Устройство для измерения энергии механохимических превращений веществ Советский патент 1990 года по МПК G01N25/02 

Изобретение относится к тепЛовым испытаниям, а именно к механохимичес- КИМ исследованиям, к измерению энергии физико-химических превращений в веществах.

Целью изобретения является повышение точности за счет повьшения ка- . чесТВа компенсации.

На фиг, 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - / схема узла передачи крутящего момента.

Устройство содержит деформирующий орган t S, расположенный в вертикальном цилиндре 2, предназначенном для

объекта испытания, фрикционную пару, состоящую из тела 3 и контртела 4 и расположенную во втором цилиндре 5. Деформирующий орган 1 связан с приводом 6 вращения посредством вала 7 и шестерен 8 и 9. Тело 3 фрикционной пары укреплено на валу 10, который посредством-шестерен 11 и 9 также связан с приводом 6 вращения, Контр- тело 4 узла трения жестко связано с цилиндром 5. Цилиндры 2 и 5 помещены, соответственно, в калориметрические ячейки 12 и 13, термобатареи 14 и 15 которых включены встречно на

:л

:о

:о

вход измерительного усилителя 16. Калориметрические ячейки 12 и 13 установлены в термостате 17.

Вертикальные цилиндры 2 и 5 установлены с возможностью поворота вокруг их осей, при этом к цилиндру 2 жестко прикреплен рычаг 18, который контактирует с рычагом 19, жестко прикрепленным к цилиндру 5. Контакт рычагов 18 и 19 осуществлен через ползун 20, который установлен на рычаге 19 с возможностью перемещения по нему и фиксации на нем. Для исключения вращения цилиндров 2 и 5 ус- тановле ны ограничители 21 и 22 (фиг. 2). Датчик 23 поворота цилиндра 5 соединен с входом регулятора 24 мощности (фиг. 1), к выходу которого подключен привод 25 нагружения узла трения. Привод 25 нагружения узла трения выполнен в виде электромагнита, обмотка 26 которого связана с выходом регулятора мощности 24, магнитопровод 27 электромагнита установлен неподвижно, а якорь 28 электромагнита жестко связан с валом 10, Для возможности передачи осевого усилия к узлу трения вал 10 связан с шестерней 11 посредством сильфона 29 Соединение вала 7 с шестерней 8 может быть выполнено аналогично соединению вала 10 с шестерней 11, при этом уравновешивается действие тепловых потоков, проходяпщх в калориметрические ячейки 12 и 13 по валам 7 и 10. Выход измерительного усилителя 1б связан со входом регистратора 30, Деформирующий орган 1 выполняется в.виде , соосного с цилиндроЯ 2 цилиндра, шнека, пропеллера и т.д.

Устройство может также содержать датчики момента и скорости деформации (не показаны) для измерения реологических параметров исследуемого вещества в процессе механохимических превращений. Изменение энергии механохимических превращений фиксируется регистратором 30, к входу которого подключен выход измерительного, усилителя 16 и подсоединены датчик момента и датчик скорости.

Устройство работает следз тощим образом.

Исследуемое вещество в виде жидкого или вязкого образца помещают в щшиндр 2, В цилиндр 5 заливают буферную жидкость, не претерпевающую физике-химических изменений при да

5

0

5

0

5

0

5

0

5

формации и служащую для распределения тепла, выделяющегося при трении

тела 3 о контртело 4, по объему цилиндра 5 (этим создают условия теплопередачи, аналогичные условиям теплопередачи в цилиндре 2). В зазоры между внешними поверхностями цилиндров 2 и 5 и тепловоспринима ощими поверхностями калориметрических ячеек 12 и 13 также заливают буферную жидкость (не показана), служащую для уменьшения теплового сопротивления зазора между цилиндрами 2 и 5 и термобатареями 14 и 15.

Термостатом 17 устанавливают температуру проведения испытаний,Затем приводом 6 вращения через шестерни 9 и 8 и вал 7 производят деформирование образца, результатом чего является механохимическое превращение в образце с выделением или поглощением энергии, которую необходимо измерить, и, кроме того, выделение теплоты от введенной механической энергии. Одновременно с вращением вала 7 вращается вал 10 и происходит трение тела 3 о контртело 4, при этом также выделяется тепловая энергия.

При деформации образца возникает механический момент, который стремится повернуть цилиндр 2 вокруг его вертикальной оси, при этом рычаг 18, действуя через ползун 20 на рычаг 19, стремится повернуть цилиндр 5, Появляющийся при этом сигнал с датчика 23 поворота через регулятор 24 мощности изменяет ток в обмотке 26 электромагнита привода 25 нагружения. При изм нении тока в обмотке 26 электромагнита меняется сила притяжения якоря 28 к магнитопроводу 27 электромаг нити., а значит меняется и сила прижатия элементов фрикционной пары. При этом меняется момент трения, воздействующий на цилиндр 5 и противодействующий моменту, возникающему в цилиндре 2 от деформации образца. Таким образом, цилиндры. 2 и 5 при деформировании образца остаются в неподвижном положении.

При идентичности двух ячеек за счет встречного включения их термоба- тарей результирующий сигнал равен нулю. При идентичности двух ячеек и отсутствии теплового эффекта механо- химического преврав(ения встречное включение их -гермобатарей приводит к нулевому результирующем сигналу

в случае, когда отношение плеч вза- . имодействующик рычагов равно единице. Несовпадение фактических чувствитель- ностей термобатарей может быть скомпенсировано соответствующей настройкой - изменением отношения плеч рычагов - для получения минимального фонового сигнала.

Настройку соотношения плеч рычагов i18 и 19 производят при температуре термостата 17, равной температуре окружающей среды. Для этого в цилиндр 2 помещают образец, не претерпевающий в процессе деформации физико-химических превращений, включают привод 6 вращения и в установившемся режиме деформирования образца выбирают положение ползуна 20 на рычаге 19 так, чтобы напряжение на выходе измерительного усилителя 16 было равно нулю.

Настройку оставляют неизменной и в рабочей стадии испытания. Компенсация мощности деформации образца мощностью тепловыделения при трении делает эту компенсацию слабо зависящей от уровня мощности деформации образца, изменяющейся в широких пределах, В этом состоит реализованное в устройстве более высокое качество компенсации, обеспечивающее положительный эффект - повышение точности.

При экспериментальной проверке в качестве образца испытывали касторовое масло (вязкость 10 пуаз), а в качестве буферной жидкости использовалась вода (вязкость ,01 пуаз). Энергия механических превращений в рабочем узле имитировалась калибровочным нагревателем посредством подачи мощности 20 мВт в рабочую ячейку. Механическая мощность деформации образца изменялась в пределах от нуля до 500 мВт регулировкой скорости при- вода вращения от нуля до 1000 об/мин, При мощности деформагщи образца 150 .мВт погрешность измерений соста- вила 3%, а в диапазоне мощности деформации образца до 500 мВт погрешность измерений составила 4%. ;

Формул

изобретени

0

1, Устройство для измерения энергии механохимических превращений веществ, содержащее ячейку для исследуемого вещества в виде цилиндрического сосуда и соосного с ним деформирующего органа, связанного коаксиальньм валом с приводом вращения, оснащенную термостатом и термобатареей, а также

5 компенсационную ячейку, причем выходы сигналов ячейки для исследуемого вещества и компенсационной ячейки подключены встречно на вход измерительного усилителя, к выходу которого

0 подключен регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности за счет повышения качества компенсации, компенсационная ячейка оснащена цилиндрическим сосудом,

5 валом, приводом вращения, термостатом и термобатареей, идентичными ячейке для исследуемого вещества, вал этой ячейки выполнен с возможностью продольного перемещения и заканчивается

Q в ней фрикционной парой, цилиндры ячеек выполнены с возможностью поворота вокруг осей, соединены узлом передачи крутяп его момента и датчиком поворота, датчик поворота через дополнительно введенный регулятор мощности связан с механизмом нагру- жения фрикционной пары.

2,Устройство по п. 1, отличающееся тем, что узел.передачи крутящего момента выполнен в виде двух рычагов, каждый из которых связан с одним из цилиндров и контактирует с другим рычагом через ползун, выполненный с возможностью перемещения вдоль одного из рычагов,

3.Устройство по п, 1, о т л и - чающееся тем, что механизм нагружения фрикционной пары зьшолнен в виде электромагнита.

5

0

5

7 2

77

№г/

Изобретение относится к тепловым испытаниям, а именно к измерению энергии физико-химических превращений в веществах. Используется компенсационный принцип измерений. Цель изобретения - повышение точности за счет повышения качества компенсации. Используются две ячейки - рабочая и компенсационная. Каждая ячейка имеет сосуд в виде цилиндра и рабочий орган внутри цилиндра, соединенный с приводом вращения. В рабочей ячейке осуществляется деформация объекта испытания, в компенсационной - нагружение фрикционной пары. Степень нагружения связана с небалансом моментов вращения цилиндров рабочей и компенсационной ячеек, связанных узлом передачи момента. Таким образом, осуществляется компенсация тепловыделения в рабочей ячейке, обусловленного механическим воздействием. Регистрируется только тепловыделение, обусловленное физико-химическими превращениями. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Составитель В.Андрианова Редактор Т.Парфенова Техред Л.Олийнык Корректор А.Обручар

Заказ 3138

Тираж 498

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

/f-/

/r/Подписное