Устройство для измерения коэффициента вращательной вязкости жидких кристаллов Советский патент 1981 года по МПК G01N11/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

ВРА1ДАТЕЛЬНОЙ ВЯЗКОСТИ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ Изобретение относится к области физико-химических измерений и может быть использовано в приборостроении электронной, химической, часовой промьшшенностях, а также в практике научных исследований. Известно устройство для о.пределения коэффициента вращательной вязкости жидких кристаллов, включающее вращающийся магнит, неподвижную камеру с находящимся в ней исследуе мым жидким кристаллом. При вращении магнита на жидкий кристалл дейс вует вращающий момент, определяемый по углу закручивания кварцевой нити на которой подвешена камера 1. Ко фициент вращательной вязкости определяют по (формуле f - -2 i-О- (ju где К - коэффициент вращательной вязкости; М - вращающий момент; (1) - угловая скорость вращения магнитного поля; С - постоянная кручения квар цевой нити , oLo - угол закручивания нити без вращения магнитного поля (нулевое положение); сС - угол закручивания нити при вращении магнитного поля. Однако устройство не устраняет влияния граничных эффектов в виду малого объема исследуемого вещества капилляр), имеются конструктивные трудности подвеса камеры с жидким кристаллом на кварцевой нити. Конвективные потоки .воздуха при термостатировании, вибрации при вращении магнита, необходимость определения постоянной кручения нити ухудшают чувствительность и затрудняют процесс измерения. Ограничен диапазон угловых скоростей .вращения магнита, так как вследствие неоднородности магнитного поля и отступлений от осевой симметрии в форме камеры, при определенных скоростях вращения магнита возможны вращательные качения камеры; имеются трудности в определении нулевого положения угла закручивания иити в результате его смещения в сторону вращения магнита относительно положения в покоящемся магните. При вращении вектора магнитной индукции директор вращается с запаздыванием по фазе таким, что момент AyBVih трения fjlu и магнитный момент-iуравновешиваются. В силу того, что поглощение ультразвука максимально в случае распространения ультразвуковых импульсов ориентации во вращающе ся магнитном поле, отклонение экстре мальных значений анизотропии коэффициента поглощения ультразвука от направления вектора магнитной индукции определяет сдвиг фаз между векто ром магни-тной индукции и директором а следовательно и вращательную вязкость , определяемую по формуле „ i AXBSiWe 0л l (JDjUC I анизотропия диамагнитной где д X восприимчивости;индукция магнитного поля; сдвиг фаз между вектором магнитной индукции и директором;магнитная проницаемость. Кроме того устройство не позволя ет непосредственно определять сдвиг фаз в , так как величина этого сдв га определяяется дополнительной рас шифровкой записей отметок направления вектора магнитной индукции и экстремальных значений амплитуд импульсов. На точность измерений оказ вает отрицательное влияние нестабильность амплитудных характеристик генератора и усилителя. При определ нии температурной зависимости коэффициента вращательной вязкости необ ходимы дополнительные регулировки, так как при измерении температуры сильно меняется коэффициент поглоще ния ультразвука. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату предлагаемому является устройство для измерения коэффициента вращательной вязкости жидких кристаллов, содержащее камеру, заполненную исследуемым веществом, магнит, устано ленный с возможностью вращения вокруг камеры, которая помещена в зазоре между полюсами магнита,излучаю щий и пр :емный пьезопреобразователи установленные на стенках камеры и образующие акустический канал, генератор, подключенный к излучающему пьезопреобразователю, измерительный блок, подключенный к выходу приемного пьезопреобразователя и регистрирующий блок 2. Цель изобретения - уменьшение вр мени измерений и повышение их точности. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для измерения коэф фициента вращательной вязкости жидких кристаллов, содержащем камеру, заполненную исследуемым веществом, магнит, установленный с возможностью вращения вокруг камеры, которая помещена в зазоре между полюсами магнита, излучающий и приемный пьезопреобразователи, установленные на стенках камеры и образующие акустический канал, генератор, подключенный к излучающему пьезопреобразователю, измерительный блок, подключенный к выходу приемного пьезопреобразователя, и регистрирующий блок, оно снабжено дополнительной парой пьезопреобразователей, образующи 4. акустический канал, направление которого перпендикулярно направлению акустического канала, образованного первой .парой пьезопреобразователей и двумя катушками, установленными в камере, причем оси катушек размещены параллельно акустическим каналам, а измерительный блок включает два фазометра, входы первого из которых соединены с приемными пьезопреобразователями, входы второго - с катушками и выходом первого, а регистрирующий блок соединен с выходом второго фазометра. Известно, что в статическом магнитном поле скорость распространения ультразвука зависит от взаимной ориентации волнового вектора к директора ТТ, причем скорость максимальна при .параллельной ориентации и минимальна при перпендикулярной. Вследствие этого возникает разность фаз сигналов, распространяющихся по двум взаимно перпендикулярным направлениям, которую с помощью фазометра преобразуют в постоянное напряжение. При вращении директора магнитным полем скорость распространения звука по. этим направлениям периодически изменяется, что приводит к появлению на выходе фазометра переменного напряжения. Наличие вращательной вязкости приводит к тому, что Переменное напряжение на фазометре отстает по фазе от напряжения, индуцированного в катушках, установленных между полюсами вращающегося магнита. Указанный сдвиг фаз & , определяющий .вращательную вязкость, преобразуётся вторым фазометром в постоянное напря енТ1е, фиксируемое регистрирующим блоком. На чертеже представлена схема предлагаемого устройства. Неподвижно укрепленная между полюсами постоянного магнита 1 камера 2 заполнена жидким кристаллом 3, Изучающие пьезопреобразователи 4 и 5 соединены с генератором 6, а приемные пьезопреобразователи 7 и 8 соединены со входами первого фазометра 9, Выход первого фазометра и катушки 10 и 11 соединены со входами второго фазометра 12, выход которого связ,ан с регистрирующим блоком 13. Вращение магнита 1 вызывает перио дическое изменение скорости распрост ранения ультразвука в акустических каналах и появление переменного напряжения в катушках 10 и 11. Возникающую на приемных преобразователях изменяющуюся, разность фаз сигналов первый фазометр преобразует в переме ное напряжение, которое сравнивается по фазе с напряжением на катушках во втором фазометре, а полученное на выходе детектора постоянное напряжение фиксируется регистрирующим блоком. Постоянный магнит индукцией 3 кГс установлен на платформу установки для проверки гидроприборов УПГ-56. В камеру диаметром 3 см, заполненную жидким кристаллом МББА, устанавливают 4 пьезопреобразователя основной частоты 3 МГц. Возбуждение пьезопреобразователей производит ся генератором Г4-18. Принятые сигна лы поступаю-т ,на первый фазометр. Переменное напряжение с выхода фазомет ра и напряжение с катушек, содержащи 100 витков каждая, поступают на ,2-й фазометр, индикатор которого регистрирует фазовый сдвиг между директором и вектором магнитной индукции. Предложенное устройство значитель но сокращает время, измерений, так как позволяет непосредственно пределить сдвиг фаз 9 между дирёТстором и вектором магнитной индукции. Методы фазометрии позволяют повысить точность измерений, а непосредственное измерение угла 9 дает возможность также автоматизировать процесс измерений коэффициента вращательной вязкости. Формула изобретения Устройство для измерения коэффи|ЦИента вращательной вязкости жидких кристаллов, содержащее камеру заполненную исследуемым веществом, магнит, установленный с возможностью вращения вокруг камеры, каторая помещена в зазоре между полюсами магнита, излучающий и приемный пьозопреобразователи, установленные на стенках камеры и образующие акустический канал, генератор, подключенный к излучающему пьезопреоСразователю, измерительный блок, подключенный к выходу приемного пьезопреобразователя, и регистрирующий блок, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и сокращения времени измерения, оно снабжено дополнительной парой пьезопреобразователей, образующих акустический канал, направление которого перпендикулярно направлению акустического канала, образованного первой парой пьезопреобразователей и двумя катушками, установленными в камере, причем оси катушек размещены параллельно акустическим каналам, а измерительный блок включает два последовательно соединенных фазометра, входы первого из которых соединены с приемными пьезопреобразователями, входы второго - с катушками и выходом первого, а регистрирующий блок соединен с выходом второго фазометра. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1.Prost 1., Gasparovs Н. crystals Phys. Lett, 36A, p.24b-246, , 3. 2.Авторское свидетельство СССР о заявке № 268293, 04.11.78 (протоип) .