Ротационный вискозиметр Советский патент 1980 года по МПК G01N11/14 

Изобретение относится к измерению физических параметров жидкостей и вязкопластичных материалов и может использоваться в автоматических технологических линиях, например для переработки полимерных материалов, в частности при экспресс-замерах. Известны ротационные вискозиметры, содержащие расположенный в иссле дуемой среде цилиндр, соединенный с одним из звеньев дифференциального механизма, второе звено которого свя зано с электродвигателем, а третье - с измерительным устройством 1. Недостатком этих вискозиметров, является узкий диапазон и низкая точ ность измерений физических параметров жидкостей и вязкопластичных материалов . Наиболее близким техническим решением является ротационный вискозиметр, содержащий цилиндр, помещенннай в исследуемую среду, вал которого соединен с одним из свободных звеньев дифференциального механизма, второе свободное звено которого связано с синхронным электродвигателем, а третье - через и myльcaтop с инерционным звеном и с измерительным устройством 2. Недостатком указанного вискозиметра является неудобство в работе при экспресс-замерах, в которых-необходимо визуально считывать eдиниLlfл вязкости исследуемых сред. Цель изобретения - обеспечение экспрессности измерений. Указанная цель достигается тем, что инерционное звено установлено на выходном звене импульсатора посредством цилиндрического шарнира, и через демпфер соединено с измерительным устройством, причем ось шарнира перпендикулярна оси выходного звена импульсатора и связана с инерционным звеном спиральной пружиной измерительное устройство выполнено в виде цилиндрической муфты, свободно посаженной на ось выходного звена импульсатора и связанной с инерционным звеном, с одной стороны - тягой, а с другой - через рычаг с показывающим устройством; демпфер выполнен в виде подвижного в вертикальном направлении относительно цилиндрической муфты, кольца, посаженного на одной оси

выходным звеном импульсатора и свяанного с тягой с инерционным звеном. На чертеже представлена схема роационного вискозиметра.

Ротационный вискозиметр содержит одвижшлй цилиндр 1, соединенный чеез дифференциальный механизм с синхонным электромотором 2, Дифферениальный механизм состоит из центральых колес 3 и 4, сателлитов 5, своодно посаженных на крестовину 6 одила 7, связанного через колеса 8 9 с двигателем 2. Центральное колео 4 дифференциального механизма вязано через импульсатор (в виде двойного универсального шарнира) с инерционным звеном 10, Двойной универсальный шарнир состоит из ВХОДНО-. го звена 11, промежуточного звена 12, витки которого расположены во взаимно перпендикулярных,плоскостях, и выходного звена 13. Оси входного 11 и выходного 13 звеньев параллельны. Инерционное звено 10 установлено на выходном звене 13 с помощью цилиндрического шарнира 14, ось которого перпендикулярна звену 13 и связана с инерционным звеном спиральной пружиной 15. На выходном звене 13 импульсатора свободно, посажена цилиндрическая муфта 16, связанная с инерционным звеном через тягу 17 и с показывающим устройством через рычаг 18. Измерительное устройство состоит из зубчатого сектора 19 и находящейся с ним в зацеплении трубки 20 со стрелкой 21. Соединение тяги 17с цилиндрической муфтой 16 осуществляется через подвижное относительно муфты кольцо 22, вертикальный ход которого ограничен буртиками 23 и 24, Если к измерительному цилиндру 1 не приложен момент сопротивления, т,е, он не погружен в исследуемый материал, то число оборотов его будет максимальным, определяемым числом оборотов двигателя 2 И передаточным отношением дифференцисшьного механизма при остановленном центргшьном колесе 4. Если цилиндр 1 погружен в исследуемую среду, то инерционное звено 10 будет совершать пульсирующее вращение со скоростью . возрастающей по мере увеличения приложенного к цилиндру момента со- . противления М..

Известно, что при вращении

,.. MC М„ ,(1)

где M r-ixJ- - момент сопротивления;

f u-3-gj - момент инерционного звена 10;

W.

-угловая скорость вращения измерительного цилиндра;

-искомая вязкость-исследуемого материала;

К

- постоянная прибора,

зависящая от геометрических размеров измерительных поверхностей;

-момент инерции инерционного звена 10 относительно оси вращения выходного звена 13 универсального шарнира;

m

-масса инерционного звена

радиус инерции звена;

cilt/

10 - изменение угловой рости инерционного звена 10, обусловленное импульсатором. ( Амплитудаколебания i угловой скоти иг-герционного звена 10 зависит угла / между осями звеньев двойо универсального шарнира и опреяется по формуле

I -

(2)

где °(. - угол поворота входного звена

11 универсального шарнира. При вращении выходного звена 13 вместе с инерционным звеном 10, на последнее действует центробежная сила, поворачивающая его на цилиндрическом шарнире 14 на некоторый угол А . Поворачиваясь, инерционное звено 10 сожмет спиральную пружину, 15. При некотором угле J3 упомянутая выше центробежная сила создает момент MLJ,действующий на инерционное звено 10 и уравновешиваемый моментом Мл развиваемым спиральной пружиной. Таким образом

Мн М и(3)

Момент М„ от сил упругости

м„ Z

где С - коэффициент жесткости пружины;

Лр - угол закручивания спиральной пружины;

.

Р - угол наклона плоскости вращения инерционного звена 10 к плоскости, перпендикулярной оси вращения выходного звена 13, ,.

В предлагаемом техническом решении (когда инерционное звено устанавливается на выходном валу импульсатора с помощью цилиндрического шарнира, ось которого перпендикулярна выходному звену импульсатора и связано с инерционным звеном спиральной пружиной) инерционное звено 10 является динамической опорой двух механимов дифференциального, работа которого осуществляется по закону (1), и измерительного, действие которого описыва ется формулой (3) , Сопоставив формулы (1) и (3), определяют

(.rrOMfl

к at

{4}

s.yi-r - I/сд/з

7 ; T777I3

где - угловая скорость вращения водила 7.

Из уравнения (4) следует, что каждому значению вязкости исследуемого материала соответствует определенное значение угла J3 наклона плоскости вращения инерционного звена 10 к плоскости, перпендикулярной оси вращения выходного вала 13 импульсатора. Угол f фиксируется измерительным устройством, работа которого заключается в следующем.

Поворачиваясь, вследствие воздействия центробежной силы, вокруг цилиндрического шарнира 14, инерционное звено 10 посредством тяги 17 перемещает цилиндрическую муфту 16 вдоль вала выходного звена 13. Цилиндрическая муфта 16 через рычаг 18 поворачивает зубчатый сектор 19 и взаимодействующую с ней трубку 20 со стрелкой 21. По. углу поворота стрелки 21 определяют величину вязкости исследуемого материала. Шкала стрелки 21 определяется уравнением (4), а также геометрией кривошипношатунного механизма 10-17 и 16 и кулачкового механизма 16-18 и 19 и зубчатого зацепления 19, 20. Для гашения колебаний стрелки 21, вызываемых неравномерным вращением выходного звена 13 импульсатора, служи демпфер, состоящий из подвижного относительно цилиндрической муфты 16 кольца 22f связанного тягой 17 с инерционным звеном 10. Вертикальный ход кольца 22 относительно муфты 16 ограничен буртиками 23 и 24, причем величина его определяется углом if между осями двойного универсального шарнира, а также геометрией кривошипно-шатунного механизма 10-17 и 22,

Таким образом, в ротационном вискозиметре вязкость исследуемого материала определяется по углу наклона инерционного звена 10 к плоскости ,

перпендикулярной оси вращения ьыходного звена 13 импульсатора. Ротационный вискозиметр позволяет повысить экспрёсс«ость измерений вязкости.

Формула изобретения

1.Ротационный вискозиметр, содержащий цилиндр, помещенный в исследуемую среду, вал которого соединен с одним из свободных звеньев дифференциального механизма, второе звено которого связано с синхронным электродвигателем, а третье - через импулсатор с инерционным звеном и с измерительным устройством, отличающийся тем, что, с целью обеспечения экспрессности измерений, инерционное звено установлено на выходном звене импульсатора посредством цилиндрического шарнира и через демпфер соединено с измерительным устройством, причем ось шарнира перпендикулярна оси выходного звена импульсатора и связана с инерционным звеном спиральной пружиной.

2.Вискозиметр поп.1, отличающийс я тем, что измерительное устройство выполнено в виде цилиндрической муфты, свободно посаженной, на ось выходного звена импульсатора и связанной с инерционным 3BeHO с одной стороны - тягой, а с другой через рычаг с показывающим устройством,

3.вискозиметр по п.1, отличающийся тем, что демпфер выполнен в виде подвижного в вертикальном направлении относительно ци индрической муфты кольца, посаженного на одной оси с выходным звеном импульсатора и связанного с тягой с инерцнонньлм звеном.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Авторское свидетельство СССР №225531, кл, G 01 N 11/12, 1967.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке №2374410, кл. с 01 N 11/14 1976 (прототип).