Ротационный вискозиметр

Союз СоветскнхСоцналнстнческнхРеслублнк ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ пп 898294(22) Заявлено 2205,80 (21) 2929585/18-25с присоединением заявки Мо(23) ПриоритетОпубликовано 1101,82. Бюллетень Мо 2Дата опубликования описания 15. 01. 82 1511 М. Кп. з С 01 М 11/14 Государственный коиитет СССР по делай изобретений и открытий(72) Авторы изобретения В.М.Гарин, В.В.Мельник и А.И.Недол 71) Заявите РОТАЦИОННЫЙ ВИСКОЗИМЕ гаемомуащий корИзобретение относится к приборам для измерения реологических характеристик широкого класса ньютоновских и неньютоновских жидкостей и может быть использовано на предприятиях, в НИИ, химической и нефтяной промыш ленности при производстве и изучении полимерных, лакокрасочных, смазочных и других материалов.Известны приборы, используемые для замера вязкостей различных жид. кос 1 ей, представляющие собой ротационные вискоэиметры, содержащие коаксиальные цилиндры, один иэ кото рых соединен с приводным двигателем а другой - измерительный цилиндр- - с устройством для измерения момента Исследуемый материал при этом находится в условиях тангенциального сдвига в однородном поле напряжений в узком зазоре между цилиндрами. Основной элемент, определяющий рабо чие характеристики любого вискоэиметра - динамометр. Мягкий дина мометр обеспечивает большую точност измерений, Жесткий - их большой диапазон. Наибольшее распространени получили вискозиметры с торсионным измерителем моментов. В них в качес ве торсыонов применяется стальная проволока или винтовая пружина, поворачивающая вокруг своей оси донаступления 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 сменеупругого элемента, что в свою очередь требует повторно тарировать вискозиметр. В ротационных вискозиметрах торсионного типа не могут бытьсовмещены достоинства Мягкого 1 иЖесткого измерителя (т.е. высокая точность при большом диапазонеизмерений).Наиболее близким к предлаявляется вискозиметр, содержпус, коаксиальные цилиндры, один изкоторых соединен с приводным двигателем, а другой - с корпусом двухстепенного гироскопа, датчик угла поворота вала гироскопа и систему отрицательной обратной связи. Обратнаясвязь в вискозиметре состоит из датчика угла поворота контактного типа,усилителя, корректирующего электродвигателя, в цепь возбуждения кото- О рого поступает сигнал от усилителя, 89829435 и системы передачи компенсирующего момента на валГ 27.Таким образом, в известном вискозиметре динамометр измеряет суммарный момент М , определяемый выражениемМг=МВ(Ч) + Мсгр(")+Мстрдв+ Мпрсв+ Мстрдситч где М (- момент сил вязкого тре 8ния в исследуемом материале;М (х) - момент сил сухого тренияв подшипниках;Мстрдб- момент сухого трения вкомпенсирующем двигателе и шестеренках обратной связи;М , вмомент трения датчикаугла поворота;М - дополнительный момент,орсвсоздаваемый проводнойсвязью, 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 электромеханичес- кой передачей сигнала от гироскопа к усилителю и электродвигателю, и наконец к валу крепления корпуса гироскопа (к валу измерительного цилиндра) . Все это оказывает существенное влияние на точность измерения.Целью изобретения является повышение точности и быстродействия прибора.Указанная цель достигается тем, что предложен ротационный вискозиметр, содержащий корпус, коаксиальные цилиндры, один из которых соединен с приводным двигателем, а другой с корпусом двухстепенного гироскопа, датчик угла поворота вала гироскопа и систему отрицательной обратной связи в котором, согласно изобретенир, система отрицательной обратной связи состоит из коромысла, жесткс закрепленного на валу цилиндра, соединенного с корпусом двухстепенного гироскопа, концы которого служат сердечниками для неподвижно закрепленных на корпусе прибора элект ромагнитных катушек, включенных вцепь фотоэлектрического моста, адатчик угла поворота вала гироскопа выполнен в виде зеркальца, укрепленного на валу гироскопа и отражающего луч от неподвижно установленного ис 5 10 15 20 25 30 40 45 50 точника 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 кото. рого 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 неподвижной плите 10, являющейся статором прибора, Кроме того, с валом 5 жестко скреплено Я-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 Х 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.3) оптическая измерительная система настраивается так,чтобы на выходе оптического моста был нулевой сигнал. Порция исследуемого вещества поМещается в зазор между измерительным цилиндром 1 и приводным цилиндром 2. Приводной цилиндр 2 приводится во вращение при помощи основного элект - родвигателя 4, скорость этого вращения может варьироваться плавно путем изменения питания электродвигателя либо ступенчато, если передача вращения осуществляется набором шестерен с переключением их числа. Момент вращения 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 У гироскопа совпадает с осью вращения измерительного цилиндра (фиг. 3), Выходной осью динамометра является ось Х. Передающийся на корпус гироскопа 6 момент вязкого трения вызывает прецессию гироскопа вокруг выходной оси с угловой скоростью )Ъ . При этом с фотоэлектрического моста в результате его разбаланса снимается электрический сигнал, пропорциональный углу поворота Ь . Электрический сигнал, пройдя через .усилитель 28.и измерительный прибор 29, подводится к электромагнитным катушкам 13, в которых возникает электродвижущая сила, действующая на сердечники - концы коромысла, за счет чуо 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 повыситьбыстродействие прибора.Формула изобретения5Ротационный вискозиметр, содержащий корпус, коаксиальные цилиндры, один из которых соединен с приводным двигателем, а другой - с корпусом двухстепенного гироскопа, датчик угла поворота вала гироскопа и систему отрицательной обратной связи, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия прибора, система отрицательной обратной связи состоит из коромысла, жестко закрепленного на валу цилиндра, соединенного с корпусом двухстепенного гироскопа, концы которого служат сердечниками для неподвижно закрепленных на корпусе прибора электромагнитных катушек, включенных в цепь фотоэлектрического моста, а датчик угла пово рота вала гироскопа выполнен в виде зеркальца, укрепленного на валу гироскопа и отражающего луч от неподвижно установленного источника света на фотоэлектрический мост.30 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1, Белкин И.М., Виноградов Г,В.,Леонов А.И. Ротационные приборы.35 М., Машиностроение , 1968, с.2542.2, Авторское свидетельство СССРР 525871, кл. 6 01 И 11/14, 1975прототип).898294 Составитель Э.Скорняковедактор А.Гулько Техред М. Рейвес ,Корректор,В.Синицка а илиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,11938/59 Тираж 882 ВНИИПИ Государствен по делам изобрете 113035, Москва, Ж, Подписнго комитета СССРй и открытийушская .наб., д. 4/5