Реометр Советский патент 1987 года по МПК G01N11/14 

13

вячных валах 26, соединенных с валами 29 двигателей 30, установлены датчики 9 угла поворота. Вал 19 задающего цилиндра 17 соединен электромагнитной муфтой 7 сцепления с выходным валом 20 редуктора 5 и тормозится фрикционным тормозом 8 после отсоединения от редуктора 5. Вал 10 измерительного цилиндра 18 быстросменным штифтом

1

Изобретение относится к технике измерений реологических характеристик жидких сред.

Целью предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей.

На фиг.1 представлена кинематическая схема реометра; на фиг.2 - узел соединения спирали с валом измерительного цилиндра; на фиг.З - разрез А-А на фиг.2.

. Реометр состоит из узла 1 измерения момента, кюветы 2, отсчетного устройства 3, термостата 4, дифферен- .циального редуктора 5, привода 6, электромагнитной муфты 7 сцепления, . фрикционного тормоза 8, двух датчиков 9 угла поворота.

Узел 1 измерения момента состоит из вала 10, насаженного в опорах качения, спирали 11, датчика 12 угла закручивания спирали 11, электромагнитного тормоза 13, взаимодействующего с валом 10. Спираль 11 наружным концом жестко соединена с корпусом узла 1 измерения момента, а внутренним - с втулкой 14, свободно сидяпдей на валу 10. Штифтами 15 втулка 14 жестко соединяется с валом 10. На верхнем конце вала 10 посажен движок 16 датчика 12. Выход датчика 12 соединен с входом отсчетного устройства 3.

Кювета 2 состоит из задающего 17 и измерительного 18 цилиндров. Задающий цилиндр 17 жестко соединен с валом 19. Последний через электромаг-. нитную муфту 7 сцепления соединен с выходным валом 20 дифференциального редуктора 5. ИзмерительньпЧ цилиндр 18 жестко соединен с валом 10.

48

соединяется с.измерительной спиралью 11 и может стопориться электромагнитным тормозом 13. Угол поворота измерительного вала 10 измеряется датчиком. При измерении исследуемая жидкость помещается в зазор между цилиндрами, включается привод и по углу поворота измерительного вала определяется вязкость жидкости. 3 ил.

Дифференциальный редуктор 5 содержит центральные зубчатые колеса 21, сателлиты 22, червячные колеса 23, червяки 24, водило 25, выходной вал

20, входные залы 26. Червяки 24 жестко посажены на входных валах 26 и взаимодействуют с червячными колесами 23, жестко соединенными с центральными зубчатыми колесами 21. Последние свободно посажены на выходном валу 20, ..жестко соединенном с водилом 25, на котором свободно посажены сателлиты 22.

Датчики 9 угла поворота состоят

из дисков 27, жестко посаженных на левых концах валов 26, и первичных преобразователей 28, взаимодействующих с метками дисков 27.

Правые концы входных валов 26 соединены с выходными валами 29 привода 6, которьш содержит два приводных электродвигателя 30 и ЗО , размещенных в общем корпусе.

Электромагнитная муфта 7 сцепления состоит из ведущей полумуфты 31, ведомой полумуфты 32, электромагнита 33. Ползт уфта 31 посажена на скользящей шпонке на выходном валу 20 дифференциального редуктора 5 и поджата пружиной 34 вверх. Полумуфта 31 имеет фланец 35, которым она взаимодействует с электромагнитом 33, установленным неподвижно на корпусе дифференциального редутутора. Полумуфта 32 посажена на скользящей шпонке на нижнем конце вала 19 и поджата пружиной 36 вниз. На торцовых поверхностях полумуфт 31 и 32, обращенных навстречу друг другу, выполнены кулачки 37 сцепления. Таким образом, муфта сцепления является нормально замкнутой.

т.е. при отсутствии напряжения на обмотке электромагнита 33 noJTVMychTbi 31 и 32 находятся в зацеплении своими кулачками 37.

Фрикционный тормоз 8 состоит из конуса,38, выполненного на ободе полумуфты 32, конуса 39, выполненного на подвижном кольце 40, которое установлено на резьбе в корпусе 41. Перемещение кольца 40 вверх ограничйва ется упором 42. Положение кольца 40 относительно упора 42 зависит от ти- ца проводимого эксперимента и устанавливается при подготовке реометра к работе.

В исходном состоянии кулачки 37 полумуфт 31 и 32 находятся в зацеплении, соединяя валы 19 и 20, кольцо 40 сдвинуто вниз от упора 42, электромагнит 33 обесточен, электромагнит ный тормоз 13 расторможен, спираль 11 через втулку 14 соединена штифтам 15 с валом 10, электродвигатели 30 и 30 выключены, система термостати- рования выключена.

Реометр работает следующим образом.

Исследуемая жидкость заправляется в зазор между задающим 17 и измерительным 18 цилиндрами. Включается система термостабилизации, и выдерживается заданное время для стабилизации заданной температуры в зоне измерения. После этого включается привод вращения задающего цили1 ра 17 вклю- чением электродвигателей. При этом скорость вращения задающего цилиндра 17 .определяется из соотношения

0,

U

2х

где со, , 00 скорости врап1,ения электродвигателей 30 и 30 соответственно; i - передаточное отношение

червячной пары. Крутящий момент от задающего цилиндра 17 передается измерительному цилиндру 18 через исследуемую жидкость. Мерой крутяи1его момента является угол закручивания спирали 11, измеряемой датчиком 12. Тогда условная вязкость жидкости определяется по известной формуле

- К - и)

12 условная вязкость жидкости; М - крутяршй момент на измери- тел1,ном цилиндре 18;

СО - скорость врап1ения задающего

цилиндра 17;

К - постоянная реометра. При изучении релаксационных свойств жидкости цилиндру 17 задается некоторьш угол поворота ср , отсчитываемый с помощью датчиков 9 и 9 , при этом

q)

M q+M ,.

2i

5 О -5

20

35

40

45

0

5

После достижения поворота, равного заданному Lp, осуществляется включение электромагнита 33. При этом фланец 35 полумуфты 31 притягивается к электромагниту 33, сжимая пружину 34. Кулачки 37 выходят из закрепления. При этом полумуфта 32 под действием пружины 36 сдвигается вниз и прижимается конусом 38 к конусу 39 кольца 40, чем обеспечивается затормаживание и неподвижность цилиндра 17. Перед проведением данного опыта кольцо 40 сдвигается вверх до соприкосновения

с упором 42.

1

Фиксируют момент на цщтиндре 18 в момент включения электромагнита 33, а затем через определенные промежутки времени, по этим данным строят кривую релаксации напряжения

(t); , где t - время;

С - напряжение сдвига;

К - постоянная реометра.

При исследовании тиксотропных свойств кольцо 40 перемещают вниз на такую величину, чтобы при включении электромагнита 33 полумуфта 32, сдвигаясь вниз под действием пружины 36, не взаимодействовала с конусом 39. Задается вращение цилиндру 17 до установившегося режима и замеряют момент вращения М,. Включается электромагнит 33. При этом сбрасьшается нагрузка на время t. Замеряется момент М, и снова дается нагрузка выключением электромагнита 33 до выхода на установившийся режим Ми. Тиксот- ропные свойства оцениваются по глубине разрущения структуры.

при заданной скорости деформации )р исследуемой жидкости. Степень восстановления структуры оценивается коэффициентом

Mo-Mt п -.

MO

При изучении упругих свойств жидкости цилиндру 17 задают поворот на некоторый угол и производят запись по времени угла поворота цилиндра 17 4,,(t) по данным выходных сигналов датчиков 9 и 9, при этом

e,,,(,)i.(tb4.lH.

21

Одновременно ведут запись угла поворота (t) и момента на измерительном цилиндре 18. В линейной области искомая упругая деформация определяется Kak

(1)

.

где R,, и R,g- радиусы задающего 17

и измерительного 18 цилиндров соответственно Тогда модуль сдвига определяется

по закону Гука

о G J,

где Т - напряжение сдвига в исследуемой жидкости;

У - угловая деформация жидкости. Используют известное выражение для напряжений сдвига в ротационных вискозиметрах:

М

(2)

2irLR,p крутящий момент; рабочая длина цилиндров 17 и 18;

средний радиус измерительной щели, равный R, 0,5(,g) ,

G

М.

21ГТ.К

1

При определении упругой составляющей напряжения для различных скоростей сдвига стопорят вал 10 подачей напряжения на электромагнитный тормоз 13 и задают вращение цилиндру 17. При достижении наперед заданной угловой скорости вращения цилиндра 17 его стопорят подачей напряжения на электромагнит 33 (при этом кольцо 40 находится в верхнем положении до упора 42), одновременно расфиксируют вал 10 и замеряют угол поворота cf вала 10. Этот угол пересчитывают в напряжение сдвига, используя зависимость (2). Задавая различные скорости вращения цилиндру 17, определяют

зависимость

/

,пр f(lf).

5

где

Ч

- упругая составляющая напряжения ; У - относительная скорость

сдвига.

Определяют релаксации упругой составляюп;ей ггапряжения. По зависимости (у) определяют угловую скорость цилиндра 17, соответствующую максимальной величине упр Для данной скорости вращения цилиндра 17 замеряют угол поворота вала 10 по описанной методике и далее через определенные промежутки времени по этим данным строят кривую релаксации .упругой составляющей напряжения Ьупр | (t) , I

При определении упругой составля- ,ющей деформации для различных скорос- 0 тей сдвига вынимают быстросменные штифты 15, отсоединяя спираль 11 от вала 10. По описанной методике определяют угол поворота вала 10 и пересчитывают этот угол в величину отно- 5 сительной деформации сдвига по выражению (1). Получается зависимость .

ФФормула .из обр етения

0

Реометр, содержагчий кювету для исследуемой жидкости, узел измерения момента, привод, муфту сцепления, термостат и отсчетное устройство,

5 отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет расширения круга измеряемых реологических параметров, он дополнительно снабжен электромаг0 нитным тормозом, фрикционным тормозом, дифференциальным редуктором, промежуточной втулкой и датчиком угла поворота, причем электромагнитный тормоз сопряжен с валом измерительно5 го цилиндра кюветы, на котором посажена промежуточная втулка, соединен- ная жестко с внутренним концом спирали, наружный конец которой укреплен на корпусе -узла измерения момента,

0 причем промежуточная втулка соединена с валом измерительного цилиндра съемньгм штифтом, валы приводных электродвигателей через червячные передачи соединены с центральными колесами

5 дифференциального редуктора, водило которого соединено электромагнитной муфтой сцепления с валом задающего цилиндра кюветы, червячные валы сопряжены с датчиками угла поворота.

причем диски с метками этих датчиков, насажены жестко на червячные валы, полумуфты электромагнитной муфты сцепления посажены на валах на скользящих шпонках и подпружинены навстре- чу друг другу, причем на ободе ведомой полумуфты выполнен корпус фрикционного тормоза с вершиной, направленной в сторону ведущей полумуфты, а неподвижньй конус фрикционного тормоза установлен с возможностью его осевого перемещения.

,1

15

15

Фиг, 2

Изобретение относится к технике измерения реологических характеристик жидких сред. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем расширения круга измеряемых реологических параметров. Реометр содержит задающий 17 и измерительные 18 цилиндры, помещенные в термостат 4, привод, вьтолненньй в виде дифференциального редуктора 5 с приводными центральными колесами 21, вращающимися от злектродвигателей 30, На чер27 28 УгЗ 2Ч 2J21 S 2Z 23 V Фиг.1 (Л с: 4 :о эо эо 4 эо

А-А

Фиг.З

Редактор Л.Лангазо

Составитель В.Вощанкин

Техред А.Кравчук Корректор А.Обручар

Заказ 2500/34Тираж 776

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Подписное