Ротационный вискозиметр Советский патент 1979 года по МПК G01N11/00 

1

Изобретение относится к устройствам для исследования физико-механических характеристик пищевых продуктов, а именно, к приборам для исследования релогических свойств, в частности, к ротационным вискозиметрам для тоста, кондитерских масс, косметических кремов и других изделий и может применяться в различных отраслях пищевой промышленности.

Известны ротационные вискозиметры, в которых измерение скорости производится по изменению электрических параметров. Но небольшую точность измерений обеспечивают фотометрические измерения скорости вращения ротора вискозиметра 1.

Наиболее близким техническим решением является ротационный вискозиметр, который содержит статор, ротор, устройство для сообщения ротору крутящего момента, устройство для измерения скорости вращения ротора, включающее перфорированный экран, укрепленный на роторе, фотоприемник и источник освещения 2.

Однако, у этого ротационного вискозиметра узок диапазон измерений, не высока точность и он не позволяет измерять изменения скорости вращения, так как о скорости вращения ротора судят по изменению степени освенденности фотоприемника.

Цель предлагаемого изобретения - расширение диапазона пзмерения.

Для этого в ротационном вискозиметре, состоящем из ротора, статора, устройства для сообщения ротору крутящего момента и устройства для измерения скорости вращения ротора, содержащего перфорироваиный экран с прямоугольными щелями, укрепленный на роторе, фотоприемник и источник освещения, фотоприемник выполнен с протяженной чувствительной площадкой, непосредственно на которой установлена неподвижная маска, выполненная так, что ее меньшая сторона параллельна оси вращения ротора, а ширина щелей экрана равна .межщелевому расстоянию, прт) этом фотопрпемник установлен с возможностью радналыюго перемещения относительно источника света.

На фиг. 1 представлен предлагаемый вискозиметр, горизонтальный разрез; на фиг.

2- то же, вертикальный разрез; на фиг.

3- схема, поясняюн1ая принцип работы вискозиметра.

В статоре 1 устройства установлен ротор 2 с выступающим экраном 3, имеющим щели 4, ширина которых равна ширине межП1,елевого пространства 5. Внутри экрана 3 установлен источник 6 света и диафрагма с отверстием 7, которые предназначаются для ограничення линейных размеров источника 6 света по горизонтали и для формирования таким образом резких вертикальных границ светового поля за щелями 4 экрана 3. В схему вискозиметра входит также фотоприемник 8 с протяженной плоской чувствительной площадкой 9, на которой вплотную к ней установлена плоская маска 10 со световым прямоугольным окном 11, по размеру меньщим фоточувствительной площадки 9, размещая на таком расстоянии L,j, от экрана 3, при котором горизонтальная длина вертикальной нроекции щели 4 (фиг. 3) равна горизонтальному размеру окна И маски 10. В схему вискозиметра входит также усилитель 12, блок 13 измерительного устройства, записывающее устройство 14. Lm - расстояние между источником 6 света и экраном 3. Предлагаемый вискозиметр работает следующим образом. При вращении ротора 2 иод действием постоянной силы F происходит движение нроекции 4 световых щелей 4 экрана ротора 2 по неподвижной маске 10 экрана 9 с прямоугольным окиом 11 (abed фиг. 3). При равенстве линейных размеров проекции щели 4 (А, D) и окна маски (ad изменение тока на выходе фотоприемного устройства 8 будет определяться выражением Ф1 - 5,, где Si - площадь освещенного участка поверхности фоточувствительной площадки 9 (ом); (() - освещенность в плоскости фоточувствительной площадки 9 от источника 6 света (v ). Напряжение сигнала Hi, снижаемое с выхода фотоприемника 8, может быть найдено на основании выражения Ui /,УФ„(2) RM - еопротивление нагрузки на выходе фотоприемника 8, Ом; Ф - токовая (интегральная) чувствительность фотонриемника 8, приведенная к спектральной лучистости источника (:f ) Таким образом, на основании оказанного можно записать .(3) Все величины, входящие в первую часть последнего выражения, за исключением 5, могут рассматриваться как параметры. Учитывая это, а также, что Si holi, где Ло const, а , можно сделать вывод. что 1зеличина иаиряжения на выходе фотоприемпика 8 связана с величипон перемещения изображения вертикальной границы щели модуляционного диска 3 линейной зависимостьюU kf,,(4) г./ (ПС- fBOlIT 1, k - : const. L CM J Ha графике нанряжений Ui (фиг. 3) имеют место следующие особые точки: Ui 0 - окно маски фотоприемника еще не открыто для источника света (положенная граница CD изображения отверстия модуляционного элемента 3 и аЬ окна маски фотоприемника 3 совпадают); L/i : Umax - окно маски фотоприемника полностью открыто для источника света (положения границ АВ и аЬ, а также CD и cd совпадают); Ui О - изображение щели 4 сощло с окна маски (ноложения границ АВ и cd, а также CD и аЬ совмещены). Очевидно, что при /т /щ носледнее значение Ui соответствует также началу очередного цикла отражения окна маски фотоприемника. Таким образом, на выходе фотоприемиика 8 имеет место пилообразное напряжение, скорость нарастания и спада которого определяется скоростью перемещения проекции щелей, а знак зависит от взаимного положения вертикальных границ окна маски и отверстий модулятора. Поскольку направление вращения ротора вискозиметра не измепяется и знак изменения градиента напряжения никакой информации не несет, можно записать Переходя от скорости перемещения проекции окна и скорости движения поверхности ротора вискозиметра (фиг. 2), можно записать . (6) ш ф + -т . i щ/ Подставляя последнее выражение в выражение (5), получим -и-ХМТ- 1 7I J V /

dl,

- - есть абсолютное значеТак как

ние мгновенной скорости v движения новерхности ротора вискозиметра в момент ii, то на осионанни выра.жений (8) и (9) можно зл1П1сат з

dU

(10)

dt

Эта величина измеряется блоком 13.

Поскольку вязкость материала в любом из иромежутков времени расчитывается на основании известного для рассматриваемого случая значения усилия, нриложенного к ротору 2 вискозиметра и абсолютного значения ее скорости V, то подбором коэффициента усиления усилителя 12 и масштаба записи регистрирующего устройства 14 нетрудио производить занись показаний прибора в значениях вязкости. Причем регистрация изменения вязкости при дайной схеме будет ироисходить непрерывно в течение всего времени измерения.

Предлагаемая схема обеспечивает высокую чувствительность к измеиению линейной скорости ротора вискозиметра, следовательно, и вязкости, иоскольку помимо высокой чувствительности современных фотоприемных устройств она использует эффект «линейного усиления, вызванного расширением размеров проекции щели 4 ротора 2 вискозиметра, т. е. значением множителя

1|, который может быть выбран

статочио большим.

Вискозиметр может работать также ири условии, что длина горизоитальной ироекции щели 4 в плоскости маски 10 будет существенно превышать длину горизонтальной границы окна маски 11 (т. с., что ВОЬс или даже ). При этом график изменения иапряжения приобретает транецевидную форму с ограничением напряжения на выходе фотонриемного устройства в областн нулевых н максимальных значений, соответствующих зова.м печувствительиости устройства. Однако, это может быть комиенсировано повыщением чувствительности устройства к намерению скорости в области весьма малых Л1и1ейных перемещений ротора 2 вискозиметра. Выполиешге предлагаемого вискозиметра

позволяет характеризовать однородность, гомогенность измеряемого материала, оцеиивать распределение вязкости в потоке и измерять упругие, ирочиостные, релаксационные и другие реологические параметры

материала.

Формула изобретен и я

Ротационный вискозиметр, состоящий из статора, ротора, содержащего экран с прямоугольными щелями, устройства для сообндения ротору крутящего момента, устройства для измерения скорости вращения ротора, укрепленный на роторе, фотоприемник и источник освещеиия, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения диапазона измерения, фотоприемник выполнен с протяжепной чувствительиой площадкой, непосредственно на которой установлена неподвижная маска, выполненная так, что

ее меньшая сторона параллельна оси вращения ротора, а ширина щелей экрана равна межщелевому расстоянию, при этом фотоприемник установлен с возможностью радиального перемещения относительно источника света.

Источники ииформации, иринят1 е во вннмание нрп экснертнзе

1.Рогов А. И., Горбатов А. В. «Физические методы обработки нищевых иродуктов, М., «Пии1,евая иромышленность, 1974, с. 26-37.

2.Авторское свидетельство СССР .Yo 163787, кл. G OIN 11/10, 1964.

1 Z-5 S 7 11 ID 9 & 12 13 t1

J If

PL12.I

Фиг.2