Устройство для регистрации процессов изменения упругости твердеющих веществ Советский патент 1976 года по МПК G01N11/10 

1

Изобретение относится к области исследования физико-механических свойств твердеющих веществ, а именно к устройствам для регистрации процессов изменения упругости твердеющих веществ, например, процессов полимеризации.

Известен регистрирующий прибор для измерения ВЯЗКОСТИ гелей. Основой прибора является двуплечий рычаг, равновесное положение которого устанавливается с помощью передвижного груза. Движение гири вдоль плеча рычага осуществляется винтом, который приводится ВО вращение электромотором. Недостатком известного устройства является низкая точность измерений.

Наиболее близким техническим решением является устройство, работающее по принципу измерения касательного напряжения сдвига компенсационным методом.

Принцип действия известного устройства заключается в том, что осуществляется непрерывное сравнение изменяющейся упруго.ти исследуемого вещества с искусственно создаваемой упругостью электромеханического обратного преобразователя путем алгебраического суммирования сил, возиикающих при деформациях одинакового знака на сбалансированном коромысле, совершающем возвратно-поступательное движение.

Устройство состоит из коромысла, шарнирно-подвешенного на подвижной опоре, сочлененной с приводом; плунжера, погрул енного В кювету с исследуемым веществом и соединенного с коромыслом; балансировочного груза, закрепленного на коромысле; датчика рассогласования, состоящего из электродов и расиоложениой между ними заслонки, закрепленной В опоре коромысла; усилительнопреобразовательного блока с дву.мя входами; исполнительного .механизма; датчика фазы, соединенного с приводом, регистратора и обратного преобразователя, имеющего сердечник, якорь, закрепленный на коромысле и катушки, связанные с вы.ходом исполнительного механизма, который соединен со входом регистратора. Первый ВХОД усилительно-преобразовательного блока связан с электродами датчика рассогласования, второй вход-с датчиком фазы, а ВЫХОД-с входом исполнительного .механизма.

Известное устройство имеет недостаточно высокую точность и узкий диапазон измерений вследствие влияния изменяющихся в процессе измерения вязких свойств исследуемых

веществ и нелинейности коэффициента передачи исполнительного механизма и обратного нреобразователя, особенно проявляющейся в области малых величин упругости. Кроме того, В процессе измерения изменяющейся уп0 ругости меняется частотная характеристика

известного устройства. При смене исследуемого вещества необходимо каждый раз проводить сложную настройку устройства при помощи балансировочного груза с целью компенсации выталкивающей силы, действуюП1,ей на плунжер при его погружении в исследуемое вещество. Перечисленные недостатки сужают класс вещества, которые могут быть исследованы известным устройством, и ставят в сильную зависимость его конструктивные особенности от физико-механических свойств исследуемых веществ.

Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерения.

Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве на опоре коромысла закреплен потенциометр с резистивным элементом, соединенный средней своей точкой со вторым входом усилительно-преобразовательного блока, а на коромысле закреплен скользящий контакт этого потенциометра, соединенный с вторым входом усилительно-преобразовательного блока,причем сердечник обратного преобразователя сочленен с нриводом опоры коромысла с возможностью перемещения в противофазе с пей. Таким образом, измеряемой коордииато является пе угол поворота коромысла, а разность перемен1,ений, одно из которых вызвано пробными колебаниями, а второе пропорционально углу поворота коромысла. Эта разность, пропорциональная величине измеряемой упругости исследуемого вещества, детектируется сигналом угла поворота коромысла, чем достигается независимость процесса измерения упругости от изменяющихся вязких свойств вещества в широком диапазоне.

Дополнительные колебания сердечника обратного преобразователя в противофазе с колебаниями опоры коромысла обеспечивают линейность шкалы независимо от величины измеряемых упругих свойств вещества. С целью стабилизации частотной характеристики в предлагаемом устройстве якорь обратного преобразователя и шток, погружаемый в исследуемое вещество, закреплены в одной точке коромысла. С целью упрощения настройки при исследовании различных веществ предлагаемое устройство снабжено блоком установки нуля, выполненным в виде электромагнита, сердечник которого установлен неподвижно, катущки связаны с потенциометром, а якорь закреплен на коромысле.

На чертеже схематически представлено описываемое устройство, содержащее коромысло 1, подвещенное на подвижной шарнирной опоре 2, которая может совершать возвратно-поступательное движение фиксированной амплитуды и частоты при помощи кулачка 3. Кулачок 3 сочленен с кулачком 4 и приводом 5. На коромысле 1 закреплены якорь 6 обратного преобразователя, выполненный в виде постоянного магнита; якорь 7 электромагнита блока установки нуля: балансировочный груз 8; плунжер 9, погруженный в кювету 10 с исследуемым веществом 11; заслонка 12 датчика рассогласования, расположенная между электродамп 13 и 14.

Якорь 6 обратного преобразователя расположен между полюсами сердечника 15 с катущкой 16. Сердечник 15 имеет разноименные полюса с якорем 6 и установлен с возможностью возвратно-ноступательного движения в нротивофазе с опорой 2 коромысла 1 с помощью кулачка 4, сочлененного с кулачком 3

и приводом 5. Катущка 16 обратного преобразователя электрически связана с исполнительным механизмом 17, которым управляет усилительно-преобразовательный б.ток, состоящий из усилителя 18 и демодулятора 19.

Первый вход усилительно-преобразовательного блока соединен с электродами 13 и 14 датчика рассогласования, второй вход связан с закрепленным на коромысле 1 скользящим контактом и средней точкой резистивного

элемента потенциометра 20, закрепленного в опоре 2 коромысла 1, а выход - с входом исполнительного механизма 17. Между нолюсами сердечника электромагнита 21 блока установки нуля с катущкой 22 расположен якорь

7 в виде постоянного магнита. Катушка 22 электрически связана с потенциометром 23 и включена так, что отталкивает якорь 7 от полюсов сердечника 21. Катушка 16 обратного преобразователя электрически связана с выходом исполнительного механизма 17, который связан с входом регистратора 24.

Устройство работает следующим образом.

Привод 5 через кулачок 3 сообщает опоре

2 коромысла 1 возвратно-поступательное движение определенной частоты и фиксированной амплитуды. При этом на коромысло 1 действует упругая сила исследуемого вещества 11 и сила притяжения постоянного магнита 6, направленные встречно. При их равенстве за все время движения коромысла 1 в ту или иную сторону, суммарная сила равна нулю. Нулевым будет и момент относительно опоры коромысла, что обеспечивает горизонтальное положение коромысла 1 за все время неремещения.

Заслонка 12 нри этом движется параллельно электродам 13 и 14 датчика рассогласования в вертикальной плоскости и сигнал на его выходе равен нулю. Равен нулю и сигнал со

скользящего контакта потенциометра 20, что обусловливает равенство нулю сигнала на выходе демодулятора 19 усилительно-преобразовательного блока. Выходной сигнал исполнительного механизма 17 при этом создает

ток, величина которого пропорциональна величине силы, действующей на постоянный магнит 6 обратного преобразователя и, следовательно, пропорциональная измеряемой упругости вещества. Величина выходного сигнала исполнительного механизма 17 регистрируется регистратором 24.

Для установки нулевого отсчета регистратора 24 при настройке устройства необходимо передвинуть скользящий контакт потенциометра 23, создавая электромагнитное усилие па якорь 7 электромагнита 21 блока установки нуля, компенсирующее влияние остаточной памагнпчепностн сердечника 15 обратного нреобразователя и влияние выталкиваюп1ей силы, действуюпхей па плунжер 9 со стороны нсследуемого вещества, Обеспечивая горизонтальность коромысла 1.

Этим же электромагнитом 21 блока установкн пуля может быть задана некоторая величина начальной упругости, обеспечивающая запас устойчивости процесса измерения изменяющихся упругих свойств исследуемого вещества И.

При измененни упругости нсследуемого вещества 11 с течением времени коромысло 1 отклоняется от горизонтального положения, -а заслонка 12 - от вертикального, что вызывает ноявление еигнала на выходе датчика рассогласования (электродах 13 и 14), который усиливается усилителем 18 и через демодулятор 19 воздействует на исполнительпый механизм 17, изменяюнщй величину тока в катунь ке 16 обратного преобразователя, компенсируя изменение упругости исследуемого вен1,ества 11.

При этом на второй вход усилнтельпо-нреобразовательпого блока (демодулятор 19) ностуггает сигнал со скользяп1,его коптакта п средней точки резистивного элемента потенциометра 20, нропорциональный разности неремен1ения опорой коромысла 1 п неремеп1епия, пропорционального углу поворота коромысла 1. Этот сигнал прямо нропорнионален силе, обусловленной чисто упругими свойствами вещества 11. В усилительно-нреобразовательном блоке осуществляется детектирование сигнала, поступающего со скользящего контакта и средней точки резистивного элемента потенциометра 20 сигналом, пропорциональным углу новорота коромысла 1, поступающим с электродов 13 и 14 датчика рассогласования. На выходе усилительно-преобрачовательпого блока формируется сигнал, пропорциопальный изменению упругих свойств вещества, влияние на который вязких евойств вещества незначительно. Непрерывпые изменения унругости вызывают непрерывные изменения выходного сигнала иснолнптельного механизма 17, которые регистрируются регистратором 24. Сигнал с иснолнительпого механизма 17 поступает также на катушку 16 обратного преобразователя, сердечник 15 которого совершает возвратно-поетупательное движение в противофазе с опорой 2 коромысла 1, обеспечивая тем самым прямую пронорциональность между компенсирующей силой ч силой, пропорциональной упругости исследуемогсз вегцества. Плупжер 9, погружаемый

в исследуемое вещество 11. и якорь G обратного нреобразователя закреплены в одной точке коромысла 1, при этом сила, развиваемая обратпым преобразователем, паправлена встречно силе, возппкаюнгей при изменен 1и упругих свойств BeniecTBa 11. Такое закрепление плунжера 9 п якоря 6 позволяет сравпивать указанные силы, а не моменты, п, тем самым, обеспечить постоянство частотной характериетики устройства во всем дианазоне измерений изменяющейся упругости.

Формула изобретения

Устройство для регистрации процессов изменения упругости твердеющих веществ, содержащее коромысло, шарнирно подвешенное на подвижной опоре, сочлененной с приводом, плунжер, погруженный в кювету с исследуемым веществом и соединенный с одним плечом коромысла, балансировочный груз, закрепленный на противоположном плече коромысла, датчик рассогласова} ия, включающий заслонку, закрепленную па опоре коромысла, и два электрода, размен1, по обе стороны от заслонки, обратньи преобразователь, включаюиип якор1, закреп.ченнып на том же плече коромысла, что и плунжер, и сердечник с катуи11-;оГ|, между полюсам которого разMenien якорь, усилительпо-иреобразовательпый блок, вход которого соединен с электродамп датчика рассогласования, а выход - с исполнительным механизмом и регистратором, о т л и ч а ю nj, е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерения, на опоре коромысла закреплен потенциометр с резистивным элементом, соединенный средней CBoeii точко11 со вторым входом усилительно-преобразовательного б.тока, а на коромысле закреплеп скользящий контакт этого потенциометра, соедипеппый со вторым входом усилптельпо-преобразовательного блока, прпчем сердечппк обратного преобразователя сочленен с приводом опоры коромысла с возможностью перемеп1,енпя в протпвофазе с опорой.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью упрощения настройкн. оно снабжено блоком установки нуля, выполненным в виде электромагнпта, якорь которого закреплеп па коромысле, сердечник установлен неиодвижно. а катушка соед1шена с потенциометром.

3.Устройство но пп. 1 и 2, отличаюп1ееся тем, что, с целью стабилизации частотной характеристики, якорь обратпого преобразователя и плунжер закреплены в одной точке коромысла.