Ротационный вискозиметр Советский патент 1983 года по МПК G01N11/14 

Изобретение относится к измеритепьной технике и может быть испопьзовдно при измерении реологических каракте ристик жидкостей и растворов в химической, нефтехимической и пищевой промышпенности, а также при шыпопнении научно-технических работ по изучению обмена изущупьсами при ламинарном и турбулентном режимах течения исспеду.емой среды около вращающегося твердого гетш. Известно устройство для измерения вязкости, включающее привод,.помещенный в контейнер с исследуемой жидкостью, вращающийся рабочий элемент, выполненный из двух телескопических, связанных между собой элементов, измерительное средство с упругим элементом для измерения реакции, исследуемой :жидкости на рабочий элемент ij .. Недостатками данного устройства являются влияние трения в опорах вала ра.бочего элемента на результат измерения и необходимость смены упругого элемента для расширения диапазона измеряемых величин вязкости. Известен прибор для измерения реолог гических свойств жидкости, который состоит из двух соосных цилиндров: цилинд ришской емкости для исследуемой жидкости и вращающегося цилиндра (ра0ояего элемента)у погруженного в жидкость Для вращения рабочего элемента или стакана установлен двигатель с регулиру ющим числом оборотов Прибор снабжен также устройством для измерения величи ны крутящего момента рабочего элемента и стакана относительно друг друга при постоянной скорости вращения, которое включает устройство для измерения величины тока якоря, подаваемого на двигатель 2. Недостатком этого прибора является невысокая эффективность работы вследствие понижешт точности измерения, свя занйой с необходимостью измерения величины крутящего момента по величине тока якоря, а также вследствие наличия .трения в подшипниках приводного двигате Наиболее блюким техническим решением к предлагаемому является ротационный вискозиметр с широким диапазоном измеряемых тангенциальных напряже ний, который содержит приводной шзигатель, торсионный динамометр с поспедовательно соединенными упругими эпементами, снабженными стопорами, рафчий элемент и измерительную цепь sj. Недостатком известного вискозиметра явТ1иется также невысокая эффективность работы, вследствие понюкенной .надежности, приводящей к неточностям измерения, ошибкам из-за наличия трения в подшипниках вала и скользящих контактах. Целью изобретения является повышение эффективности работы устройства при широком диапазоне измеряемых тангенциальных напряжений. Указанная цель достигается тем, что ротационный вискозиметр содержит привод, торсионный динамометр с последовательно соединенными упругими элементами, рабочий элемент и измерительную цепь, при этом упругие элементы выполнены в виде консольного вала переменной жесткости, вал снабжен кожухом с вертикальной прорезью, в которую входят стопоры упру-. гого элемента, а кожух закреплен на валу приводного двигателя и упругий элемент соегдинен с приводным валом через участок его минимальной жёсткости. При выполнении ступенчатой прорези, стопоры расположены на одной образующей, либо при выполнении прорези одинаковой 1иирины стопоры расположены со смещением относительно друг друга. Причем возможно подсоединение упругого элемента к валу приводного двигателя через его участок максимальной жесткости, который закрыт кожухом, закрепленным на валу приводного двигателя, последующие участки с меньшей жесткоо- тью закрыты кожухами, подсоединенными к предыдущим более жестким участкам упругого элемента. Кроме того, участок упругого элемента подсоединен через промежуточный вал к , рабочему элементу и снабжен стопором, проходящим через рабочий элемент и бурт промежуточного вала в прорезь кожуха. Выполнение упругого элемента в виде Консольного вала переменной жесткости позволяет повысить эффективность работы устройства вследствие повышения точности измерения крутящего момента в широком диапазоне его измерений за счет исклкхчения промежуточных опор упругих элементов между участками переменной жесткости. Снабжение вала кожухом с вертикальной прорезью, контактирующей со стопорами упругюго элемента, и подсоединение упругого элемент.а к приводному валу через участки минимальной или мйксимальной жесткости дает возможность проводить измерения на участках упругого 310 элемента соответствующей жесткости с допустимой деформацией от реактивного крутящего момента, что повышает надежность и работоспособность вискозиметра за счет предотвращения случайных поломо упругого эпемента. Выполнение прорези ступенчатой или одинаковой ширины и соответствующее расположение стопоров на одной образующей или со смещением относительно друг друга явпяется разновидностью конструктивного выполнения ограничителей деформации и Б совокупности с существенным отпичием - выполнением упругих элемеитов в виде консольного вала переменной жесткости - повышает эффективность рабр ты устройства вследствие повышения надежности и точности измерения за счет ликвидации скользящих ко.нтактов на учас ках упругого элемента соответствующей жесткости. Подсоединение участка элемента через промехсуточный вал к рабоче му элементу и снабжение его стопором, проходящим через рабочий элемент и бур промежуточного вала в прорезь кожуха, повыишет надежность работы устройства вследствие исключения самоотвинчивания рабочего элемента, eixi повреждений при случайных боковых iiarpy3Kax, На фиг. 1 дан ротационный визкозиметр, общ.ий вид; на фиг. 2 и 3 - вид А на фиг. 1 (варианты расположения сто,поров) J ча фиг. 4 и 5 - варианты крелн пения упругого элемента; на фиг, б крепление рабочего элемента через промежуточный вал. . Ротационный вискозиметр содержит приводной двигатель 1, рабочий эпемент 2,погружешдай в исследуемую жидкость 3.Между приводным двигателем 1 и рабочим элементом 2 расположен упругий элемент 4 торсионного динамометра, вы полненный, например, в виде консольного пустотелого ступенчатого вала с участками переменнбй жесткости. При этом участок минимальной жесткости 5 упругого эпемента 4 расположен вверху и закреппа я на валу 6 приводного двигателя 1, а участок максимальной жесткости 7 подсоединен к промеи уточному валу 8, к которому закреплен рабочий элемент 2, Промежуточный вап 8 выполнен с буртом 9, который является опорной поверхностью дпя крепления рабочего эпемекта 2 с № мощью 10. Между участком 5 Mi нш;гапькой жесткости упрутюго эпемента . 4 и -частком 7 MaKcviManbHoft жесткости расположен участок 11 промежуточной жесткости. Упругий элемент 4 выполнен с утолщенными поясками 12 - 15. Упругий элемент 4 размещен в кожухе 16, в котором выполнена вертикапьная прорезь 17, и снабжен стопорами 18-20. Кожух 16 монтируется на упругом элементе 4 с минимальным зазором относитепыю утолщенных поясков 13-15. Деформашю упругого элемента 4 торснонно,го динамометра регистрируется измерительной цепью, состоящей из токосъем- ного устройства 21 и прибора 22 для измерения деформаций, и предварительно преобразовывается в электрический сигнал с помощью тензорезисторных датчиков (не показаны), наклеиваемых на упругий элемент 4. На валу 6 приводного двигателя 1 выполнено сквозное осевое отверстие (не показано), через которое проходит от токосъемного устройства 21 кабельный ввод к тензорезисторным датчикам, наклеенным на участках 5,7 и 11 упругого элемента 4. В качестве упругого элемента 4 может быть использован сплошной достаточно тонкий вал, например, в виде струй переменной жесткости. Рабочий элемент предлагаемого вискозиглетра может быть размещен в кожухе, в котором заливается исследуемая жидкость. В этом случае, рабочий элемент приводится во вращение с помощью консольного элемента переменной жесткости 4.либо подвеш1тается на упругих элементах в иде струн, а во вращение приводится наружный кожух. На фиг. 2 и 3 представлены варианты располои ения стопоров 18 - 20 упругого элемента 4 в вертикальной прорези 17 кожуха 16. При располонсении стопоров 18-20 на одной образующей упругого элемента 4 (фтл2) прорезь 17 кожуха 16 выполнена трехступенчатой таким образом, что яри сборке кожуха 16с уп- элементом 4 стопоры 18-20 устанавливаются соответственно от стеикк прорези 17 на расстояниях &1, Д2 и 63, При расположении стопоров 1820 на упругом эпемеете 4 со смещением. (фиг. 3) стопоры 18-20 устанавливаются соответственно на расстояниях Д1, Й12 и U 3 от стенки прорези 17, которая вьи полняется без ступеней. На фиг. 1 представлэн рогацконгадй искозиметр, в котором упругий эпемевт крепится участком максимальной жест ОСТИ 7 к валу 6 приводного двш атЬеття 1, 51O a участком минкмапьной жесткости 5 под соединяется к промежуточному валу 8 с буртом 9, к которому закреплен рабочий элемент 2 при noMomvi гайки 10. Участок максимальной жесткости 7 закрыт кожухом 23, закрепленном на валу 6 приводного дв1игатепя 1 через утотденны поясок 15 упругого элемента 4. Кожух 24, который закрывает участок промежуточной жесткости 11- упругого элемента 4, закреплен на утолщенном пояске 14 упругого элемента 4. .Кожух 25, который закрывает участок минимальной жесткости 5 упругого элемента 4, за. креплен на утолщенном пояске 13. При этом стопоры 26-28 упругого элемента 4 входят соответственно в прорези 2931 кожухов23-25 (фиг. 5). Кожухи . 23- 25 устанавливают на упругом элементе 4 таким образом, чтобы стопоры 26 - 28 находились соответственно на рас стояниях ДЗ, Л2 и /М от стенок прорези 29-31. Кожухи 23-25 монтируются на упругом элементе 4 соответственно с минимальными- зазорами относительно утолщенных поясков 14,13 и 12 (фиг.4 На фиг. б прецставпен вариант подсоединения рабочего элемента 2 к упру гому элементу 4, через промежуточный . вал 32, который закреплен на резьбе в . утолщенном пояске 33 упругого элемента 4. Промежуточный вал 32 выполнен с буртом 34, который является опорной поверхностью для крепления рабочего элемента 2 с помощью гайки 10. Через рабочий элемент 2 в бурт 34 запрессован штиф 35, который входит в прорезь 36 кожуха 37 и является стопором для участка упругого элемента, подсоединенного через промежуточный вал 32 к рабочему элементу 2. Кожух 37 монтирует ,ся на упругом элементе 4 с минш-лальны радиапьным и торцовым зазорами Л 4 и ii 5 относительно утолщенного пояска. 33 и бурта 34 промежуточного вала 32.Напра ление резьбы,с помощью которой крепится промежуточный вал 32 в утолщенном пояске 33 упругого элемента 4, а также направление резьбы, с номошью которой крепится гайка 10 к валу 32, выбираются против направлешш вращения рабочего элемента 2. 4 На фиг. 1 и 4 представлены ротационные вискозиметры, позволяющие осуществить измерение тангенциальных .напряжений в трех диапазонах значений. Представленные варианты конструкций не ограничивают изобретенпяя, так как ротационный вискозиметр может быть выполнен с любым числом диапазонов измере-, НИИ тангенциальных напряжений. Устройство работает следующим образом. При вращении рабочего элемента 2 в исследуемой жидкости 3 крутящий момент действует на все участки переменной жесткости упругого элемента 4. При повышении крутящего момента выше допустимого стопор 18 участка минимальной жесткости 5 упругого элемента 4 перемещается на расстояние Д 1 и упирается в стенку прорези 17 (фиг, 1-3), либо стопор 28 упирается в стенку про- рези 31 (фиг.4 и 5). и измерение осуществляется по следующему участку жесткости упругого элемента. При дальнейшем возрастании крутящего момента . стопор il 9 перемещается на расстояние Ь.2 (фиг. 1-3) либо стопор 27 перемещается на расстояние Л 2 (фиг.4 и 5) и измерение осуществляется по следующему участку более высокой жесткости и т.д. Стопор, выполненный в виде штифта |35 (фиг. 6), не только ограничивает да- формацию упругого элемента 4, но при работе ротационного вискозиметра препятствует самопроизвольному отвинчиванию рабочего элемента 2 при резкой (аварийной) его остановке вращения, так как прн остановке рабочий элемент 2 увлекается вращающимся Потоком жид к ости и имеет возможность самопроизвольно отвинчиваться. Минимальные радиальный и торцовой зазоры д 4 и &5 (фиг. 6) повышают работоспособность упругого элемента 4, так 1сак при этом предотвращаются повреждения упругого элемента 4 при случайных боковых нагрузках в процессе эксплуатации ротационного вискозиметра. По изобретению для обеспечения широкого диапазона измерения такгенциапьнык напряжений используется соответствуюий упругий элемент, вкшочающий задаваемое число участков требуемой жесткости.

Т

22

1. РОТАЦИОННЫЙ ВИСКОЗИМЕТР, содержащий приводной двигатепь, -торсионный динамометр с поспедоватепъно соедтшнными упругими эпементами, снабженными стопорами, рабочий эпемент и измерительную цепь, о т п и- чающийся тем, что, с цепью по- вышения эффективности работы, упругие эяементы выполнены в виде консольного вапа переменной жесткости. 2. Вискозиметр по п, 1, отличающий с я тем, что консольный ban снабжен кожухом с вертикальной прорезью/ в которую вкодят стопоры упругого элемента, при этом кожух закреплен на валу приводного двигателя и упругий элемент соединен с приводным валом через участок его минимальной жесткости. 3.Вискозиметр по п. 2, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что прорезь выполнена ступенчатой, а стопоры, расположены на одной образующей, пибо прорезь выполi иена одинаковой ширины, а стопоры раоположены со смещением относительно друг друга. 4.Вискозиметр по п. 1, о т л и ч а -. ю ш и и с я тем, что упругий эпемент подсоединен к, валу приводного цвигатепя через участок максимальной нсесткости,, который закрыт кожухом, закрепленным на 0алу приводного двт- атет1Я, а последующие участки -с меньшей жесткостью закрыты кожухами, подсоединенными к предыдущим более жестким участ1сам упругого элемента. 5.Вискозиметр по п. 1, о т п и ч а ю щ и и с я тем, что у шсток упругого элемента подсоединен через промежу точный вал к рабочему эпаменту и сна&4 жен стопором, проходящим через рабочий СО эпемент и бурт промежуточного вапа в ел прорезь кожуха. Ю

В ид А

1В

фиг 2

22

.