Ротационный вискозиметр

у -- . ч О П И С А Н"И,;Е ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(22)Заявлено 120279 (21) 2723974/18-25 (51)М Кл 6 01 М 11/14 с присоединением заявки йо Государствеииый комитет СССР по дедам изобретеиий и открытий(23) Приоритет Опубликовано 15,1280, Бюллетень Й 4 бДата опубликования описания 15,1280(71) Заявитель Ленинградский институт авиационного приборостроения(54) РОТАЦИОННЫЯ ВИСКОЗИМЕТР Изобретение относится к устройствам для автоматического контроля физико-механических характеристик твер-. деющих веществ, например полимерных продуктов, и может быть использовано 5 в различных отраслях промышленности для контроля технологических процессов, а также для научных исследований.Известен ротационный вискозиметр, 10 содержащий подвижный элемент, помещаемый в сосуд с исследуемым веществом и закрепленный на оси электродвигателя, имеющего заданное число оборотов. Электродвигатель приводит 15 во вращение измерительный элемент.О величине вязкости исследуемого вещества судят по величине силы тока потребляемого электродвигателем 1.Наиболее близким к изобретению 20 является ротационный вискозиметр, содержащий измерительный цилиндр и тахометр, закрепленные на оси электродвигателя, подключенного к выходу блока задания момента вращения, а также 25 блок регистрации в виде частотомера, подключенного к выходу тахометра. Измерительный цилиндр, помещенный в исследуемое вещество, тормозится за счет вязкого сопротивления,пропорцио нального скорости вращения цилиндра.Скорость вращения цилиндра замеряется.тахометром. Наводимая в тахометре ЭДС с частотой, зависящей от скорости вращения, регистрируется стандартным частотомером. По величинескорости судят о вязкости исследуемого вещества 2 .Однако в этих вискоэиметрах вязкиехарактеристики определяются косвенными методами по результатам измерениявеличин крутящих моментов и скоростейвращения. Это связано с необходимостьюполучения промежуточных результатов,что является источником дополнительной погрешнбсти измерения, а такжеисключает возможность измерения вязкости в динамических режимах испытания,например в процессе затвердевания вещества.Цель изобретения - повышение точности измерения вязкости при изменениифизико-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, дополнительноснабжен узлом обработки информации,включающим в себя блок вычисления углового ускорения, интегратор, блоксравнения, блок памяти:весовых коэффициентов, два блока умножения, блокиоценки угловойскорости и текущей вязкости, два элемента задержки и блок уп равления. Блок вычисления углового ускорения соответствующими входами соединен с выходами тахометра и блока за, дания момента вращения непосредственНо а с выходами блока оценки текущейвязкости - через первый элемент за-,держки.Выход блока вычисления угловогоускорения соединен с первым цходоминтегратора, второй вход которого соединен с выходом блокаоценки угловойскорости через второй элемент задержки. Выход интегратора соединен с пер-выми входами блока оценки угловойскорости и блока сравнения. Второй 2 Овход блока сравнения подключен к выходу тахометра, а выход блока сравнения через один блок умножения соединен со вторым входом блока оценкиугловой скорости, а через другой блокумножения - с первым входом блокаоценки текущей вязкости, второй входкоторого подключен к его выходу черезпервый элемент задержки. Выход блока оценки текущей вязкости подключен к блоку регистрации. Вторые входы блоков умножения подключены к соответствующим выходам блока памяти весовых коэффициентов. Выходы блока управления подклю чены к управляющим входам блока вычисления углового ускорения, блока памяти весовых коэффициентов и блока регистрации.На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого ротационного вискоэиметра.Ротационный вискозиметр содержит измерительный цилиндр 1 и тахометр 2, закрепленные нЖ 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, напри" мер полимером. Вискозиметр также включает блок б вычисления углового уско О рения, состоящий из последовательно соединенных блока 7 возведения угловой скорости в степень 3/2, блока 8 . определения приведенного момента сопротивления исследуемого вещества иблока 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 текущей вязкости, первый 17 и второй 18 4 О 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, вто рой вход блока 8 определения приведенного момента сопротивления исследуемого вещества соединен через первый элемент 17 задержки с выходом блОка 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 первым входом блока 11 сравнения, второй вход которого подключен к выходу тахометра 2. Выход блока 11 сравнения 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 работаетследующим 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 веществом. Постоянство момента вращения обеспечивается запиткой обмотки управления стабилизированным током от блока 4 задания момента вращения. С ростом момен-, та сопротивления на оси двигателя, вызванным увеличением вязкости исследуемого вещества, скорость вращения измерительного цилиндра 1 уменьшается.Сигнал с тахометра 2, пропорциональный 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 и-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 (и)-ом шаге вычисления и поступающий с блока 16 оценки текущей вязкости через элемент 17 задержки, в котором предварительно про787375 формула изобретения исходит его задержка на временной интервал шага дискретности. Таким образом вычисляется значение приведенного момента сопротивления среды на и-ом шаге.Блок 9 вычитания формирует сигнал углового ускорения цилиндра 1 путем вычитания выходного сигнала блока 8 иэ сигнала, пропорционального приведенному значению момента вращения двигателя и поступающего с блока 4 задания момента вращенияТаким образом, в блоке 6 вычисления углового ускорения формируется выходной сигнал на основании следующей известной зависимости для тела вращения в виде цилиндра15 и+СЧ = 6,/ где Н - угловая скорость вращения измерительного цилиндра,С - переменный параметр; характеризующий вязкость среды,СМГ- приведенное значение моментасопротивления среды ( - ); М 25 0 - приведенное значение момента вращения двигателя (Йф).Сигнал углового ускорения с выхода блока 9 вычитания поступает на интегратор 10, который формирует априорную оценку угловой скорости на и-ом шаге вычисления путем интегрирования сигнала углового ускорения в течение времени шага дискретности и суммирования ,результата с сигналом, равным апостери орной оценке угловой скорости на предыдущем (и)-ом шаге и поступающим с блока 15 оценки угловой скорости через элемент 18 задержки, осуществляющий задержку сигнала на временной ин тервал шага дискретности.С выхода блока 11 сравнения сигнал поправки по угловой скорости, равный разности значений угловой скорости с ,тахометра 2 и априорной оценки угловой 45 скорости с интегратора 10, поступает ,на входы блоков 13 и 14 умножения, где умножается на соответствующие весовые коэффициенты, значения которых, аппроксимированные заранее по ковариационным Моментам ошибок оценок, содержатся в блоке 12 памяти весовых коэффициентов для каждого шага вычисления и поступают в блоки 13 и 14 по сигналам с блока 20 управления.Сигналы с выходов интегратора 10 и блока 13 умножения суммируются блоком 15 оценки угловой скорости, формирующим окончательную (апостериорную)оценку-скорости измерительного цилиндра на и-ом шаге вычисления которая запоминается элементом 18 эадержки для вычислений на следующем шаге.Блок 16 оценки текущей вязкости формирует сигнал, равный вязкости среды на и-ом шаге вычисления, путем 5 суммирования выходного сигнала с блока 14 умножения с сигналом, равным оценке вязкости на предыдущем (и)-ом шаге вычисления и поступающим с выхода блока 16 через элемент 17 задержки.Определяемые заранее начальные условия, 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 посигналу с блока 20 управления на управляющий вход блока 8. Заканчивается работа по сигналу "Стоп" с блокауправления. Узел обработки информации реализуется на типовых элементахцифровой вычислительной техники. Длительность цикла и шаг дискретности по времени выбираются, исходя иэ 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, имеющихместо при обработке информации исследователем. Ротационный вискозиметр, содержащий измерительный цилиндр и тахометр, закрепленные на оси электродвигателя, подключенного к выходу блока задания момента вращения, и блок регистрации, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения вязкости, в вискозиметр введены блок вычисления углового ускорения, интегратор, блок сравнения, блок памятивесовых 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 выходами тахометра и блока задания момента вращения непосредственно н свыходом 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 сравнения, второй вход блока сравнения подключен к выходу тахометра, а его выход через один блокумножения соединен со вторым входомблока оценки угловой скорости, а череэ другой блок умножения - с первым787375 Составитель В. Вещанкинетрушко Техред Е. Гаврылешко Корректор О. Ковинская актор аказ 8263 19 ПодписноеВ о комитета СССРи открытий1 Раушская наб., д. 4//21 Тираж 10 НИИПИ Государственног по делам изобретений 13035, Москва, Ж,Филиал ППП фПатент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 входом блока оценки текущей вязкости,второй вход которого подключен квыходу первого элемента задержки, а выход к блоку регистрации, вторые входы блоков умножения подключены к.соответствующим выходам 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 экспертизе1, Патент Франции 9 2165178,кл. О 01 й 11/00, 1973. 2, Локша Б.К. и Вершинина В.В, Электрический вискозиметр с бесконтактным двигателем переменного тока." фЗав,лабораторияф, 1964,96 (прототип),