Способ контроля вязких жидкостей Советский патент 1988 года по МПК G01N11/14 

4iki 00 СО

Изобретение относится к реологичес КИМ измерениям и может быть использовано : для контроля вязкости жидкостей.

Целью изобретения является повьппе- ние точности измерения вязкости жидкости.

На чертеже изображено устройство. реализующее предлагаемый способ.

Устройство содержит шарикоподшипник 1, подпятник 2, ось 3 ротора, газодинамический подшипник с пятой 4 и подпятником 5, закрепленным в корпусе 6, упор 7, плоские пружины 8, груз 9 и 10, гайки П и 12, статор 13 электродвигателя, вибродатчик 14, анализатор 15 частот, генератор 16 звуковой частоты и чайтотомер 17.

Способ осуществляется следующим образом.

Шарикоподшипник 1, выбранный в качестве чувствительного элемента, про- мьгоают и смазьшают контролируемой вязкой жидкостью в количестве 2-3 объемов шарика. Монтируют шарикоподшипник 1, подпятник 2 и на ось 3 ротора, нижней опорой которого служит газодинамический сферический подшипник с пятой 4 и подпятником 5, закрепленным в корпусе 6. Верхней опорой ротора служит шарикоподшипник 1, подпятник 2 которого фиксируется в. корпусе 6 упором 7, плоскими пружинами 8, грузом 10 и гайками 11 и 12. Упор 7, пружины 8, груз 9 с индикатором 10 и гайками 11 и 12 представляют собой динамометр для создания осевой нагрузки на шарикоподшипник 1. Перемещая гайками П и 12 груз 9, по индикатору 10, тарированному в единицах нагрузки (1 мкм соответствует нагрузке 100 rj, создают постоянную осевуг. нагрузку на шарикоподшипник 1 и подают напряжение питания на статор 13 злектродвигателя, который приводит во вращение с постоянной частотой ротор с внутренним кольцом радиально-упорного шарикоподшипника 1, нагруженного постоянной нагрузкой.

Вибрацию шарикоподшипника измеряют с помощью вибродатчика 14. Сигнал с вибродатчика 14 подают на анализатор 15 частот, с помощью которого измеряют разность частот одноименных гармонических составляющих спектра вибрации шарикоподшипника 1 с частотами, кратными частотам вращения сепаратора относительно вращающегося и

неподвижного колец шарикоподшипника 1 и по отношению измеренной разности частот к частоте вращения подшипника определяют вязкость жидкости.

При вращении подшипника 1 между шариками и кольцами возникает гидродинамическая пленка испытуемой жидкости, толщина которой в точках контакта шариков с кольцами соответственно для внутреннего h. и наружного

колец равна .т2

h

ь

К -- в Мг .

KH Т- ) (1)

где

К,

|u

(2 + 3,),

, 36 ir JuV н

(2П 3,) г„ ru - вязкость жидкости;

« -i-(-i1-). .. i-(i-

и . 2 г tH 2 г г,

0

.Г-

2 т

.i(.i- 2 г

COSJ3 R.

. R

);

г - радиус шарика подшипника; Гд, радиусы кривизны желобов внутреннего и наружного колец; - угол контакта,

Rg,R радиусы внутренней поверхности желоба наружного кольца и наружной поверхности желоба внутреннего кольца; V - скорость продольного передвижения точки касания при качении шарика по наружному и внутреннему кольцам. При неподвижном наружном кольце V Куц-п, при неподвижном внутреннем

50

кольце V

Kv.6

к

V.H

ir ;5±1 5-

бО (К„- г cos/3/cos/i

55

V.& 60 1Кц г cos/i)cos.

П - число оборотов вращающегося кольца;

1404899

агрузка на шарик, при действии осевой нагрузки R

N

ОС

ROC.

г- stnft 5

число шариков в подшипнике.

овным комплектовочным парахарактеризующим радиально- шарикоподшипники, относятся ю й радиальный зазор l и наугол контакта

гд

ще и

1 2(R,- R,- d);

(2)

cos i,

Eul-Ebl-U-I-Qi la .

r, + r - d

Гидродинамическая пленка жидкости вызьшает уменьшение начального радиального зазора If, подшипника на ве- личину ivl, которая с учетом (l) равна

М 2(Ь„ + hj,

Подставив (4) в (2), получим реальный радиальный зазор во вращающемся подшипнике

1 1„- ul 2(R,-Rp-d- Ь„),

.(5)

Уменьшение радиального зазора приводит к уменьшению начального угла контакта fb на величину ьр. В этом случае реальный угол контакта с учетом 5) и (3} определяется соотношением

cos cos() «

.i E l d ll5Hl Jld ll}eI h«) . (6 Гб - d

Из (} и 6 следует, что с увеличением вязкости жидкости происходи уменьшение угла контакта р (увеличе кие cos|3) шарикоподшипника. Формула (6) справедлива при условии/Ь -&/35 0

Спектр вибрации быстровращающего- ся шарикоподшипника содержит четыре группы гармонических составляющих с частотами, кратными соответственно частоте вращения подшипника, частоте вращения шариков и частотам вращения сепаратора относительно внутреннего и наружного колец (5)

Частоты вращения сепаратора относительно внутреннего f и наружного f колец определяются cooтвeтcтвeн но по формулам (5)

fc6

DO+ 2D.

2П„

в )

(7)

- 20

30

ю 15

25

где DQ - диаметр окружности центров

шариков;

fg - частота вращения внутреннего кольца подшипника. Соответственно для i-й составляющей спектра вибрации частоты . и fJц, из (7) равны

fcb; fc. i; fc. i fcH i. (8)

Из (1), (6), (7) и (8) следует, что увеличение вязкости жидкости приводит к увеличению частот f ,-g . и уменьшению частот f..., .Разность этих

И

частот uf;равна

f; fee;- сн; 57 в cospРазность частот fj (9) увеличивается с увеличением вязкости жидкости. Разделив uf; (9) на частоту вращения fg, получим безразмерный коэффициент вязкости жидкости Кц,, характеризующий вязкость жидкости, изме- ренную Виброакустическим методом

uili..

i cosft. (10)

Таким образом, формулы (1),(6) и (10) устанавливают связь между -ВЯЗКОСТЬЮ |U жидкости и коэффициентом вязкости жидкости к I . Для измерения коэффициента достаточно измерить частоты fg; . и

Сигнал с вибродатчика 14 поступает на анализатор 15 частот, с помощью которого производится выделение из общего спектра вибрации составляющих с частотами f, f. и ц-Для увеличения точности измерения частот применены генератор 1 6 звуковой частоты и частотомер 17. При использовании генератора и частотомера измерение частот производят следующим образом. Известно (6), что если частоты двух гармонических составляющих вибрации отличаются незначительно друг от друга, то возникают периодические изменения амплитуды суммарной вибрации, которые называются биениями.

5

Предположим, что гармоническая составляющая спектра вибрации подшиника имеет амплитуду Ац на частоте f , а какой-то эталонный источник

и fg. Если две

соответственно А

составляющие с

имеют разносГь частот if

то суммарная амплитуда вибрации А

изменяется следующим образом.

амплитудами A,п э э

f,;, -::;г ДТ + &f.

шп

Ti

(13)

1

1+Tf.

5т +

Ill2. 1+Т- f

Sf5,(14)

где &f,bT,ivf,f.T,f - абсолютные

Изобретение относится к способам контроля вязких жидкостей. Цельповьппение точности измерений вяэкос - ти жидкостей. Промывают и смазьгоают шарикоподшипник контролируемой вязкой жидкостью. Вращают с постоянной скоростью ротор с внутренним кольцом шарикоподшипника.Измеряют разность частот одноименных гармонических составляющих спектра вибрации шарикоподшипника частотами, кратными частотам вращения сепаратора относительно вращающегося и неподвижного колец подшипника, и по отношению измеренной разности частот к частоте вращения подшипника определяют вязкость жидкости. 1 ИЛ-. Q S

ыл

+ А + 2 А

ып

Ад- cos2 Д ft,

За время Т :--- амплитуда А I f I

достигает максимального и минимального значения

А А + A,i

«акс Ып у

А А 4- А ЫП Э

Указываемое явление можно использовать .для поиска гармонических составляющих и повышения точности измерения А и fyp. Поиск составляющих осуществляют следующим образом. В сигнал, несущий информацию о спект ре вибрации шарикоподшипника 1, вводится регулируемый заданный сигнал с постоянной амплитудой А и перемен ной частотой f. При сближении частоты f с частотой гармонической составляющей f mf, возникают периодические биения суммарной амплитуды А. При наличии случайной составляющей такие биения не возникают.

Уточненное значение частоты f, можно получить из зависимости

20

Uin

Т - -TTf/

Sf:

Из (15) следует, что погрешность измерения уменьшается с увеличением Т и f,. Для существующего обо рудования Т-а. ffg- В этом случае, полагая, что Т , из (15) получим

(16)

Ыа-5,.

30

-ЫП

Современные частотомеры в области информационных частот шарикоподщипни ков позволяют измерять частоту f, с погрешностью и 0,01%. В этом случае на основании формулы (16) име 35 ем

§f,,,,oi%,

ып

-

1

1

7uf/

ып

(11)

Из (11) следует, что

ШП

-i + Т

Для получения f

ып

(12)

необходимо задать точное значение f, и измерить период биения Т. Для этого анализатор 15 частот настраивают на область частот с предполагаемой гармонической составляющей. Затем,изменяя частоту напряжения f с генератора 16, в этой области измеряют по анализатору период биений Т, а затем по формуле (12) рассчитывают f ,

Рассмотрим инструментальную пог- рещность измерения

Применяя разложение функции f , от Т и fg в ряд Тейлора, в первом приближении имеем

8f

liin

f.

- ----

решности измерения. Учитьгоая, что при контроле шарикоПОДШИПНИКОВ Т г I ИЗ (14) имеем 1

f

Uin

Т - -TTf/

Sf:

(15)

Ыа-5,.

Современные частотомеры в области информационных частот шарикоподщипни- ков позволяют измерять частоту f, с погрешностью и 0,01%. В этом случае на основании формулы (16) име- ем

§f,,,,oi%,

1000 Гц пог

ып

т.е., например, при fjj решность 0,1 Гц. Современные анализаторы частот в этом случае дают погрешность 2- Гц.

Применение предлагаемого способа позволяет для .определения f. применять не только анализаторы с широкой полосой пропускания, но и:обычные вольтметры.

Таким образом, предлагаемый способ измерения частот гармонических составляющих спектра вибрации шарикоподшипников не имеет методической погрешности. Инструментальная погрешность значительно меньше соответствующей погрешности .существующих анализаторов .

Формула изобретения

Способ контроля вязких жидкостей, заключающийся в том, что промывают.

.смазьшают контролируемой жидкостью и вращают с постоянной частотой вра щения нагруженный постоянной нагруз кой рационально-упорный шарикоподшипник и измеряют его вибрацию, о т личающийся тем, что, с целью повышения точности измерения вязкости жидкости, измеряют разность частот одноименных гармоничес

404899

ких составляющих спектра вибрации шарикоподшипника с частотами, кратными частотам вращения сепаратора шарикоподшипника относительно вращающегося и неподвижного колец шарикоподшипника, а вязкость определяют по отношению , измеренной разности частот к частоте вращения шарикоподшипника.