Цифровой вискозиметр Советский патент 1986 года по МПК G01N11/16 

f

Изобретение относится х измерениям реологических характеристик жидкостей и паст, в частности в производстве толстопленочных микро - схем, и может быть использовано в химической промьшшенности.

Целью изобретения является повьшение быстродействия, точности измерения и помехоустойчивости процесса измерения.

На фиг.1 представлена функцио- нально пневматическая схема устрой™ ства; на фиг.2 - временные диаграммы работы в соответствующих точках схемы фиг.1.

Устройство содержит шаговый электродвигатель 1, зубчатые колеса 2, кювету 3, зонд 4, резис - тивный датчик 5 вращающегося момент вал 6, пружину 7 закручивания, резистор 8, конденсатор 9, f(лффepeн циальные усилители Ю и 11 постоянного тока, блок 12 набора резисторо делитель 13 напряжения на резисторах, переключатель 14, преобразо™ ватель 15 напряжение-частота, ис точник 16 постоянного напряжения и цифровой частотомер 17..

Ротор шагового электродвигателя

Iчерез зубчатую передачу связан

с кюветой 3, приводимой во вращение На одном конце вала б закреплен зонд 4, помещенный в кювету 3, а на другом пружина 7 закручивания, второй конец которой жестко связан с корпусом. Подвижный контакт резис тивного датчика 5 жестко связан с валом 6 и электрически соединен с входом интегратора на основе уси™ лителя 10 постоянного тока и выходо схемы сравнения на основе усилителя 1 постоянного тока, подключенном к входу цифрового частотомера 17, Второй контакт резистивного датчика 5 подключен непосредственно к неин-- вертирующему входу уснгштеля 10 постоянного тока и через перекаюча - тель 14 и попеременно подключаемые резисторы в блоке 12 набора резис ° торов - к шине земля.

Неинвертирующий вход усилителя

IIпостоянного тока подключен к выходу интегратора, а инвертирующий к шине земля. Вход преобразовател 15 напряжение - частота (ПНЧ) через переключатель 14 соединен с делителем 13 напряжения, питаемым источником б постоянного тока. lirioK

832

управления шаговым двигателем не показан на фиг.1.

Устройство работает следуюш 1м образом,

Кювета от электропривода приводится во вращение, к из-за наличия сил трения между частицами в исследуемом образце вал 6 закручивается, увеличивая пропорционально моменту

закручивания выходное сопротивление Rf резистивного датчика.

Скорость сдвига V в исследуемом образце изменяется дискретно переключателем 4, соединяющим вход ПНЧ

15 с выходами делителя 13 напряжения на резисторах Кд . При этом на вь)- ходе ПНЧ 15 устанавливается соответствующее значение частоты, и шаговый двигатель вращается со скоростью,

пропорциональной заданной частоте. Одновременно переключателем 14 коммутируется соответствующий резистор R ,1 в блоке 12 с инвертирующим входом усилителя 10 постоянного тока

При этом между значениями резисторов RA в делителе 13 и резисторами Ry в блоке 12 должна бьгть и обеспечена прямо пропорциональная зависимость, т.е.

А К .

где К,| коэффициент пропорциональности.

Угловая скорость вращения кюветы зависит от частоты ПНЧ 15 и соответственно от напряжения, сни- маемого с делителя 13 напряжения на резисторах Яд. Тогда имеем

cJ К„Р;д , где К - коэффициент преобразования

н - -имя резисторов Ид в угловую скорость вращения кюветы. Учитывая, что СА,) tanp V, где f - угол наклона образующей конуса зонда., скорость сдвига в

исследуемом образце пасты получим:

г. tan , р, „ - „ j

К К

I X . I V о

(1)

Устройстззо на основе усилителей 10 и 11 постоянного тока (УПТ) ра-

50 ботает в генератора прямо- yгoльi ьlx импульсов.

Резисторы R/j- U Р. вютючены как делитель выходного напряжения - ± Uo схемы сравнения на УПТ 11.

55 Рассмотрим работу устройства в моменты времеш t(O), t (О и t(O+), (фиго2). В 1«мент t(, когда выходное напряжение U 0 на входах

312i

УПТ 10 a и сГ присутствует синфазный : сигнал

Uc

::/

(j ij

Кг RV

(2)

(синфазный сигн ал на входах дифференциального УПТ не усиливается). В момент t(0) срабатывает схема сравнения УПТ 11, и на входе S интегратора устанавливается потенциал

1,Uo Ry

RfVRv

который скачком передается на выход УПТ 10, а затем через конденсатор С на вход iSH интегратора так, что разность потенциалов на входах с и в момент скачка составит: ,.(.„, .2У,.5,..R .

в результате большого разбаланса на входе УПТ 10 выходное напряжение интегратора продолжает скачком увеличиваться, уменьшая посредством отрицательной обратной связи через конденсатор С разбаланс на входе. При достижении равенства +U +Ua выходное напряжение интегратора

/„ Uo RV составит значение (2.)

КА.

С момента t.(О) конденсатор интегратора начинает разряжаться под действием напряжения обратной связи с выхода УПТ 1 1 и за время t (момент tj) выходное напряжение интегратора достигнет нуля. Тогда сработает схема сравнения, и . описанный процесс начнет повторяться ,

Частота генерируемых импульсов определится из уравнения iUo - Т 2Uo RV . /..ч RC () Т RV

Подставляя (2) и (З), и учиты вал (1), а также то, что

Rf - Кз L,

где г - радиус конуса зонда;

ЕЗ - коэффициент преобразования угла поворота в сопрстив- ление;

I сдвигающее напряжение, при

3

получают следующее выражение для выходной частоты импульсов устройства

г J -Б1 аЦг КаКгКЛ. к ; Т 4RCR k RC tan V

-jгде 4 --p- - вязкость, т.е. частота следования, импульсов с выхода УПТ 11 прямо пропорциональная вяз- кости исследуемого вещества. Частота измеряется частотомером 17 с получением цифрового отсчета в единицах измерения динамической вязкости.

Формула изобретения

Цифровой вискозиметр, содержа- щий измерительный зонд, закрепленный на одном конце вала, кювету с исследуемым образцом вещества, пружину закручивания, электропривод и резистивный датчик вращающего момента пружины, причем второй

5 конец вала через пружину закручивания соединен с корпусом, а кювета, в которую помещен зонд, снабжена приводом, отличающий- с я тем, что, с целью повышения

Q быстродействи я, точности измерения и помехоустойчивости, в него введены интегратор напряжения и схема сравнения напряжения на основе дифференциальных усилителей постоянного тока, блок набора постоянных резисторов по количеству требуемых скоростей вращения кюветы .и переключатель резисторов, причем один выход резистивного датчика вращакадего момента пружины подключен непосредственно к неинвер тирующему входу интегратора напряжения и через переключатель и попеременно подключаемые резисторы в блоке резисторов к шине земля, а другой - через резистор к инвертирующему входу интегратора напряжения и к выходу схемы сравнения напряжений, один из двух входов которой соединен с выходом интегратора напряжения и через конденса- тор с инвертирующим входом интегратора напряжения, а второй - с щиной земля.

5

0

Фи.1

Изобретение относится к цифровому вискозиметру, содержащему зонд, кювету для иссдедуемого вещества, пружину закручивания, привод кюветы и измерительную схему на основе резистивного датчика. Для повышения быстродействия, точности измерения и помехоустойчивости в измерительную схему введены интегратор напряжения, схема сравнения напряжения на основе дифференциальных усилителей, блок набора постоянных резисторов и их подключатель. Один выход резистивного датчика подключен к неинвертирукидему входу интегратора напряжения, а через. переключатель и резисторы к щине земля, а другой - через резистор к инвертирующему входу интегратора- напряжения и к выходу схемы сравнения напряжений, один выход которой соединен с выходом интегратора напряжения, а второй - с шиной земля, 2 ил. i (Л С ND СО 00 00 00