Эластовискозиметр

(54 (57 ЭЛАСТОВИСКОЗИМЕТРизобретение относитения и регистрацииеологических характлов. Цель изобретеночности измерений.р обеспечивает безь ся к областинестационареристик маня - повышеом м.и измер ных р териа отние т зимет Эластовиско- щерционную)бббббЗбб ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССР(71) Ленинградский институт авиационного приборостроения(56) Авторское свидетельство СССР У 356526, кл. С 01 И 11/ О, 1972.Авторское свидетельство СССР Мб 378756, кл. С 01 И 11/16, 1973.Авторское свидетельство СССР У 1080070, кл. С 01 И 11/14, 1983. оценку составляющих комплексного модуля упругости за счет компенсационного измерения силы вязкоупругого сопротивления вещества при гармонической деформации последнего с известной частотой и фазой и обработки, основанной на единовременном решениидвух уравнений силового баланса, одно из которых описывает баланс сил,действующих на чувствительный элемент в виде зонда 3, погруженного висследуемое вещество, со стороиывещества при гармонической деформации, и силы обратного преобразователя6, который включается в цепь усилителя 8 и датчика 7 силы, действующейна чувствительный элемент 3 как отрицательная обратная связь, при з второе уравнение формируется путе сдвига фаз гармоник левой и право частей первого уравнения на и/2 носительноизвестной гармоническо формации. 1 ил, 1317323Изобретение относится к области измерения и регистрации физических свойств материалов, а именно к информационно-измерительным преобразователям реологических веществ, и может 5 быть использовано для исследования процессов изменения во времени их вязко-упругих свойств в широком ди,апазоне частот.Цель изобретения - повышение точ О ности за счет увеличения быстродействия процесса измерения.На чертеже изображена электрокинетическая схема эластовискозиметра.15Эластовискозиметр содержит корпус 1, кювету 2 для исследуемого вещества, шток с зондом 3, погруженным в исследуемое вещество, привод 4 задающих колебаний, кинематически связанный с 20 кюветой 2 и синхронным генератором 5 гармоник, обратный преобразователь б, состоящий из статора в виде магнитопровода с постоянным магнитом и якоря с рамкой, укрепленных на штоке 25 с зондом 3, На корпусе 1 закреплен датчик 7 силы, выполненный, например, в виде пьезокристаллов. Конец штока с зондом 3 жестко связан с датчиком 7 силы. Выход датчика 7 силы подклю чен ко входу усилителя 8, выход которого соединен с обмоткой рамки якоря, а также со входом фазовращателя 9 на 7/2 и первыми входами первого пере- множителя 10 и второго перемножителя 11. Выход фазовращателя 9. на 7/2 соединен с первыми входами третьего перемножителя 12 и четвертого перемножителя 13. На первом выходе синхронного генератора 5 гармоник сигнал, 40 синхронный по фазе с задающими колебаниями кюветы 2 от привода 4 задающих колебаний, а на втором выходе синхронного генератора 5 гармоник сигнал, сдвинутый на 7/2 относительно сигнала с первого выхода. Синхронный генератор 5 гармоник может быть реализован, например, как соединение функционального преобразователя уголкод и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), причем адресные входы ПЗУ соединены с выходами функционального преобразователя угол-код, а в ПЗУ записаны синусоидальные и косинусоидальные гармоники. Синхронизация 55 сигналов синхронного генератора 5 гармоник с задающими колебаниями осуществляется путем жесткого соединения вала привода 4 задающих колебаний с валом функционального преобразователя угол-код таким образом, что нейтральному положению кюветы 2 соответствует нулевой сигнал на первом выходе синхронного генератора 5 гармоник и максимальный сигнал на втором выходе. Первый выход синхронного генератора 5 гармоник подключен ко вторым входам второго перемножителя 11 и четвертого перемножителя 13, а второй выход - ко вторым входам первого перемножителя 10 и третьего перемножителя 12. Входы первого сумматора 14 соединены с выходами второго пере- множителя 11 и третьего перемножителя 12, а входы второго сумматора 15 соединены с выходами первого пере- множителя 10 и четвертого перемножителя 13. Выход первого сумматора 14 является измерительным выходом упругости, а выход второго сумматора 15 является измерительным выходом вязкости.Операции перемножения и суммирования могут осуществляться как в аналоговом виде, так и в цифровом виде на перемножителях и сумматорах, построенных на основе цифровых микросхем среднего уровня интеграции,Эластовискозиметр работает следующим образом.При включении привода 4 задающих колебаний кювета 2 приводится в круМ тильно-колебательное движение по законугде цп, - амплитуда колебаний;И - циклическая частота задающих колебаний.При этом на выходах синхронного генератора 5 гармоник появляются соответственно сигналыР =,э 1 пИ Сна первом выходе и(" -" 81 п(я+ и /2),д ц и у - амплитудные значенийФсигналов .При отсутствии вещества в кювете 2 на шток с зондом 3 не будут действовать силы. Сигналы на выходах датчика 7 силы, усилителя 8 и фаэовращателя 9 на н /2 будут равны нулю, следовательно нулевыми будут сигна 13173лы на выходах всех перемножителей и сумматоров 14 и 15.При наличии вещества с стационарными реологическими характеристиками в кювете 2 возникает сопротивление 5 движению кюветы 2, которое передается на шток с зондом 3 и датчик 7 силы. При этом на выходе датчика 7 силы появится сигнал, пропорциональный моменту, действующему по оси штока с 10 зондом 3. Наличие этого сигнала обуславливает появление сигнала на выходе усилителя 8, такого по величине и направлению, который возбуждает в якоре с катушкой обратного преобразователя 6 момент, приводящий шток с зондом 3 в равновесие. При этом сумма моментов, действующих на ось штока с зондом 3, равна нулю в каждый момент времени (независимо от изме нения вязкоупругой силы сопротивления вещества) . Следовательно, выходной сигнал усилителя 8 пропорционален вяэкоупругому моменту силы сопротивления вещества относительно оси 25 штока с зондом 3. При гармонической деформации вещества с линейными реологическими характеристиками вязко- упругий момент силы сопротивления вещества и выходной сигнал усилителя 30 8 будут иметь синусоидальный характер с частотой, равной частоте задающих колебаний. На входы перемножителя 11 поступают сигналы с выхода усилителя 8 и первого выхода синхронного гене ратора 5 гармоник, а на входы пере- множителя 12 поступают сигналы с выхода фазовращателя 9 на 11/2 и второго выхода синхронного генератора 5 гармоник. На выходе перемножителей 40 11 и 12 появляются сигналы, пропорциональные модулю упругости и переменным составляющим удвоенной частоты задающих колебаний, причем переменные составляющие находятся в про тивофаэе. В результате сложения выходных сигналов перемножителей 11 и 12 выходной сигнал сумматора 14 будет пропорционален только модулю упругости вещества. 50Аналогичным образом производится измерение вязкости. На входы пере- множителя 10 поступают сигналы с выхода усилителя 8 и второго выхода синхронного генератора 5 гармоник, на входы перемножителя 13 поступают сигналы с выхода Фазовращателя 9 на 1/2 и первого выхода синхронного ге йКГ (ы)сояыс-С я 1.пи С = К,П(2) где Б - выходной сигнал Фазовращателя 9 на Г/2,По измеренным значениям Б и П с помощью выражений (1) и (2) могут быть определены реологические характеристики С (ы) и С (ы) С (и) = -- Бя 1 пи + Б созе ,Кап 1Курв(3) 23 4нератора 5 гармоник. На выходе перемножителей 10 и 13 появляется сигналсодержащий постоянную составляющую,пропорциональную вязкости, и переменную гармоническую составляющуюудвоенной частоты задающих колебаний.Причем переменные составляющие находятся в фазе. В результате вычитания выходных сигналов перемножителей10 и 13 выходной сигнал сумматора 15будет пропорционален только вязкостивещества,При гармонической деформации вещества с изменяющимися во временикусочно-стационарными реологическими характеристиками, формированиеоценок составляющих комплексного модуля принципиально не отличается отформирования оценок комплексного модуля вещества, реологические характеристики которого не меняются вовремени.Полную компенсацию момента силывяэкоупругого сопротивления веществана частоте задающих колебаний, компенсирующим моментом обратного преобразователя 6, можно охарактеризовать уравнением баланса моментов,действующих на ось штока с зондом 3.КС (И)япи г+С (и)созе с =.К П,(1)где К - коэффициент формы рабочегоузла, зависящий от геометрических размеров штока с зондом 3 и кюветы 2;К- коэффициент передачи обратного преобразователя 6;1 иС иС - соответственно упругая ивязкая составляющие комплексного модуля вещества на частоте деформации,- частота деформации вещества;Б - выходной сигнал усилителя 8.Уравнение баланса моментов, действующих на ось штока с зондом 3, записанное относительно выхода фазовращателя 9 на 1/2 имеет видЗаказ 2415/38 Тираж 776 Подписное ВБИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская на.б д, 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 с (Я) = . - "Бсовиг. - и япи с,фЧлпервом сумматоре 14, входы котор л о подключены к выходам перемножителей 11 и 12, происходит суммирование выходных сигналов последних всоответствии с первым уравнением системы (3). Во втором сумматоре 15входы которого подключены к выходамперемножителей 10 и 13, происходитвычитание выходных сигналов последнихв соответствии со вторым уравнениемсистемы (3),Таким образом, на штоке с зондомпроисходит алгебраическое суммирование момента силы вязкоупругого сопротивления вещества при гармонической деформации и момента компенсацииобратного преобразователя При этомдля измерения составляющих комплексного модуля вешества используютсясигнал оценки вязко-упругой силы сопротивления вещества при гармонической деформации и сигнал, сдвинутыйна /2 относительно этого сигналаоценки, что обеспечивает повышениебыстродейстьия и, следовательно, точности оценивания кусочно-стационарных изменяющихся реологических характеристик.ЗОИспользование предлагаемого эласто;.4 искозиметра (по сравнению с известными) расширяет метрол( гическиевозможности и область примененияэ.цстовискозиметра за счет безьперционного оценивании кусочно-стационарных сост-:.вляюших комплексногомодуля ,. широком диапазоне частот.;форм:ции и позволяет с высокойт.;:вост:ю .-с ледолоть кинетику реологических процессов и инфр низкихтатах деформации вещества.Фо;чупа изобретения Ъ.астовискози:.етр, сод:.ржащнй кор- -пус, кювету для исследуемого вещества, шток с зондом, погруженным в исследуемое вещество, привод задающихколебаний, механически соединенный скюветой, обратный преобразователь,состоящий из статора в виде магнитопровода с постоянным магнитом, закрепленных на корпусе,и якоря с катушкой, укрепленной на штоке, усилитель,первый и второй перемножители, причем выход усилителя соединен с обмоткой якоря обратного преобразователя и первыми входами первого и второго перемножителей, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью повышения точности за счет увеличения быстродействия процесса измерения,вэластовискозиметр введены синхронныйгенератор гармоник, механически связанный с приводом задающих колебаний,датчик силы, закрепленный на корпусе и жестко связанный со штоком, фазовращатель на /2, третий и четвертый перемножители, первый и второйсумматоры, причем вход фазовращателя на 7/2 соединен с выходом усилителя, а выход соединен с первымивходами третьего и четвертого перемножителей, первый выход синхронногогенератора гармоник соединен с вторыми входами второго и четвертого перемножителей, а второй выход синхронного генератора гармсник соединен с вторым,":, входами первого и третьего перемножителей, при этом сигналпервого выхода синхронного генератора гармоник фазно синхронизирован сприводом задающих колебаний, а сигналвторого выхода синхронного генератора гармоник сдвинут на Т/2 относительно сигнала первого выхода, входыпервого сумматора соединены с выходами второго и третьего перемножителей,а входы второго сумматора соединеныс выходами первого и четвертого перемло,.лтелей, выход датчика силы соединен с входом усилителя