Цифровой ротационный вискозиметр Советский патент 1984 года по МПК G01N11/12 

Изобретение относится к автомати ческому измерению вязкости жидких .сред и может найти применение в пищевой и химической областях промьошленности для измерения параметров вязких сред. Известен ротационный вискозиметр содержащий синхронный двигатель, ко связан с измерительным цилинд ром, и измеритель момента сопротивл ния жидкости на базе упругого элеме та 1. Недостатком данного вискозиметра является низкая точность измерения вязкости из-за наличия упругого изм рительного элемента. Кроме того, он не позволяет измерять предел текуче сти у вяэкоупругих сред. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для автоматического контроля вязкости, содержащее задатчик, генератор, двоично-десятич ный счетчик, преобразователь напряжения, электродвигатель постоянного тока, механически связанный с измерительным органом, и индикатор t2}. Недостатками известного устройства являются низкая точность измерений из-за больших динамических пог решностей, невозможность измерения предела текучести вязкоупругих сред зависимость показаний прибора от ре жима измерения. Цель изобретения - повышение точности измерений вязкости неньютоновых жидкостей при одновременном расширении функциональных возможностей вискозиметра I измерение предела теку чести и т.д.) и независимости показа ний от Зс(данного режима измерения. Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее задатчик, генератор, двоично-десятичный счетчик, преобразователь напряжения электродвигатель постоянного тока, механически связанный с измерительным органом, индикатор, дополнительно введены импульсный датчик оборотов, блок запуска, блок- задержки, два триггера, три схемы И и реверсив ный счетчик, задатчик состоит из задатчика цифровых кодов, цифро-аналогового преобразователя и задатчика напряжения смещения, а преобразователь напряжения выполнен в виде преобразователя напряжение-ток, причем выход задатчика цифровых кодов подключен к входу цифро-аналогового пре образователя и первому входу реверсивного счетчика, выходы цифро-анало гового преобразователя и задатчика напряжения смещения подсоединены к соответствующим входам преобразователя напряжение-ток, выход которого подключен к электродвигателю, который, в свою очередь, связан с импульсным датчиком оборотов двигателя рыход которого подключен к первым входам первой и второй И, вы ход второй схемы и соединен с вторым входом реверсивного счетчика, выход которого соединен с входами установки О триггеров, выход первого триггера соединен с вторым входом первой схемы И, выход которой соединен с входом установки 1 второго триггера, выход которого соединен с вторым входом второй схемы И и первыь входом третьей схемы И, выход которой соединен со счетным входом двоично-десятичного счетчика, выход которого соединен с индикатором, выход блока запуска соединен с третьим разрешающим входом реверсивного счетчика, с входом установки О двоичнодесятичного счетчика и через блок задержки с входом установки 1 первого триггера, а генератор соединен с вторым входом третьей схемы И. На чертеже представлена структурная схема цифрового ротационного вискозиметра. Схема включает в себя задатчик 1 двоично-десятичных кодов, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 2, задатчик 3 напряжения смещения, преобразователь 4 напряжение-ток, двигатель 5 постоянного тока, импульсный датчик б оборотов, блок 7 запуска, блок 8 задержки, первый триггер 9, первую схему И 10, второй триггер 11, вторую схему И 12, двоично-десятичный реверсивный счетчик 13, кварцевый генератор 14, третью схему И 15, двоично-десятичный счетчик 16, индикатор 17 .и измерительный орган 18. Цифровой ротационный вискозиметр работает следующим образом. Задатчик 1 кодов подает на вход ЦАП 2 двоично-десятичный код N . ЦАП 2 вырабатывает напряжение, пропорциональное, поданному на его входу коду N , и подает его на вход преобразователя 4 напряжение ток. Преобразователь 4 напряжение-ток генерирует ток, пропорциональный сумме напряжений, поступающих с выходов ПДП 2 и задатчика 3 напряжения смещения, и подает его на двигатель 5. Величина этого тока 3 не зависит от противоЭДС якоря и может быть вычислена по формуле 3-K,(,. . где N - двоично-десятичный код задания вращающего момента k - постоянная ЦАП kj- постоянная преобразователя напряжение-ток; U(.- напряжение на выходе задатчика смещения. Таким образом, на валу двигателя возникает вращающий момент,равный М , где Kj - электромеханическая постоянная двигателя, и измерительный орган начнет вращаться. Когда будет достигнута скорость, при которой момент внешнего сопротивления среды уравновесит вращающий момент, режим течения жидкости станет стационарным. При этсм М М + М , (3 ) где Mg - момент сопротивления среды My - момент собственного трения электродвигателя. При мёшых скоростях вращения, при которых рекомендуется производить измерения, собственное трение двигателя М мало зависит от скорости и может -быть принято постояннЕлм. Тогда () ( . При выборе величины в соответстВИИ с равенством () уравнение (4 примет следующий вид; ,. Датчик б оборотов вырабатывает кратковременные импульсы в конце каж дого оборота измерительного органа, которые подаются на первый вход первой схемы И 10. При нажатии специаль ной кнопки или поступлении сигнала дистанционного запуска блок 7 запуска вырабатывает запускающий импульс который поступает на счетчики 13 и 16 и блок 8 задержки. Таким образом, запускающий импульс стробирует запис в счетчик 13 кода N и переводит в исходное состояние счетчик 16. Через промежуток времени i.j , опре деляемый параметрами блока 8 задержки и необходимый для установления стационарного режима течения жидкости, запускающий импульс с выхода бло ка 8 задержки поступает на вход уста новки 1 первого триггера 9 и устанавливает его в единичное состояние. Первый же выработанный после этого импульс с выхода датчика б оборотов через первую схему И 10 поступает на вход установки 1 второго триггера 11. Задним фронтом этого импульса триггер 11 устанавливается в единичное состояние и напряжение 1 посту пает на второй вход второй схемы И 12 и первый вход третьей схемы И 15. Через третью схему И 15 с кварце вого генератора 14 поступают импульсы на счетный вход счетчика 16, а через схему И 12 поступают импульсы с выхода датчика б оборотов на ревер сивный вход счетчика 13. После того, как измерительный орган сделает N оборотов, с выхода счетчика 13 посту пит сигнал переполнения на входы установки О триггеров 9 и 11, на их, выходах установится напряжение О, в результате чего прекратится прохождение импульсов через схемы И 10, 12 и 15. Таким образом, в счетчике 16 будет зафиксирован двоично-десятичный код числа N, равный где Tpg- период оборота измерительного органа} { - частота кварцевого генератора, и индицируемый устройством 17 индикации. Поскольку вязкость может быть вычислена по формуле где К - постоянная,зависящая от формы измерительного органа и его геометрических параметров, то, учитывая (б1иП), получим Кк к кh :LJ-5 tJ 2 Как видно из равенства l9l, вязкость жидкости равна индицируемому числу N2, умноженному на постоянный коэффициент, и не зависит от кода Му т.е. выбранного режима измерения. Подбирая одну из констант (удобнее всего К2 ) , можно добиться, чтобы постоянный коэффициент в формуле (9) Kj равнялся 10. Тогда индицируемое число N показывает величину вязкости в единицах вязкости, умноженных на Ю. Состояние триггера 11 можно исполь зовать также для организации дистанционного автоматического управления работой вискозиметра с помощью ЭВМ. Значение Q О на выходе говорит о том,что вискозиметр закончил измерение и может быть произведена запись эначенц вязкости и инициировано новое измерение (для другого кода N). значение Q 1 на выходе триггера 11 говорит о том, что протекает цикл измерения. Чтобы измерить предел текучести, необходимо последовательно увеличивать задаваемый код N до тех пор, пока не начнется вращение измерительного органа 18. Предел текучести V для измерительного органа цилиндрической формы вычисляется приближенно по формуле /N 1/3

где - радиус измерительного цилиндра

- длина измерительного цилиндра.

Применение цифрового ротащюнного вискозиметра позволяет значительно

повысить достоверность измерения вязкости в неньютоновских жидкостях, дает возможность непосредственно измерять предел текучести. Цена единицы показания не зависит от заданного режима измерения, что значительно облегчает его тарировку.

ЦИФРОВОЙ РОТАЦИОННЬШ ВИСКОЗИМЕТР, содержащий задатчик, генератор, двоично-десятичный счетчик, преобразователь напряжения, электродвигатель постоянного тока, механически связанный с измерительным органом, индикатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения вязкости неньютоновых жидкостей, непосредственного измерения предела текучести и обеспечения независимости показания вязкости.от режима измерения, в него дополнительно введены импульсный датчик оборотов, елок запуска, блок задержки, два триггера, три схемы И и реверсивный счетчик, задатчик состоит из задатчика цифровых кодов, цифро-аналогового преобразователя и задатчика напряжения смещения, а преобразователь напряжения выполнен в виде преобразователя напряжение-ток, причем выход задатчика цифровых кодов подключен к входу цифро-аналогового преобразователя и первому входу реверсивного счетчика, выходы цифро-аналогового преобразователя и эадатчика напряжения смещения подсоединены к соответствующим входам преобразователя напряжение-ток, выход которого подключен к электродвигателю, который, в свою очередь, связан с импульсным датчиком оборотов двигателя, выход которого подключен к первым входам первой и второй схем И, выход второй схемы И соединен с вторым входом рег версивного счетчика, выход которого соединен с входами установки О триггеров, выход первого триггера соединен с вторьм входом первой схемы и,- выход которой соединен с входом установки 1 второго триггера, выход которого соединен с вторым входсм второй схемы И и первым входом третьей схемы И, выход которой соединен со счетным входом двоичнодесятичного счетчика, выход которого соединен с индикаторе, выход блока СП запуска соединен с третьим разрешающим входом реверсивного счетчика, с входом установки О двоично-десятнч 00 ного счетчика и через блок задержки с входов установки 1 первого тригел гера, а генератор соединен с вторым входом третьей схемы И.