Эластовискозиметр

11 1, 828020 ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(51 01 Я 11/1 рисоединснием иСССРделам изобретеиий и открытий) Дата опубликования описания 07.05.81 72) Авторы изобретения Н. Мусаелятт Жер(54) ЭЛАСТОВ ИМЕТР аРствеииыи комитет (23) Приорит Изобретение относится к области исследования физико-механических свойств вещества, а именно к информационно-измерительным преобразователям и предназначено для определения вязкоупругих характеристик и материалов как органического, так и неорганического происхождения,Известно устройство 1 для измерения динамического модуля упругости 6 и динамической вязкости т 1 исследуемого материала, основанное на измерении модуля динамической системы и фазы ее колебаний с последующей корреляционной обработкой результатов измерений и расчетов величин 6 и т 1 по аналитическим выражениям с помощью ЦВМ. Выбором числа периодов для расчета корреляционных функций может быть достигнута высокая точность измерений измеряемых величин 6 и г 1 материала.Недостатком известного устройства является принципиальная невозможность измерения составляющих комплексного модуля материала при их изменении во времени. Кроме того, в расчетных формулах есть постоянные коэффициенты (упругость вспомогательных пружин, собственное демпфирование и др.), характеризующие электро- механическую часть, устройства, которые могут изменяться в зависимости от условий эксперимента, внешних условии, что, в конечном итоге, приводит к снижению точности измерений.Известно устройство, реализующее спо соб определения вязкоэластических свойствполимеров 2, содержащее корпус, шток с зондом, связанный с приводом задающих перемещений, кювету для исследуемого вещества и датчик амплитуды перемещения 10 штока. Это устройство позволяет получитьинформацию о комплексном модуле вещества, а также изучать процессы его изменения во времени. Выделение модуля и фазы колебаний динамической системы либо 15 определение составляющих комплексногомодуля вещества известным устройством требует вторичной обработки результатов, что значительно снижает точность измерений динамической вязкости и динамическо го модуля упругости.Известно устройство для измерения динамического модуля упругости вещества, например эластомер 3, содержащий корпус, шток с зондом, связанный с приводом зада ющих перемещений, кювету для исследуемого вещества, датчики перемещения штока и усилия, развиваемого исследуемым веществом, выходами связанные со входом формирователя сигнала канала модуля упруго сти, выходом связанного со входом испол 828020нительного блока канала модуля у;1 руго сти, выход которого связан со входом обратного преобразователя модуля у ругосги, Использование параметрического компенсатора, реализованного В виде обратного преобразователя модуля упругости, позволяет обеспечить высокую точность измерения модуля упругости. В то время в большинстве технологических процессов требуется получение информации и о вязкои составляющей комплексного модуля. Одновременно измерение вязкости и модуля упругости вещества в ходе технологического процесса открывает Возможности автоматизации измерений, решения задач стабилизации физико-механических свойств конечного продукта,Известен также эластовискозиметр 4, содержащий корпус, шток с зондом, связанный с приводом задающих колебаний, кювету для исследуемого вещества, датчики перемещения штока, усилия и скорости перемещения штока, обратные прео разователи модуля упругости и вязкости, состоящие из статора и якорей, закрепленных соответственно на корпусе и штоке, формирователи сигнала модуля упругости и вязкости, исолнтеные блоки кало модуля упругости и вязкости, причем выходы датчиков перемещения штока и усилия соединены со входами формирователя сигнала модуля упругости, выход которого через исполнительный блок канала модуля упругости связан с якорем обратного преобразователя модуля упругости, а выходы датчиков перемещения штока и усилия соединены со входами формирователя сигнала вязкости, выход которого через исполнительный блок канала вязкости связан со статором обратного преобразователя вязкости, а выход датчика скорости перемещения штока связан с якорем обратного преобразователя вязкости.Эластовискозиметр позволяет одновременно измерять вязкую и упругую составляющие комплексного модуля в достаточно широком диапазоне их изменения. Однако сложность конструкции, обусловленная наличием ДВух Обратных преобразователей датчики скорости перемещения штока и формирователей сигналов упругости и вязкости в виде аналоговых множительных устройств, имеющих невысокую точность, снижает точность измерения реологических характеристик веществ и требует фильтрации второй гармоники входного сигнала на выходах исполнительных блоков.Цель предлагаемого изобретепия - упрощение конструкции и повышение точности измерения составляющих комплексного модуля.Цель достигается тем, что в известный эластовискозиметр, содержащий корпус, шток с зондом, связанный с приводом задающих перемещений, кювету для исследуе 5 1 О 15 О ЗО Од 4 О 45 50 55 60 85 мого вещества, датчик перемещения штока, ооратныи преобразователь, статор и якорь которого закреплены на корпусе и штоке соответственно, исполнительные блоки, первый из которых выходом подключен к об 1 ОТКЕ ЯКОРЯ И Обра 1 НОГО ПрсоораЗОВаТЕЛЯ, введены датчик задающего перемещения, олоки Определеи 11 я модуля и 1 разы комплексного модуля и фазовращатель, причем входы блоков Определения модуля и фазь комлексного модуля связаны с выходами датчиков перемегцсня штока и задающего еремещения, 11 ервыи вход фазовращателя соединен с выходом датчика пс 11 емещения штока, его второй вход - с выходом второго исполнительного блока, а выход - с оомоткои статора О.ратного преооразователя, ВхОды первоГО и ВтороГО ис 1.Олнигелъныхлоков подключены к выходам блоков о- ределения модуля и фазы комплексного модуля соответственно.На чертеже приведена схема предлагаемого эластовискозиметра.Эластовискозиметр содержит электродвигатель 1, вал которого через профилирован- НЫИ КУЛаЧОК 2 СВЯЗаН С ПОДВИЖНЫМ СТВКаном 3, на наружной повер;ности которого закреплена шторка 4 фотоэлектрического датчика задающих перемещений. В стакане 3 с помощью 1.ружины О упруги подвешен шток 6, на котором укрелены шторка 7 датчика перемещения штока, якорь ооратного преобразователя с катушкой 8 и зонд 9, погруженныи в кювету 10 с исследуемым веществом 11. Фотоэлектрические датчики задающего перемещения и перемещения штока включают также неподвижные основания 12 и 13 и установленные па них источники излучения 14 и 15 (например светодиоды и фотодиоды 10 и 17). Статор 18 обратного преобразователя с катушкой 19 укреплен на корпусе прибора (не показан). Кроме того, эластовискозиметр содержит блоки определения модуля 26 и фазы 21 комп;ексного модуля, представля 1 ощ 11 е собой соответственно амплитудный и фазовый детекторы, исполнительные блоки 22 и 23 каао одуля и фазы, состоя 1 цие из 11 оследовател 1,но соедине 11 нь 1 х интегратора и усилителя, регистрирующие блоки 24 и 25 каналов модуля и фазы и фазовращатель 26. Входы блоков определения модуля 20 и фазы 21 комлексного модуля соедине- НЫ С ВЫХОДаМИ фОТОДИОДОВ ДВТЧИКа ПЕРЕМЕ- щения штока и задающего перемещения, а их выходы сосдисны со входами исполнительных блоков 22 и 23 канала модуля и фазы соответственно. Первый вход фазовраш,ателя 28 соединен с выходом датчика перемещения штока, его второи вход - с Первым Выходом исполнителгя 1010 Олока канала фазы 23, а выход соединен с обмоткой 19 СТатоРа 18 ООРаТНОГО ПРЕООРВЗОВаТЕЛЯ комплексного модуля, обмотка якоря 8 обратного преобразователя соединена с пер5 1 о 15 20 25 вым выходом исполнительного блока 22 канала модуля. Регистраторы 24 и 25 подклю. чены к вторым выходам исполнительных блоков 22 и 23 каналов модуля и фазы соответственно.Эластовискозиметр работает следующим образом.Электродвигатель 1 вращает профилированный кулачок 2, который вынуждает подвижный стакан 3 совершать колебания по синусоидальному закону. Зти колебания через пружину 5 передаются на шток 6 с зондом 9 и преобразуются соответствующими датчиками в электрические сигналы перемещения штока и задающего перемещения, которые псс,упают с выходов фотодиодов 16 и 17 на блоки определения модуля 20 и фазыкомплексного модуля настроенных таким образом, чтобы при отсутствии вещества в кювете 9 их выходные сигналы принимают нулевые значения, что обуславливает отсутствие сигналов на входах исполнительных блоков 22 и 23 в каналах модуля и фазы, при этом на выходе фазовращателя 26, меняющего фазу колебаний, поступающих на его вход с выхода фотодиода 17 датчика перемещения штока, в зависимости от сигнала с исполнительного блока 23 будет сигнал, равный по амплитуде и фазе сигналу датчика перемещения штока. Этот сигнал поступает на обмотку 19 статора 18 Обратногс преобразователя, а в обмотке якоря 8 обратного преобразователя ток будет отсутствовать, таким образом, обратный преобразователь не будет развивать компенсирующего усилия и амплитуда и фаза перемещения штока будет обусловлена свойствами механической части прибора (упругостью пружины, массой, собственным демпфированием).При наличии вещества в кювете 10, за счет его реологических свойств на заданной частоте деформации изменяется амплитуда и фаза перемещений штока, что приведет к появлению сигналов на выходах блоков определения модуля 20 и фазы 21 комплексного модуля, которые пропорциональны изменению амплитуды и фазы .-,еремещсний штока, пропорциональных, в свою очередь, модулю и фазе комплексного модуля. Эти сигналы интегрируются и усиливаются в исполниелых блоках 22 и 23 и вызывают, с одной стороны - изменение фазы сигнала на выходе фазовращателя 26, с другой стороны - появление тока в обмотке якоря обратного преобразователя, обуславливающего появление комепспрующей силы, действующей на шток 6. Зто будет происходить дс тех пор, пока модуль и фаза силы компенсации не будут равны по модулю и фазе силы, возникающей за счет вязко-упругих свойств вещества. При выполнении этого условия амплитуда и фаза перемещений штока станет такой же, как и при отсутствии вещества, при этом. О од чо 45 5 о д 5 60 ь 5 сигналы на выходах блоков определения модуля 20 и фазы 21 будут равны нулю, а сигналы на выходах исполнительных блоков канала модуля 22 и фазы 23 будут пропорциональны модулю и фазе комплексного модуля вещества, что зафиксирует соответствующие регистраторы 24 и 25, При необходимости получить информацию о вязкости и модуле упругости вещества сигналы с выходов исполнительных блоков могут поступать в вычислительное устройство, где происходит перемножение сигналов модуля соответственно на синус и косинус сигнала фазы.Устройство позволяет упростить конструкцию эластовискозиметра за счет исключения одного обратного преобразователя, датчика скорости перемещения штока и повысить точность измерения комплексного модуля вещества пз-за исключения аналоговых множительных устройств, что позволяет измерять реологические характеристики веществ с малыми значениями комплексного модуля упругости. Форму лг изобретения Эластовискозпметр, содержащий корпус,шток с зондом, связанный с приводом задающих перемещений, кювету для исследуемого вещества, датчик перемещения штока,обратный преосразователь, статор и якорькоторого закреплены соответственно на корпусе и штоке, и исполнительные блоки, первый из которых подкл:очен к обмотке якоря обратного преобразователя, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения точности измерений,он снабжен датчиком задающего перемещения, Олоками Определения модуля и фазыком плексного модуля, фазоврашателем,причем входы блоков определения модуляи фазы комплексного модуля связаны свыхсдзмп дат.иков перемещения штока и задающего псремещения, первый вход фазоврац,ателя соединен с выходом датчика перемещения штока, его второй вход - с вы:;Одом второго исполнительного блока, а выход - с обмоткой статора обратного преобразователя, входы первого и второго исполнительных блоков подключены к выходам блоков определения модуля и фазыкомплексного модуля соответственно,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. КЬео 1. Лс 1 а2, 1969, р. 201 - 205.2. Авторское свидетельство СССР267163, кл. 6 01 Х 11/16, 1968.3. Авторское свидетельство СССР507805, кл. СЬ 01 Х 11/14, 1974.4, Авторское свидетельство СССР по заявке2383852/25, кл. б 01 Х 11/16, 1976Заказ 727/2 Изд.302 Тираж 915 Подписное НПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Типография, пр. Сапунова, 2