Ротационный вискозиметр Советский патент 1979 года по МПК G01N11/14 

Изобретэнпэ откосится к иэмерятэльной технике, а именно к ротационныд5 к.з мэрнтелям реологическгтх свойств нсндкосгей и вязкопластнч ;ых материалов. Основной особенностью этих np sSopoe гшпяэтся то, что йсспэдуемый материал помещается в зазоре межяу двумя soaKcsiajibHO рас положенны -лн рабочими поверхностями, одна из которых пращаетсЯо Действие приборов освовано на иэменеин даЬормацяи сдвига испытываемого материала.

Известны ротационные вискозиметры Джо Опдройда, В. Г. Винаградовзг И. Ф. Канавца, в которых для бесступен чатого изменения скорости вращения одной из рабочих поверхностей прибора применены Гидравлические регуляторы скорости {,lj „ При измерении вязкости методом постоянных скоростей деформации круташий момент в этих приборах передается ка одну нз рабочи-Х поверхностей ч& рез понижающий редуктор от гидропривода, состояшэго нз гидронасоса и гидромотора с электродвигателем. Вторая рабочая поверхность связана с упругим торсионным силоизмэрителем, угол поворота которого характеризует реологические свойства испытываемого материала.

Основные недостатки этих приборов нспользоаание в качестве измерительного упругого элемента торюнона, а также от яоснтельиая сложность конструкции и низкий КПД привода. Недостатком измерительного устройства является то, что при измерении крут5гщнх моментов деформация торснона должна быть меньше деформации, соответствующей пределу пропорциональности материала торсиона, что вызывает необходимость использовать для расишрения диапазона измерений набор торсионов. Кроме того, результаты измерений с по™ мошью торсионов различных жесткостей однях и тех же характеристик оказывают-ся несопоставимыми, поскольку скорость деформирования зависит от жесткости динамометра.

Ближайшим техническим решением является ротационный вискозиметр, содержаший наружный и внутренний коаксиальные цилиндрыр соединенные с внутренним цилиндром привод я измерительную систему 2. Отличительной особенностью указанного вискозиметра является то, что система привода выполнена в виде гидромуфты турбинное колесо которой жестко соедине но с:одной из рабочих поверхностей, связанной со счетчиком числа оборотов. ,. -Недостатком этого прибора является невысокая точность измерений из-за нестабильности показаний и их узкий диапазон. Это объясняется тем, что в гидромуфте передача крутящего момента происходит при отставании ведомогЪ колеса от ведущего,-т.е. при скольжении в пределах 3-5%, При от1шонении от номиналь ного режима наступает зона неустойчивой работы муфты, обусловленнаяударным течением жидкости в.местах перехода с колеса на колесо, причем ударные потери существенно ухудшают КПД привода.. К тому же на малых скоростях вращения ис11ользова шё гидромуфт совершенно неращгоиашьно, так как теоретический мо- мент на валу с уменьшением скорости вр щения вала резко падает. В таких случаях лучше использовать поршневые машины которые хорошо действуют в режиме ма-лых скоростей, так как перепаваемьШ мак симальный момент и устойчивость работы определякггся внутренними утечками машины, Цель предлагаемого изобретения по- вьциеаие точности измерений и расширение ах диапазона. Для этого вал внутреннего цилиндра жестко связан с наклокйой шайбой, на кО торой размещена обойма с прижимными башмаками, взаимодействующими со сферическими головками поршневой группы, размещенной в Ьлоке цилиндров, приводной вал которого соединен с электродвигателем, На чертеже представлена схема предлагаемого ротационного вискозиметра. Ротационный вискозиметр содержит вал i аксиально-плушкерного механизма, жестко связанный с блоком 2 цилиндров, в Котором аксиально расположены поршни 3 с шариковыми клапанами 4, Вращение вала 1 осуществляется от синхронного двигателя 5. Распределительный диск 6 жестко связан с наклон 10й шайбой 7. При жимные башмаки обоймы 8 осуществляю кинематическую связь с наклонной шайбой 7, жестко соединенной с ведомым валом 9, на котором крепится рабочий цилиндр 10 вискозиметра. Корпус 11 аксиально-плунжерного механизма имеет каналы 12 и 13. Канал 12 соединяет кольцевой канал 13 через дроссель 14 с резервуаром 15. Скорость вращения рабочего циливдра 10 определяется фотоэлектрическим тахометром, состоящим из осветителя 16, перфорированного диска 17 и фото-т элемента 18. Частота возникаю.щих при этом импульсов измеряется частотомером, шкапа.которого проградуирована в единицах вязкости. Работа предлагаемого вискозиметра происходит следующим образом, . От синхронного электромотора 5 равномерное вращение ведущего вала 1 сообщается блоку 2 цилиндров и, в случае свободного прохода жидкости через нагнета тельный канал 12 и при наличии сопротивления на валу 9, поршни поршневой группы 3, взаимодействуя с наклонной шайбой TS совершают возвратно-поступательное движение. При этом вращение ведомому валу не передается. При полностью закрытом дросселе 14 поршни 3, не имея возможности совершать возвратно-поступательное движение, передают вращение ведомому валу. 9 через наклонную шайбу 7 с передаточным отношением, близким к единице. При частичном открытии дросселя 14 скорость вращения ведомого вала 9 пропорциональна моменту сопротивления, зависяшему, в свою очередь, от вязкости жидкости. Эта зависимость выражается известной в вискос-лметрии формулой М,(1) момент сопротивления, на валу вязкость жидкости; постоянная прибора, равная HH-KJ, .R.-R н где Т ц - радиус наружной рабочей поверхности, Rlj - радиус внутрешей рабочей поверхности, . высота рассматриваемого цилиндрического слоя, . Ои угловая скорость вращения вала 9. . Ш , ЗО где П - число оборотов рабочей поверхности.

Определим зависимость числа оборотов вращающейся рабочей поверхности вискозиметра от вязкости исследуемого материала.

Напишем уравнение объемов для гидравлической передачи без учета механически-Х и объемньгх потерь где Q - расход жидкости через др равный производительности поршне группы насоса , g - удельный объем поршневой пы; И относительное число оборот ка шшивдров, равное n n,-fig, /tf - коэффициент расхода дрос f - площадь проходного отве дросселза; - удёльньШ вес жидкости; -ускорение силы тяжести; -перепад давления на дрос равный с уравнением решив его Подставив в уравнение (2) вы (3), (4),(5), получим л22 ,.,. (ПГ«9 ISKg-j

Из этого уравнения определим жидкости, обозначив при этом

STrV/ f

г2

.

fSKg- 3

Г6)

п СП„ Значит, число оборотов ведомого вала 9 зависит от вязкости испытываемого материала и определяется уравнением (6). Таким образом, предлагаемый ротационный вискозиметр повышает точность измерения, поскольку поршневые машины позволяют получить более стабильные числа оборотов рабочей поверхности вискозиметра. Наличие дросселя в нагнетательной системе позволяет путем изменения прэходкого отверстия дросселя расширить диапазон измерений прибора. Формула изобретения Ротационный вискозиметр, содержащий наружный я внутренний коаксиальные цилиндры, соединенные с внутренним цилиндром привод и измерительную систему, 1 отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения и.х диапазона, вал внутреннего цилиндра жестко связан с наклонной шайбой, на которой размещена обойма с прижимными башмаками, взаимодействук щими со сферическими головками поршневой группы, размещенной в блоке цилиндров, приводной вал которого соединен с электродвигателем. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Белкин И. М. и др. Ротационные прибсфы. М.,Машиностроение,968, с. 172. . 2.Авторское свидетельство СССР № 193779, кл. GOI N 11/14 1967,,