Ротационный вискозиметр Советский патент 1982 года по МПК G01N11/14 

(54) РОТАЦИОННЫЙ ВИСКОЗИМЕТР

1

ИзоОретениё относится к приборам для измерения реологических характеристик широкого класса ньютоновских и неньютоновских жидкостей и может быть использовано на предприятиях, в НИИ, химической и нефтяной промышленности при производстве и изучении полимерных, лакокрасочных, смазочных и других материалов.

Известны приборы, используемые для замера вязкостей различных жидкостей, представляющие собой ротационные вискозиметры, содержащие коаксиальные цилиндры, один из которых соединен с приводным двигателем, а другой - измерительный цилиндр-с устройством для измерения момента. Исследуемый материал при этом нахо-. дится в условиях тангенциального сдвига в однородном поле напряжений в узком зазоре между цилиндрами. Основной элемент, определяющий рабочие характеристики любого вискозиметра - динамометр. Мягкий динамометр обеспечивает большую точность измерений, Жесткий - их большой диапазон. Наибольшее распространение получили вискозиметры с торсионным измерителем моментов. В них в качестве торсионов применяется стальная

проволока или винтовая пружина, поворачивающая вокруг своей оси до наступления равновесия между моментом сил сопротивления (трения) испытуемого материала и моментом сил ,упругости торсиона 1 .

Однако для расширения диапазона измерений в таких вискозиметрах приходится прибегать к частой смене

10 упругого элемента, что в свою очередь требует повторно тарировать вискозиметр. В ротационных вискозиметрах торсионного типа не могут быть совмещены достоинства Мягкого и

15 Жесткого измерителя (т.е. высокая точность при большом диапазоне измерений).

Наиболее близким к предлагаемому является вискозиметр, содержащий кор20пус, коаксиальные цилиндры, один из которых срединен с приводным двигателем, а другой - с корпусом двухстепенного гироскопа, датчик угла поворота вала гироскопа и систему отри25цательной обратной связи. Обратная связь в вискозиметре состоит из датчика угла поворота контактного типа, усилителя, корректирующего электродвигателя, в цепь возбуждения кото30рого поступает сигнаш от усилителя. и системы передачи компенсируивдего момента на . Таким образом, в известном вискозиметре динамометр измеряет суммарный момент М.- / определяемый выражением(1) +/1стр «)+МстрАвЬ МПРСВ+ МСТРАО где Mg(i9/- момент сил вязкого трения в исследуемом материале ; .-(w) момент сил сухого трени Г-Q тт/ -rtiTTrjr тт U TTir гь х в подшипниках; стрАв момент сухого трения в компенсирующем двигателе и шестеренках обратной связи; стрдопч момент трения датчика угла поворота; М - дополнительный момент, создаваемый проводной связью, которая соединяет датчик угла поворота и усилитель. Из данного выражения видно, что даже при высокой чувствительности гироскопа имеют место погрешности в измерении вязкости исследуемого материала, обусловленные сухим трением в подшипниках, в компенсирующем двигателе и шестернях обратной связи, в датчике угла поворота, и ошибки, обусловленные наличием проводов, которые связывают датчик угла гироскопа С-усилителем. Такая система Характеризуется статочным быстродействием цепи отрицательной обратной связи, связанным с электромеханяческой передачей сигнала от гироскопа к усилителю и электродвигателю, и наконец к валу крепления корпуса ги роскопа (к валу измерительного цилиндра) . Все это оказывает существенное влияние на точность измерения. Целью изобретения является повышение точности и быстродействия при бора. Указанная цель достигается тем, что предложен ротационный вискозиметр, содержащий корпус, коаксиальные цилиндры, один из которых соеди нен с приводным двигателем, а друго с корпусом двухстепенного гироскопа датчик угла поворота вала гироскопа и систему отрицательной обратной связи в котором, согласно изобретению, система отрицательной обратной связи состоит из коромысла, жес Kd закрепленного на валу цилиндра, ссждиненного с корпусом двухстепенного гироскопа, концы которого служат сердечниками для неподвижно за крепленных на корпусе прибора элект ромагнитных катушек, включенных в цепь фотоэлектрического моста, а датчик угла поворота вала гироскопа выполнен в виде зеркальца, укрепленного на валу гироскопа и отражанвдего луч от неподвижно установленного источника света на фотоэлектрический мост. На фиг. 1 изображен предложенный вискозиметр, разрез; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 схема отрицательной обратной связи. Нотационный вискозиметр содержит измерительный цилиндр 1, внутри которого соосно установлен приводной цилиндр 2 , соединенный посредством вала, и шестерни 3 с приводным двигателем 4. Цилиндры 1 и 2 разделены зазором для помещения заданной порции исследуемого вещества. Измерительный цилиндр 1 жестко связан с валом 5, который в свою очередь, жестко соединяется с корпусом гироскопа 6. Вал 5 установлен в подшипниках: верхнем 7 и нижнем 8. Подшипники 7 и 8 установлены в стакане 9, который жестко крепится к непод- . вижной плите 10, являющейся статором прибора. Кроме того, с валом 5 жестко скреплено S-образное коромысло 11, концы которого образуют сердечники электромагнитных катушек 12. Электромагнитные катушки 12 жестко закрепляют на корпусе 13 хомутами 14 и болтами 15. Подставка прибора 16 снабжена четырьмя установочными винтами 17, для установки прибора горизонтально по уровню. Плита 10 связана при помощи стоек 18 с плитой 19. С плитой 19 жестко скрепляется муфта 20, в которой установлены подшипники 21 и 22 крепления вала 23. Оптическая измерительная угловая система фиг. 2 и 3, состоит из направленного источника света 24, крепящегося на корпусе 13 прибора, зеркала 25, закрепленного на выходной оси X гироскопа, двух фотоэлементов 26 и 27, включенных по мостовой схеме и крепящихся к корпусу 13, усилительного устройства 28 и измерительного прибора 29. Прибор работает следующим образом. Перед началом работы (фиг.2) коромысло 11 фиксируется винтами 30 и с помощью переменного сопротивления 31 (фиг.З) оптическая измерительная система настраивается так,чтобы на выходе оптического моста был нулевой сигнал. Порция исследуемогоВещества помещается в зазор между измерительным цилиндром 1 и приводным цилиндром 2. Приводной цилиндр 2 приводится во вращение при помощи основного электсродвигателя 4, скорость этого враще- ния может варьироваться плавно путем изменения питания электродвигателя либо ступенчато, если передача вращения осуществляется набором шестерен с переключением их числа. Момент вращений от приводного цилиндра 2 за счет наличия сил вязкости в исследуемом веществе передается к измерительному цилиндру 1 и представляет собой меру вязкости вещества. Этот момент через вал 5 передается к корпусу гироскопа 6. Корпус двухстепенного гироскопа б установлен на валу 5 так, что входная ось Y гироскопа совпадает с осью вращения измерительного цилиндра (фиг. 3). Выходной осью динамометра является ось X. Передакхдийся на корпус гироскопа 6 момент вязкого трения вызывает прецессию гироскопа вокруг выходной оси с угловой скоростью р . При этом с фотоэлектрического моста в результате его разбаланса снимается электрический сигнал, пропорциональный углу поворота Jb . Электрический сигнал, пройдя через .усилитель 28. и измерительный прибор 29, подводится к электромагнитным катушкам 13, в которых возникает электродвижущая сила, действующая на сердечники - конхда коромысла, за счет образуется пара сил и к коромыслу прикладывается компенсирующий момент.вращения, пропорциональный углу поворота. Величина электрического сигнала, подводящегося к электромагнитным катушкам и измеряемая прибором 29, пропорциональна величине вязкости исследуемой жидкости. Поэтому вязкость определяется по показаниям прибора 2 с помощью тарировочного графика.

Таким образом, в предлагаемом устройстве сохраняются все преимущества ротационного вискозиметра, связанные с применением гироскопического динамометра, однако увеличивается точность измерения и-быстродействие системы из-за отсутствия трения в основных элементах обратной связи: датчике угла .поворота гироскопа и системе передачи компенсирующего момента. Это позволяет уменьшить ошибки измерения и повысить быстродействие прибора.

Формула изобретения

Ротационный вискозиметр, содержащий корпус, коаксиальные цилиндры, один из которых соединен с приводным двигателем, а другой - с корпусом двухстепенного гироскопа, датoчик угла поворота вала гироскопа и систему отрицательной обратной связи, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия прибора, система от5рицательной обратной связи состоит из коромысла, жестко закрепленного на валу цилиндра, соединенного с корпусом двухстепенного гироскопа, концы которого служат сердечниками

0 для неподвижно закрепленных на корпусе прибора электромагнитных катушек, включенных в цепь фотоэлектрического моста, а датчик угла пово рота вала гироскопа выполнен в виде

5 зеркальца, укрепленного на валу гироскопа и отражающего луч от неподвижно установленного источника света на фотоэлектрический мост.

0

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

М., Машиностроение, 1968, с.25542.

2,Авторское свидетельство СССР № 525871, кл. G 01 N 11/14, 1975 прототип).