Ротационный вискозиметр Советский патент 1980 года по МПК G01N11/14 

Изобретение относится к устройствам для автоматического контроля физико-механических характеристик твер деющих веществ, например полимерных продуктов, и может быть использовано в различных отраслях промышленности для контроля технологических процессов, а также для научных исследований. Известен ротационный вискозиметр, содержащий подвижный элемент, помещаемый в сосуд с исследуемым веществом и закрепленный на оси электро двигателя, имеющего заданное число оборотов. Электродвигатель приводит во вращение измерительный элемент. О величине вязкости исследуемого вещества судят по величине силы тока, потребляемого электродвигателем Наиболее близким к изобретению является ротационный вискозиметр, со держащий измерительный цилиндр и -тахометр, закрепленные на оси электродвигателя, подключенного к выходу бл ка задания момента вращения, а также блок регистрации в виде частотомера, подключенного к выходу тахометра. Из мерительный цилиндр, помещенный в ис следуемое вещество, тормозится за счет вязкого сопротивления,пропорционального скорости вращения цилиндра. Скорость вращения цилиндра Зс меряется. тахометром. Наводимая в тахометре ЭДС с частотой, зависящей от скорости вращения, регистрируется стандартным частотомером. По величине скорости судят о вязкости исследуемого вещества 2. Однако в этих вискозиметрах вязкие характеристику определяются косвенными методами по результатам измерения величин крутящих моментов и скоростей вращения. Это связано с необходимостью получения промежуточных результатов, что является источником дополнительной погрешнбсти измерения, а также исключает возможность измерения вязкости в динамических режимах испытания, например в процессе затвердевания вещества. Цель изобретения - повьшение точности измерения вязкости при изменении физико-химического состояния исследуемого вещества. Цель достигается тем, что ротационный вискозиметр, содержащий измерительный цилиндр и тахометр, закрепленные на оси электродвигателя, подключенного к выходу блока задания момента вращения, и регистратор, дополнительно снабжен узлом обработки информации, включающим в себя блок вычисления углового ускорения, интегратор, блок сравнения, блок памяти весовых коэффи циентов, два блока умножения, блоки оценки угловой скорости и текущей вяз кости, два элемента задержки и блок у равления. Блок вычисления углового ускорения соответствующими входами соединен с выходами тахометра и блока заДания момента вращения непосредственHOj а с выходами блока оценки текущей вязкости - черезпервый элемент за- , держки.Выход блока вычисления угловог ускорения соединён с первым уходом интегратора, второй вход которого сое динен с-выходом блока оценки угловой скорости через второй элемент задержки. В111ХОД интегратора соединен с первыми входами блока оценки угловой скорости и блока сравнения. Второй вход блока сравнения подключен к выходу тахометра, а выход блока сравнения через один блок умножения соединен со вторым входом блока оценки угловой скорости, а через другой блок умножения - с первым входом блока оценки текущей вязкости, второй вход которого подключен к его выходу через первый элемент задержки. Выход блока оценки текущей вязкости подключен к блоку регистрации. аторые входы блоко умножения подключены к соответствующи выходам блока памяти весовых коэффици ентов. Выходы блока управления подклю чены к управляющим входам блока вычисления углового ускорения, блока па мяти весовых коэффициентов и блока регистрации. На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого ротационного вискозиметра. Ротационный вискозиметр содержит измерительный цилиндр 1 и тахометр 2, закрепленные н оси электродвигателя 3 постоянного тока, обмотка управления которого подключена к выходу блока 4 задания момента вращения. Цилиндр 1 погружен в кювету 5, заполненную исследуемым веществом, например полимером. Вискозиметр также вклю чает блок б вычисления углового ускорения, состоящий из последовательно соединенных блока 7 возведения угловой скорости в степень 3/2, блока 8 определения приведенного момента сопротивления исследуемого вещества и блока 9 вычитания, интегратор 10, блок 11 сравнения, блок 12 памяти весовых коэффициентов, первый 13 и второй 14 блоки умножения, блок 15 оценки угловой скорости,блок 16 оценки те кущей вязкости, первый 17 и второй 18 элементы задержки, блок 19 регистрации, блок 20 управления. В блоке 6 вычисления углового ускорения вход блока 7 возведения в степень 3/2 и соединен с выходом тахометра 2, второй вход блока 8 определения приведенного момента сопротивления исследуемого вещества соединен через первый элемент 17 задержки с выходом блика 16 оценки текущей вязкости, второй вход блока 9 вычитания - с выходом блока 4 задания момента вращения. Выход блока 9 вычитания соединен с первым входом интегратора 10, второй вход которого соединен через второй элемент 18 задержки с выходом блока 15 оценки угловой скорости. Выход интегратора 10 соединен с первым входом блока 15 оценки угловой -скорости и с первьм входом блока 11 сравнения , второй вход которого подключен к выходу тахометра 2. Выход блока 11 срав.нения через первый блок 13 умножения соединен со вторым входом блока 15 оценки угловой скорости, а через второй блок 14 умножения - с первым входом блока 16 оценки текущей вязкости, второй вход которого подключен к его выходу через элемент 17 задержки, а выход - к блоку 19 регистрации. Вторые входы блоков 13 и 14 умножения подключены к соответствующим выходам блока 12 памяти весовых коэффициентов, а выходы блока 20 управления, подключены к управляющим входам блока 8 определения приведенного момента сопротивления исследуемого вещества, блока 12 памяти весовых коэффициентов и блока 19 регистрации. Ротационный вискозиметр работает следугацим образом. Электродвигатель 3 постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов вращает измерительный цилиндр 1, закрепленный на оси двигателя и помещенный в кювету 5 с исследуемым вещест- вом. Постоянство момента вращения обеспечивается запиткой обмотки управления стабилизированным током от блок 4 задания момента вращения. С ростом момента сопротивления на оси двигателя, вызванным увеличением вязкости исследуемого вещества, скорость вращения измерительного цилиндра 1 уменьшается. Сигнал с тахометра 2, пропорционсшьный угловой скорости вращения, поступает на вход блока 7 узла обработки информации, который работает циклично.Каждый цикл включает п шагов вычисления. Запуск устройства осуществляется сигналом с блока 20 управления, который поступает на управляющий вход блока 8 определения приведенного момента сопротивления исследуемого вещества. Рассмотрим работу устройства на п-ом шаге вычисления. С выхода блока 7 поступает сигнал, равный значению угловой скорости вращения цилиндра 1 в степень 3/2, в блок 8, где умножается на сигнал, равный значению вязкости на предыдущем (п-Г)-ом шаге вычисения и поступающий с блока 16 оценки текущей вязкости через .элемент 17 заержки, в котором предварительно происходит его эгщержка на временной интервал шага дискретности. Таким образом вычисляется значение приведенного момента сопротивления среды на п-ом шаге. Блок 9 вычитания формирует сигнал углового ускорения цилиндра 1 путем вычитания выходного сигнала блока 8 из сигнала, пропорционального приведенному значению момента вращения двигателя и поступающего с блока 4 задания момента вращения. Таким образом, в блоке 6 вычисления углового ускорения формируется выходной сигнал на основании следующей известной зависимости для тела вращения в виде цилиндра W + и , где W - угловая скорость вращения измерительного цилиндра; С - переменный параметр; характеj j, ризующий вязкость среды; Cv - приведенное значение момента сопротивления среды (-ч), U - приведенное значение момента вращения двигателя (). Сигнал углового ускорения с выхода блока 9 вычитания поступает на интегратор 10, который формирует априорную оценку угловой скорости на п-ом шаге вычисления путем интегрирования сигна ла углового ускорения в течение време ни шага дискретности и суммирования ;результата с сигналом, равным апостер орной оценке угловой скорости на предьадущем (п-1)-ом шаге и поступающим с блока 15 оценки угловой скорости че рез элемент 18 задержки, осуществляющий задержку сигнала на временной ийтервал шага дискретности. : С выхода блока 11 сравнения сигнал поправки по угловой скорости, равный разности значений угловой скорости с 1 тахометра 2 и априорной оценки углово скорости с интегратора 10, поступает .на входы блоков 13 и 14 умножения, гд умножается на соответствующие весовы коэффициенты, значения которых, аппро симированные заранее по ковариационным моментам ошибок оценок, содержатс в блоке 12 памяти весовых коэффициен тов для каждого шага вычисления и по ступают в блоки 13 и 14 по сигналам с блока 20 управления. Сигналы с выходов интегратора 10 и блока 13 умножения суммируются бло ком 15 оценки угловой скорости, формирующим окончательную {апостериорную) оценку - скорости измерительного цилиндра на п-ом шаге вычисления кот рая запоминается элементом 18 задерж ки для вычислений на следующем шаге. Блок 16 оценки текущей вязкости формирует сигнал, равный вязкости ср ды на п-ом шаге вычисления, путем суммирования выходного сигнеила с блока 14 умножения с сигналом, равным оценке вязкости на предыдущем (n-l)-OM шаге вычисления и поступающим с выхода блока 16 через элемент 17 задержки. Определяемые заранее начальные усовия , необходимые для вычислений на первом шаге первого цикла, хранятся в блоках 12, 15 и 16. По окончании цикла по сигналу с блока 20 управления значения вязкости с блока 16 поступают на блок 19 регистрации. Новый цикл вычислений, учитывающий оценки предыдущего цикла, начинается по сигналу с блока 20 управления на управляющий вход блока 8. Заканчивается работа по сигналу Стоп с блока управления. Узел обработки информации реализуется на типовых элементах цифровой вычислительной техники. Длительность цикла и шаг дискретности по времени выбираются, исходя из требований по точности и «быстродействию. Таким образом, введение в ротационный вискозиметр узла обработки информации позволяет автоматически измерять вязкость при изменении физико-химического состояния вещества, а также повысить точность за счет исключения субъективных оценок, имекмцих место при обработке информации исследователем. Формула изобретения Ротационный вискозиметр, содержащий измерительный цилиндр и тахометр, закрепленные на оси электродвигателя, подключенного к выходу блока задания момента вращения, и блок регистрации, отличающийся тем, что, с целью повииения точности измерения вязкости, в вискозиметр введены блок вычисления углового ускорения, интегратор, блок сравнения, блок памяти весовых коэффициентов, два блока умножения, блоки оценки угловой скорости и текущей вязкости, два элемента задержки и блок управления, причем блок вычисления углового ускорения соответствующими входами соединен с выходё1ми тахометра и блока задания момента вращения непосредственно и с выходом блока оценки текущей вязкости - через первый элемент задержки, а выходом - с первым входом интегратора, второй вход которого через второй элемент задержки соединен с выходом блока оценки угловой скорости, выход интегратора соединен с первыми входами блока оценки угловой скорости и блока срайнения, второй вход блока сравнения подключен к выходу тахометра, а его выход через один блок умножения соединен со вторым входом блока оценки угловой скорости, а через другой блок умножения - с первым

входом блока оценки текущей вязкости, второй вход которого подключен к выходу первого элемента згшержки/ а выход к блоку регистрации, вторые входы блоков умножения подключены к. соответствующим выходг1м блока памяти весовых коэффициентов, выходы блока управления подключены к управляющим входам блока вычисления углового ускорения, блока памяти весовых коэффициентов и блока регистрации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции 2165178, кл. G 01 N 11/00, 1973.

2. локша В.К. и Вериннина В.В. Электрический вискозиметр с бесконтактным двигателем переменного тока.,лаборатория, 1964,б (прототип),