Устройство для определения поверхностного натяжения жидкости Советский патент 1987 года по МПК G01N13/02 

JO

)5

20

Изобретение относится к весоизмерительной технике, в частности к устройствам определения поверхностного натяжения жидкости весовым методом.

Цель изобретения - повышение точности определения путем обеспечения условия равномерного движения сосуда в области точки максимума нагрузки и уменьшения ошибок определения момег - та равенства нулю производной силы по перемещению.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - предметный столик вместе с кольцом

и сосудом для ЖИДКО.СТИ.

Устройство дЛя определения поверхностного натяжения содержит коромысло 1, установленное с помощью опоры 2 на неподвижное основание 3 и снабженное концевой призмой 4 с подвеской

5, катушкой 6 с токоподводами 7, образующей совместно с магнитной системой 8 электромагнитный компенсатор 9, и флажок 10, входящий совместно 25 с катушками 11 и 12 возбуждения и съема сигнала в состав датчика 13 разбаланса.

Кроме того, весы снабжены аррети- рующими упорами 14, управляемьми через кулачок 15 и вал 16 от рукоятки 17, а подвеска 5 снабжена пробным кольцом 18 заданного среднего диаметра антикоррозирующего материала, например платины, устанавливаемым на поверхность 19 испытуемой жидкости 20, наполняющей сосуд 21, которьш установлен на предметном столике 22.

Предметный столик 22 состоит из корпуса 23, снабженного цилиндрическими направляющими 24 и 25 и пружинами 26 и 27, -перемещаемого вверх- вниз к ч высоту h. относительно основания 3. Корпус 23 взаимодействует через центральный палец 28 и шарикоподшипник 29 с профильным кулачком 30, имеющим радиус г, выполненный по участку 31 архимедовой спирали

г Сер, где С - масштабный коэффициент, ср - угол поворота кулачка 30.

Кулачок 30 установлен на выходном валу 32 редуктора 33 электродвигателя 34, имеющего постоянную скорость вращения п об/мин const. Корпус 23 сверху дополнительно снабжен регулируемой по высоте hp втулкой 35 ,с пруткиной 36 и площадкой 37 для со- суда 2.1 с исследуемой жидкостью 20,

30

35

40

45

50

2

O

5

0

5

0

5

0

5

0

гайкой 38 с микрометренной подачей 39, фиксагшонным пальцем 40 и направляющей планкой 41, входящей в выемку . 42 пальца 40.

Датчик 13 разбаланса подпитывается высокочастотным сигналом (fg, - 0,5 мГц) от генератора 43, а его выход 44 подан на усилитель 45, вырабатывающий уравновешивающий ток Ту; , поступающий через токоподводы 7 в катушку 6 компенсатора 9 и на опорный резистор 46, с которого снимается выходной сигнал U| на отсчетное устройство 47 типа цифрового вольтметра,, проградуированного непосредственно в единицах силы.

Выход 48 отсчетного устройства 47 подан на первый вход 49 блока 50 дифференцирования функции, на второй вход 51 которого подан сигнал U от электродвигателя 34, пропорциональный углу Q поворота кулачка 30 и перемещению h предметного столика 22.

Выход 52 отсчетного устройства 47 управляет ходом и остановкой электродвигателя 34, а его управляющий вход I. --

53 связан с выходом 54 блока 50 дифференцирования функции.

Весы работают следующим образом, 3 исходном положении профильный кулачок 30 при остановленном электродвигателе 34 развернут в. положение максимального радиуса. При этом положении путем вращения гайки 38 с микрометренной подачей 39 производится подъем на заданную высоту h подпружиненной втулки 35 с площадкой 37, на которой установлен сосуд 21 с исследуемой жидкостью 20, до тех пор, пока пробное кольцо 18 не ляжет на ее поверхность 19,

В результате действия силы поверхностного натяжения жидкости F подвеска 5 наклоняет коромысло 1 и его флажок 10, разбалансирует датчик 13 разбаланса, вызывая появление на усилителе 45 уравновешивающего тока 1, возвращающего с помощью компенсатора 9 коромысло 1 в исходное положение.

При появлении промежуточных показаний на отсчетном устройстве 47, которые являются начальными и в дапь- нейших оценках не участвуют, производится запуск электродвигателя 34, который через редуктор 33 и вал 32 вращает профильный кулачок 30 в сторону уменьшения радиуса r,,ц .

При этом шарикоподшипник 29 взаимодействует с участком 31 архимедовой спирали г Сq кулачка 30, в ре- зультате чего центральный палец 28 j перемещает подпружиненный корпус 23 по направляющим 24 и 25 вниз, уменьшая расстояние h-(.- h.;, .

Поскольку электродвигатель 34 имеет постоянную скорость вращения п об/мин const, то приращение Atf угла поворота вала 32, а значит и пропорциональные им приращения хода ЛЬ корпуса 23 и радиуса кулачка 30 Ы Сьц), также пропорциональны текущему времени &-t работы двигателя.

Корпус 23 вместе с установленными на нем втулкой 35, подпружиненной с помощью пружины 36, площадкой 37 и сосудом 21 с исследуемой жидкость 20, на поверхности 19 которой нахо- дится пробное кольцо 18, перемещается вниз до тех пор, пока вследствие образования шейки отрыва жидкости 20 от кольца 18 производная от измеряемой силы поверхностного натя- жения по перемещению лЬ, а вследствие пропорциональности и производная силы РПОД по времени ut не будет равна нулю, т.е.

, j А РПОЬ &h и t

К dF

пов

d t

0,

где К - коэффициент пропорциональности.

Блок 50 дифференцирования функции подключенный к отсчетному устройству 47, в момент равенства нулю производной от силы поверхностного натяжения

dFnoe

noe ° времени t - ..

О, дает

команду на запоминание (вход 53 от- счетного устройства) полученного значения , которое и является мерой поверхностного натяжения испытуемой жидкости 20,I ,

При необходимости многократных измерений цикл измерения повторяется: кулачок 30 устанавливается в исходное .положение путем, например, запуска электродвигателя 34, с помощью айки 38 с микрометренной подачей производится подъем подпружиненной

5 0

20 30

,35

40

45

50

втулки 35 и сосуда 21 с жидкостью 20 до касания с кольцом 18 и т.д.

Калибровка отсчетного устройства 47 в единицах сил (миллиньютонах) - производится с помощью эталонных грузов, вес которых известен, либо косвенными способами с помощью жидкостей, постоянные которых известны с высокой точностью, например.дистиллированной воды.

При необходимости оценки сил поверхностного натяжения относительно длины сцепления с кольцом, т.е. в мН/м, показания отсчетного устройства 47 делятся на удвоенную длину средней окружности кольца- 18, равную 1ср 27d, где dx - средний диаметр кольца 18, м, . р

пов/мин 2- d Формула изобретения

Устройство, для определения повер - ностного натяжения жидкости, содержащее предметный столик с сосудом датя жидкости, задатчик перемещения предметного столика с электродвигателем и профильным кулачком, установленным на выходном валу электродвигателя, коромысловый чувствительный элемент, на котором подвешено пробное кольцо, погруженное в сосуд для жидкости, и соединенные между собой системы электромагнитного зфавно- вешивания коромыслового чувствительного элемента, и система регистрации скорости изменения нагрузки и управления работой электродвигателя, о т- личающееся тем, что, с целью повьшгения точности определения, предметный столик выполнен . в виде подпружиненного корпуса, снабженного снизу центральным пальцем, который взаимодействует через шарикоподшипник с профильным кулачком, имеющим радиус, выполненный по участку спирали Архимеда, причем подпружиненный корпус сверху- снабжен регулируемой по высоте подпружиненной втулкой с площадкой для сосуда.

J

2

5

IK

51

физ. J

фиг. 2

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может найти применение при определении поверхностного натяжения жидкости весовым методом. Целью изобретения является повьппение точности определения. Весы содержат коромысло, систему электромагнитного силового уравно- .вешивания с датчиком разбаланса,усилителем, компенсатором и отсчетным устройством. Подвеску с пробным коль- цом погружают в сосуд с испытуемой - жидкостью. Предметный столик для сосуда выполнен в виде подпружинен - ного корпуса, снабженного вертикальными цилиндрическими направляющими. Через центральный палец и шарикоподшипник направляющие взаимодействуют с профильным кулачком, имеющим радиус, вьтолненный по участку архимедовой спирали. Кулачок установлен на выходном валу редуктора электродвигателя. Корпус сверху дополнительно снабжен регулируемой по высоте подпружиненной втулкой с площадкой для сосуда с исследуемой жидкостью. 2 ил. Н (Л ь 00 О) 4 сх