Ротационный вискозиметр Советский патент 1987 года по МПК G01N11/14 

Изобретение относится к приборам для измерения реологических параметров, в частности приборам для определения вязкости нефтепродуктов, полимеров, строительных материалов, красок, пищевых растворов и т.д.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей.

На фиг. 1 изображена функциональная схема ротационного вискозиметра; на фиг. 2 - функциональная схема блока управления; на фиг. 3 - кривая Сс f (М), по которой определяется кривая течения Jj-- f (г), где - скорость сдвига; t-напряжение сдвига

Ротационный вискозиметр (фиг. 1 и 2) содержит рабочий орган 1 в виде цилиндра (диска, конуса, лопасти и т.п.), установленный либо непосредственно, либо через редуктор (не показан) с высоким КПД на валу электродвигателя 2 постоянного тока, питаемого от управляющего источника 3 напряжения через измерительный блок 4, содержащий нагрузочный резистор 5 и дополнительные резисторы 6 и 7, подключенные к обмотке якоря электродвигателя по схеме тахометрического моста, компенсатор 8 сигнала момента трения, содержащий сумматор 9, к одному входу которого подключается общая точка резисторов 5 и 6, а к второму - задатчик 10 смещения, выходные зажимы сигнала скорости 11 и крутящего момента 12, подключаемые соответственно к общей точке резисторов 6 и 7, и к выходу сумматора 9, двухкоординатный регистратор 13, содержащий индикаторы скорости вращения 14 и крутящего момента 15, подключаемые соответственно к выходам 11 и 12, сумматор 16, выход которого подключается к входу управляемого источника напряжения, а входы - к входу 17 сигнала задания и выходу блока 18 управления, который содержит инвертор 19, ключи 20 и 21, интеграторы 22 и 23, входы интегрирования которых соединены с выходом компаратора 24, входы начальных условий подключены к выходам сигналов скорости вращения 11 и крутящего момента 12, а выходы - к ключу 20, цепи управления интеграторов и ключей 20 и 21 подключены к выходу анализаторов 25, входы которого подключаются к выходным зажимам скорости 11 и крутящего момента 12.

Ротационный вискозиметр работает следующим образом.

Электродвигатель 2 постоянного

тока вращает погруженный в исследуемое вещество рабочий орган 1. Двигатель питается от управляемого источника. 3 напряжения, который обеспечивает на якоре двигателя 2 такое

напряжение, при котором либо скорость, либо крутящий момент двигателя (в зависимости от положения ключа 21) соответствует задаваемому значению на входе 17. По существу сумматор 16, регулируемый источник 3 напряжения, двигатель 2 постоянного тока, блок 4 измерения и компенсатор 8 момента трения образуют следящую систему, входом которой является вход

17 сигнала задания, а выходом - в зависимости от положения ключа 21 либо выход 11 сигнала скорости, либо выход 12 сигнала крутящего момен- .та.

От выхода сумматора 16 на вход управляемого источника 3 напряжения подается сигнал ошибки регулирования, представляющий собой разность сигналов, поступа1рщих от блока управления.

I

Напряжение, пропорциональное току двигателя, а также электромагнитному

моменту якоря, снимается ного резистора 5.

с нагрузоч

Для получения подаваемого на выходной зажим 12 сигнала, пропорционального крутящему моменту на валу двигателя, а также измеряемой вязкости I необходимо от этого сигнала вычесть составляющую пропорциональную моменту трения (холостого хода) двигателя. Это происходит в сумматоре 9 компенсатора 8 момента трения, один вход сумматора соединен с резистором 5, а на другой вход сумматора подается сигнал от задатчика 10 смещения, который устанавливается перед погружением рабочего органа I в исследуемую среду таким образом, что выходной сигнал сумматора 9 равнялся нулю. Сигнал, пропорциональный скорости вращения двигателя, подаваемый на выходной зажим II, снимается с общей точки дополнительных резис- торов 6 и 7. Применение тахометрического моста, образованного измерительным блоком 4 и обмоткой якоря электродвигателя 2, позволяет легко вводить компенсацию погрещности регули

рования скорости вращения двигателя возникающей из-за изменения сопротиления цепи якоря двигателя вследств изменения его температуры, изготовляя один из резисторов 6 или 7 температур о зависимым, соответственно резистор 7 с положительным или резистор 6 с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления.

Выход 11 сигнала скорости вращения двигателя и выход 12 сигнала крутящего момента на валу двигателя используется для подключения двух- координатного регистратора 13 с индикатором 14 скорости вращения и индикатором 15 крутящего момента для записи как зависимости (to) при заданном W(t), так и зависимости со f (М) при заданном М (t) , а также для подключения при необходимости внешнего устройства для дальнейшей обработки сигналов (например микроэвм).

Для регулировки одного из выходных сигналов U) или М по линейному закону следует на вход 17 следящей системы подать изменяющееся линейно во времени напряжение. Треугольное напряжение с линейными участками генерируется по общеизвестным схемам функционального генератора с требуемыми параметрами.

Для плавного и непрерывного снятия зависимости о) f (Н) СФиг. 3) оказывается нецелесообразным на

участке ОА зависимости задавать линейно растущим во времени крутящий момент М, а на участке АВ - скорость вращения W.

Предлагаемая схема функционального генератора (фиг. 2) содержит замкнутую цепь из компаратора 24 с гистерезисом, интеграторов 22 или 23, ключа 20 и инвертора 19. Положение ключей 20 и 21, а также рабочие режимы интеграторов определяются выходным логическим сигналом анализатора 25, выходы которого соединяются с выходами сигналов скорости бо11 и момента М 12. В точке А должен ключ 21 вход сумматора переключить на другой выход. Одновременно ключ 20 переключает вход инвертора 10 на выход другого интегратора, обеспечивая новое нагтряжение задания. Точка А и новые значения напряжений задания зависят от свойств исследуемого материала м не могут быть без предварительных опытов запрогнозированы.

Функциональная схема блока 18 управления позволяет автоматически находить момент переключения регулируемой величины (точку А) и изменять выходное напряжение инвертора 19 так, чтобы снимаемая зависимость W f (М) не имела разрыва.

Анализатор 25 сравнивает производные сигналов скорости и момента

da dM

-- и -- по модулю, и по результатам

at at

сравнения переключают рабочие режимы интеграторов 22 и 23 и положения 15 ключей 20 и 21.

На участке ОА кривой u) f (М)

1,

dw dt

dM dt

. При этом вы

1 , и интегратор 22 (в состаходной сигнал анализатора 25 при помощи ключа 20 включает интегратор 23 в состав функционального генератора и переводит его в режим интегрирования, а интегратор 22 включается в режим начального условия, т.а. на выходе его появляется инвертированный сигнал скорости - w. На участке АВ du) dM ве функционального генератора) переводится в режим интегрирования, а интегратор 23 - в режим сложения сигнала крутящего момента М, при этом также переключается регулируемый сигнал. Производится линейное регулирование скорости U4 Тем, что интегратор 22 интегрирует со значения - и, присутствующего на его выходе в момент переключения, обеспечивается неразрывность снимаемой характеристики. По снятой зависимости ы (М)

можно перейти к кривой течения j f ( С), отличающейся от первой только масштабами. При желании можно задавать и постоянные значения регулируемых величин to или М. Для этого

необходимо отключить блок управления и подать один вход сумматора 16 на (вход 17) фиксированное значение напряжений задания, а на другой вход - сигнал, подле жащий регулированию (U) или М).

ормула изобретения

Ротационный вискозиметр, содержл- щ-гй рабочий орган, установленный на алу электродвигателя /остоянного тоа, регулируемый источник напряжения, одключенный через нагрузочный реистор к обмотке якоря э.мектролиит лтеля, измерительный прибор и тор, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, он дополнительно содержит блок управления, измерительный блок и компенсатор сигнала момента трения электродвигателя, причем блок управления содержит инвертор, два ключа, два интегратора, компаратор и анализатор, при этом входы одного ключа соединены с выходами интеграторов, а выход с инвертором, входы другого ключа соединены с выходами сикналов скорости и крутящего момента, выходы ключа и инвертора соединены с входами первого сумматора, интегрирующие входы интеграторов соединены с выходом компаратора, а входы начальных условий подключены соответственно к выходам сигналов скорости и крутящего момента, управляющие входы интеграторов и ключей подключены к выходу анализатора, входы которого соединены с выходами сигналов скорости и крутящего момента, один вход компаратора соединен с вы1343300б

сумма- ходом инвертора, а другой заземлен, измерительный блок содержит нагрузочный резистор с заземленным концом J и два дополнительных резистора, соединенные обмоткой якоря электродвигателя по мостовой схеме, причем горизонтальная диагональ моста запита- на от регулируемого источника напря10 жения, выход сигнала скорости подключен к вертикальной диагонали моста, компенсатор сигнала момента трения состоит из задатчика смещения и второго сумматора, один вход которо15 го соединен с выходом задатчика,а другой вход - с нагрузочным резистором блока измерения, выход компаратора сигнала момента трения подключен к измерителю крутящего момента на ва2Q лу двигателя, причем входы первого сумматора соединены с выходами блока управления, а выход - с входом регулируемого источника напряжения, двухкоординатный регистратор с ин25 дуктором скорости и момента соединен с входами соответственно сигналов скорости и крутящего момента.

Изобретение относится к приборам дпя определения вязкости и снятия кривой течения нефтепродуктов, полимеров, строительных растворов и т.п. Целью изобретения является расшире/7 ние функциональных возможностей ротационного вискозиметра. Прибор содержит двигатель 2 постоянного тока, на валу которого установлен погружаемый в измеряемую среду рабочий орган 1 (например цилиндр). Введена положительная обратная связь по току, позволяющая определить нагрузочный момент, действуюпшй на рабочий ор- ган, по току якоря двигателя. Вискозиметр позволяет проводить измерения как при заданной (в том числе и изменяющейся) скорости вращения, так и при заданном (в том числе и изменяющемся) моменте двигателя. Возможно проведение автоматической обработки информации благодаря наличию как электрического выхода задаваемой величины, так и электрического выхода измеряемой величины. 3 ил. (Л // f2 со 00 00 0uг.f

I/ /2

U2.Z

(f) CO

M. (T),

Фиг.З