизводимы (имеют согласно действующему ТУ разброс по вязкости, не говоря уже о других переработочных показателях), то в связи с этим возникает необходимость одбирать упругост пружины,- каждый раз подбирать разревное напряжение контактов, что сложно и трудно реализуемо. Кроме того, пластинчатую пружину вместе с электрическими контактами погружают непосредственно в пробирку с анализируемой средой, поэтому надежность электрических контактов резко падает, так как им присущи все не. достатки механических контактов: окисление, неточность срабатывания контактов, изменяющееся контактное сопротивление, плохая коррозоустойчивость, Все это уме ньшает точность измерения времени жёлатинизации.

Целью изобретения является повышение точности измерения времени же,латинизации.

поставленная цель достигается тем что в устройство для определения времени жёлатинизации связующих, содержащее чувствительный элемент, кривошипный механизм со штоком, пробирку для исследуемого состава, термопару, нагреватель и блок .регистрации вв.едены корпус, разделенный перегородкой с отверстиоу на два отсека заполненный теЕМОстатируемой жидкостью, поршень, поплавок с црикрепленным к нему кожухом с вырезами, в днище которого установлен магнит, стеклянный стержень, на конце которого закреплена первая термопара, . и измеритель«ая катушка, установлен-, ная на дйище корпуса под поплавком, внутри корпуса с термостатируемой жидкостью помещен нагревательный эле мент, а на поверхности корпуса закреплен к рившшпный механизм, шток которого прикреплен к поршню, расположенному в одном из отсеков корпуса, в другом отсеке которого п.смещен поплавок с прикрепленным к нему кожухом с вырезами, внутри которого помещена пробирка для исследуемого вещества, а над поплавком к корпусу прикреплен стеклянный стержень, конец которого с первой термопарой расположен в пробирке, при этом вторая термопара установлена над измерительной катушкой на поверхности

перегородки, разделяющей корпус на .

два отсека, кроме того, оно дополнительно содержит три блока усиления, компаратор, три электронных ключа/ пиковый детектор, генератор опорного напряжения, источник тока, генератор опорной частоты, два счетчика импульсов, вычислительное устройство, блок управления, блок индикации и три пороговых устройства, при этом измерительная катушка через блокусиления, пиковый детектор и. первое пороговое устройство подсоединена к первому входу первого электронного ключа, первая Tei Monapa чет рез второй блок усиления соединена с входами второго и третьего пороговых устройств, BHxojpj KOTOfttJX подсоединены к первому и второму входам второго электронного ключа, вторая термопара через третий блок усиления подсоединена к первому входу компаратора, причем ко второму входу компаратора подключен генератор опорного напряжения, выход компаратора подсоединен к первому входу т етьего электронного ключа, ко второму входу которого подключен источник тока, al выход третьего электронного ключа подсоединен к нагревателю, ко второму входу первого электронного ключа и к третьему входу второго электронного ключа подсоединен выход генератора опорной частоты, выход первого электронного ключа через первый счетчик импульсов подсоединен к первому входу вычислительного устройства и к первому входу блока -управления, выход второго электронного ключа через второй счетчик импульсов подсоединен ко второму входу вычислительного устройства и ко второму входу блока управления, а выход вычислительного устройства соединен с третьим входом управления, выход которого подсоединен к блоку индикации.

Кроме того.с целью расширения функциональных возможностей путем одновременного определения времени реакционной способности связующих, оно дополнительно снабжено блоком аналоговой памятиj блоком сравнения, четвертым электронным ключом, третьим счетчиком импульсов и сигнализатором, при этом выход второго .блока усиления подсоединен к первому входу блока сравнения непосредственно и через блок аналоговое памяти - ко второму входу блока сравнения, выход которого соединен с первым входом четвёртого электронного ключа и . входом сигнализатора,, ко второму входу четвертого электронного ключа подсоединен выход второго порогового устройства, а к третьему, входу четвертого электронного ключа подсоединен генератор опорной частоты, причем

выход четвертого электронного ключа через третий счетчик импульсов подсоединен к четвертому входу блока управления.

На фиг. 1 представлена конструкция предлагаемого устройства; на фиг. 2 - блок-схема устройства, на фиг, 3 - то же, для случая определения времени реакционной способности связующих; на фиг. 4 и 5 - временные диаграммы работы устройства.

Устройство для определения времени желатинизации связующих содержит корпус 1 (фиг. 1), разделенный на два отсека 2 и 3 перегородкой 4 с отверстием 5, причем корпус заполнен термостатируемой жидкостью 6. В отсеке 2 находится поршень 7, который соединен с кривошипным механизмом 8 через шток 9. В отсеке 3 находится поплавок 10, к которому прикреплен кожух 11 с вырезами, причем в днище этого кожуха установлен магнит 12. Внутри кожуха 11 установлена пробирка 13 со связующим 14 таким образом, что стеклянный стержень 15 с первой термопарой 16 на конце погружен в связующее-14. При этом стеклянный стержень 15 жестко прикреплен к крышке 17, которая закрывает отверстие в корпусе 1, необходимое для погружения поплавка 10 в термостатируемую жидкость б, находящуюся в корпусе 1, и извлечения поплавка

10из нее (для упрощения графического изображения конструкции предлагаемого устройства диаметр крышки 17 изображен уменьшенным). Для жесткого крепленияпробирки 13 внутри кожуха

11предусмотрена круглая металлическая гайка 18, Под поплавком 10 на днище корпуса 1 установлена измерительная катушка 19 (выводы измерительной катушки 19 для упрощения графического изображения конструкции предлагаемого устройства не показаны )„ В отсеке 3 на поверхности перегородки 4 над измерительной катушкой 19 на уровне термопары 16 установлена вторая термопара 20, электрО ды которой выведены на разъем корпуса 1. Вотсеках 2 и 3 установлен нагреватель 21 .(.выводы на разъем корпуса 1 не показаны).

Первая термопара 16 ( фиг. 2 ) через блок усиления 22 подсоединена к входам пороговых устройств 23 и 24, выходы которых подсоединены к первому и второму входам электронного ключа 25. Измерительная катушка 19 через блок усиления 26, пиковый детектор 27 и пороговое устройство 28 подсоединена к входу электронного .ключа 29. Вторая термопара 20 через блок усиления 30 соединена с первым входом компаратора 31, ко второму входу компаратора 31 подсоединен регулируемый генератор опорного напряжения 32. Выход компаратора 31 подключен через первый вход электронного ключа 33 к нагревателю 21, ко второму входу электронного ключа 33 подсоединен источник тока 34. Ко

второму входу электронного ключа 29 и к третьему входу электронного ключа 25 подсоединен генератор опорной частоты 35. Выход электронного ключа 25 через счетчик импульсов 36

0 подсоединен к первому входу блока управления 37 и к первому входу вычислительного устройства 38. Выход электронного ключа 29 через счетчик импульсов 39 подсоединен ко второму

5 входу блока управления 37 и ко второму входу вычислительного устройства 38. Выход вычислительного устройства 38 подключен к третьему входу блока управления 37, выход котоQ рого подсоединен к блоку индикации 40,

При одновременном определении реакционной способности связующих вы-ход блока усиления 22 (фиг. 3) подсоединен непосредственно к первому

входу блока сравнения 41 и через блок аналоговой памяти 2 ко второму входу блока 41. Выход блока сравнения 41 подсоединен к первому входу электронного ключа 43 и ко входу сигнализатора 44. Ко второму входу

электронного 43 подключен выход порогового устройства 23, а к третьему входу электронного ключа 43 подсоединен генератор опорной частоты 35. Выход электронного ключа

5 43 через счетчик импульсов 45 подключен к четвертому входу блока управления 37.

Устройство работает следующим образом.

0 При включении кривошипного меха- . низма 8 он начинает перемещать шток 9, и поршень 7 начинает совершать возвратно-поступательное движение. Опускаясь вниз, поршень 7 вытесняет тер5 мостатируемую жидкость 6, что приводит к повышению уровня жидкости 6 как в отсеке-2, так и в отсеке 3. При этом поплавок 10, к которому прикреплен кожух 11 с вырезами, перемеQ щается относительно стеклянного стержня 15. При погружении поршня 7 на максимальную глубину, уровень термостатируемой жидкости 6 в отсеке 3 максимален, это характеризует то, что

- поплавок 10 с кожухом 11, внутри которого установлен магнит 12 и пробирка 13 со связующим 14, находятся в самом верхнем положении. При этом магнит 12 находится у верхнего торца измерительной катушки 19. При поднятии поршня 7 происходит опускание поплавка 10 (магнита 12) в связи с уменьшением уровня термостатируемой жидкости 6. Причем магнит 12 опускается внутрь измерительной катушки 19,

5 что приводит к возбуждению в витках

измерительной катушки 19 электродвижущей силы (ЭДС). На фиг. 4 а показан характер изменения ЭДС на выходе измерительной катушки 19. На фиг. 4 ff показан сигнал на выходе блока усиления 26, который повторяет форму входного сигнала. После того, как в пробирку 13 залили связующее 14 и включили кривошипный механизм 8 с постоянным периодом перемещения штока в вертикальной плоскости, амплитуда выходного сигнала измерительной катушки 19 остается постоянной в течение индукционного периода связующего 14 в течение времени, пока вязкость связующего 14 не возрастает настолько, что уменьшится амплитуда (ход) возвратно-поступательного движния магнита 12 в вертикальной плоскости, т.е. при поднятии пориня 7 полавок- 10 с кожухом 11 не успевает опускаться вместе с уровнем термостатируемой жидкости б, поскольку вякость связующего 14 в пробирке 13 увеличивается настолько, что не позволяет стержню 15 свободно совершать возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости в пробирке 13 Это ведет к тому, что уменьшается сигнал на выходе пикового детектора 2 (фиг 4) . При уменьшении сигнала на выходе пикового детектора 27 ниже порога срабатывания компаратора 31 он поменяет свое состояние (на фиг.4 MCMeHTtg). Это вызывает закрытие электронного ключа 29 (фиг. 4е), который до этого пропускал импульсы от генератора опорной частоты 35 1фиг.4к счетчику импульсов 39, Это ведет к тому, что счетчик импульсов 39 фикси рует количество импульсов от момента включения всей электрической схемы устройства (от .момента включения кривошипного механизма 8 до момента, когда вязкость связующего 14 в пробирке 13 увеличивается до такого состояния, что стеклянный стержень 15 вязнет в связующем 14), что соответствует достижению связуняцим 14 точки желатинизации. При этом количество импульсов, зафиксированных счетчиком импульсов 39, прямо пропорци- , онально времени желатинизации связукяцего 14 в пробирке 13. При выполнении генератора опорной частоты 35 с периодом следова;ния импульсов в 1 с количество импульсов, зафиксированных счетчиком импульсов 39, соответствует времени желатинизации, выраженному в секундах. Порог срабатывания порогового устройства 28 может регулироваться, что делает возможньм фиксацию различных состояний вязкости связукнцего 14.

После того, как залили связукнцее .14 в пробирку 13 и эта пробирка установлена в кожух 11 и вместе с поплавком 10 опущена внутрь корпуса 1 в полость 3 с термостатируемой жидкостью б, которая нагрета до какойто заданной температуры (например, 62°С), происходит повышение температуры связунндего 14, которое фиксируется термопарой 16. При этом связующее 14 перемешивается в пробирке 13 стеклянным стержнем 15, на конце которого и установлена термопара 16, соответственно этот сигнал усиливается блоком усиления 22 (фиг. 5ж.) . При достижении температурой связующего 14 в пробирке 13 какого-либо заданного значения (например, ) сигнал на выходе блока усиления 22 достигнет порогового значения ПОРОГОВОГ устройства 23, что достигается настройкой порога срабатывания. Срабатывание порогового устройства 23(фиг.5 ведет к откЕалтию электронного ключа 25, что, в свою очередь, ведет к тому, что импульсы с периодом следования в 1 с поступают от генератора опорной частоты 35 через электронный ключ 25 к счетчику импульсов .36 (фиг. 5К.).

При достижении сигнала на выходе блока усиления 22 величины порога срабатывания порогового устройства

24он изменяет свое исходное состояние. Это ведет к тому, что электронный ключ 25 закрывается (фиг. 5и,к) , тем самым счетчик импульсов 36 фиксирует количество секунд с момента достижения связукицим 14 . заданной температуры. Обычно эта данная температура на 5 превышает температуру тер.мостатируемой жидкости 6. Порог срабатывания порогового устройства 24 является регулируемым и может при желании задаваться автсмлатически от генератора опорного напряжения 32, т.е. задавая регулируемым источником напряжения 32 значения температуры термостатируемой жидкости 6, можно синхронно изменять порог срабатывания порогового устройства 24 таким образом, что пороговое устройство 24.отключает электронный ключ

25при достижении температуры связующего 14 в пробирке 13 на 5 выш температуры термостатируемой жидкости 6.

Сигнал с выхода счетчика импульсов 36 и с выхода счетчика импульсов 39 поступает на первые два входа блока управления и на входы вычислительного устройства 38. При соответствующем сигнале с блока управления 27 на блоке индикации 40 высвечиваются значения времени желатинизации в секундах, сосчитанное счетчиками импульсов 36,39 и вычислительньм устройстве 38.

Настраивая соответствующим образом генератор опорного напряжения 32, ко

торый является задатчиком температуры термостатируемой жидкости б, подбирается порог срабатывания компаратора 31, На второй вход компаратора 31 поступает сигнал из блока усиления 30 (фиг. 5И), ко входу которого подсоединена термопара 20. При равенстве сигнала на выходе блока усиления 30 пороговому значению компаратора 31 последний изменяет свое состояние, что приводит к подключени источника тока 34 от нагревателя 21. Если сигнал с выхода блока 30 меньше порогового значения компаратора 31/ электронный ключ 33 открыт, и ток его блока 34 поступает на нагреватель 21, термостатируемая жидкость б нагревается.

При одновременном определении времени реакционной способности связующих сигнал с выхода блока усиления 22 (фиг. 5Ж) поступает на первый вход блока сравнения 41 и через блок аналоговой памяти 42 - на второй вход блока 41 (фиг. 5 н ). При равенстве сигналов на первом и втором входах блока 41 сигнал на выходе блока 41 равен нулю. При достижении температуры связующего 14 в пробирке 13 максимума и проходе через -этот максимум сигнал на выходе блока аналоговой памяти 42 становится больше сигнала на первом входе блока сравнения 41. Это приводит к .тому, что на выходе блока сравнения 41 появляется сигнал, который выключает электронный ключ 43, причем электронный ключ 43 включается при изменении состояния на выходе порогового устройства 23 Сфиг. 5о). Таким образом.

импульсы, поступающие на третий вход электронного ключа 43, проходят на счетчик импульсов 45 с момента достижения связующим 14 температуры до экзотермического пика. Этот отрезок времени оценивает реакционную спсобность смолы. При подаче на блок управления 37 соответствующего сигнала это значение времени реакционной способности (в секундах). высвечивается на блоке индикации 40.

Предлагаемое ус ройство значительно уменьшает трудозатраты и трудоемкость по определению времени желатинизации. Согласно известным методикам необходимо либо проводить подготовительные операции, либо контролировать работу известных устройств, либо с секундомером вручную отсчитывать время с начала эксперимента до его конца. В предложенном устройстве подготовительные операции сводятся лишь к смазке анГиадгезионной кремнийорганической пастой стеклянного стержня 15, заполнению стандартной пробирки 13 связующим 14, помещению пробирки 13 внутрь поплавка 10 в корпусе 1, закрытию крышкой 17 и нажатию общей кнопки Пуск устройства. После срабатывания сигнализатора 44 остается только зафиксировать высветившееся на блоке индикации 40 значение времени желатинизации.

Кроме того, пpeдлaгae oe устройство позволяет одновременно с определением времени желатинизации определять время реакционной способности связующего, что позволяет значительно повысить эффективность контрольных испытаний связующих.

20,

K4ZK

J7

W

;

-С

Ll-h Jn L-.

I j I 4JL

jLj QL

«I.f

tlnop- конп. S

Unef.KtM.W

ПЛ