Эластовискозиметр

В. Жородййв иВ,Утбора йиинений АИй хймии вторыбретени атков Ленинградский институт Институт химии высоком Украинской ССР и Инсти авиационного, приолекулярных соедтут органическо(71) Заявители 4) ЭЛАСТОВИСКОЗИМ тери-, стнос ользованоения ни в 1Изобретение относится к измерению и регистрации вяэкоупругих харак тик различных материалов, в час полимерных, и может быть испдля исследования процессов измен их вязкоупругих свойств во време широком диапазоне частот.По основному авт. св. М 864062 известно устройство для измерения вязкоупругих характеристик веществ, содержащее корпус, кювету для исследуемого вещества, закрепленную на корпусе, шток с зондом, кинематически связанный с приводом задающих колебаний; обратный преобразователь модуля упругости, со стоящий иэ статора с катушкой и якоря, выполненного в виде постоянного магнита укрепленных соответственно на корпусе и штоке, обратный преобразователь вязкости, состоящий иэ статора с катушкой и якоря с катушкой, укрепленных соответственно на корпусе и штоке, датчики абсолютного и относительного перемещений штока, датчик скорости абсолютнсло перемещения штока, выход которого связан через усилитель с катушкой якоря обратного преобразователя вязкости, каналы измерения модуля упругости и вяз-. кости, содержащие формирователи сигналов модуля упругости и вязкости соответственно, первые входы которых подключены к выходу датчика относительного перемещения штока, блоки регистрами и исполнительные блоки, выход каждого из которых подключен х катушке статора одноименного обратного преобразователя и к входу соответствующего блока регистрации, причем второй вход формирователя сигнала модуля упругости подключен к выходу датчика абсолютного перемещения штока, а второй вход формирователя сигнала вязкости - к выходу усилителя. Выход формирователя сигнала в каждом канале измерения соединен с входом соответствующего исполнитвпьного блокаДЭто устройство позволяет с высокой точностью измерить модуль упругости и2 4го в виде постоянного магнита, укрепленных соответственно на корпусе и штоке, обратный преобразователь вязкости, состоящий из статора с катушкой и якоря с катушкой, укрепленных соответственно на корпусе и штоке, датчики абсолютного и относительного перемещений штока, датчик скорости абсолютного перемещения штока, выход которого связан через усилитель с катушкой якоря обратного преобразователя вязкости, каналы измерения модуля упругости и вязкости, содержащие формирователи сигналов модуля упругости и вязкости соотввтственно, первые входы которых подключены к (выходу датчика относительного перемещения штока, блоки регистрации и исполнительные блоки, выход каждого из которых подключен к катушке статора одноименного обратного преобразователя и к входу соответствующего блока регистрации, причем второй вход формирователя сигнала модуля упругости подключен к выходу датчика абсолютного перемещения штока, а второй вход формирователя сигнала вязкости - к выходу усилителя, в каждый из каналов измерения введенблок коррекции сигнала по амплитуде и частоте колебаний штока, включающий квадратор, суммирующий усилитель и блок деления, первый вход которого через суммирующий усилитель подключен к выходу формирователя сигнала одноименного канала измерения, второй вход подключен к выходу квадратора, а выход - к входу исполнительного блока этого же канала, при этом вход квадратора канала измерения модуля упругости подключен к выходу датчика абсолютного перемещения штока, вход квадратора канала измерения вязкости подключен к выходу усилителя, а его выход - к вторым входам суммирующих усилителей обоих каналов измерения.На чертеже приведена схема предлагаемого эластовискозиметра. 3 М 310вязкости исследуемого образца на заданной фиксированной частоте деформациивещества.К недостаткам этого устройства относится узкий диапазон частоты деформации вследствие сильной зависимости результатов измерения от стабильностичастоты и амплитуды задающих колебаний, от стабильности характеристик датчиков и параметров механической части. 16Сигналы на выходе формирователейбудут изменяться пропорционально какизмеряемым параметрам исследуемоговещества, так и квадрату амплитуды перемещения штока, которая определяется 15амплитудой задаюших колебаний и, крометого, собственными динамическими характеристиками штока при отсутствии вещества, а именно жесткостью пружины, через которую передаются задающие колебания на шток, собственными демпфируюшими силами штока и параметрами сигналов настройки формирователей для даннойчастоты задающих колебаний,Изменение частоты задающих колебаний, связанное с нестабильностью частоты или с переходом на другую измеряемую частоту, приведет к изменению величины сил инерции штока пропорционально квадрату частоты задающих колебаний,что вызовет либо ошибку измерения модуля упругости вещества, либо необходимость перестройки устройства на новуюзадающую частоту, что существенно усложняет эксплуатацию данного устройст 35ва при большом числе фиксированных частот задающих колебаний.Данное устройство не может работатьв режиме непрерывно изменяющейся частоты задающих колебаний, так как вэтом случае потребуется непрерывнаяподстройка каналов измерения модуляупругости и вязкости, которую невозможно произвести в режиме измерения реологических свойств исследуемого вещест 45ва,Бель изобретения - повышение точности измерения в широком диапазоне частотзадающих колебаний и обеспечениевозможности измерения при непрерывном50изменении задающей частоты.Указанная цель достигается тем, чтов эластовискозиметр, содержащий корпус,кювету для исследуемого вещества, закрепленную на корпусе, шток с зондом,кинематически связанный с приводом задающих колебаний, обратный преобразователь модуля упругости, состоящий изстатора с катушкой и якоря, выполненноЭластовискозиметр содержит шток 1, связанный одним концом через пружину 2, закрепленную в стакане 3, с профилированным кулачком 4 привода 5, а другим концом через плуикер 6, погруженный в исследуемоефвешество 7, с кюветой 8, жестко закрепленной на корпусе эластовискозиметра. На штоке 1 такж укреплены шторка 9 датчиков абсолютного и относительного перемещений штока 1, якорь 10 обратного преобразователя модуля упругости и якорь 1 1 датчика5 ОМАМ скорости перемещения штока 1, выполненные в виде постоянных магнитов, а также, якорь 12 с катушкой 13 обратного преобразователя вязкости, На корпусе эластовискозиметра установлены корпус 14 датчика абсолютного перемещения штока 1 с лампочками 15 и фотоднодами 16, статор 17 с катушкой 18 обратного преобразователя модуля упругости, статор 19 с катушкой 20 обратного преоб разователя вязкости и катушка 21 датчика скорости перемещения штока 1, На стакане 3 жестко закреплены корпус22 с лампочками 23 и фотодиодами 24, выход которых подключен к первым входам формирователя 25 сигнала модуля упругости и формирователя 26 сигнала вязкости, Второй вход формирователя 25 сигнала модуля упругости соединен с фотодиодами 16 датчика абсолютного перемещения 20 штока 1, а катушка 13 якоря 12 обратного преобразователя вязкости и второй вход формирователя 26 сигнала вязкости подключены через усилитель 27 к выходу катушки 21 датчика скорости 25 перемещения штока 1. Выходы исполнительных блоков 28 и 29 каналов измерения модуля упругости и вязкости подкшочены к катушкам 18 и 20 статоров17 и 19 обратных преобразователей 50 модуля упругости и вязкости и к блокам 30 и 31 регистрации соответствующих каналов измерения.Каналы измерения модуля. упругости и вязкости включают в себя соответст- венно блоки 32 и 33 коррекции сигнала по амплитуде и частоте колебаний штока1. Блок 32 коррекции сигнала по амплитуде и частоте колебаний штока 1 канала измерения модуля упругости со 40 держит квадратор 34, вход которого подключен к фотодиодам 16 датчика абсолютного перемещения штока 1, суммирующий усилитель 35 и блок 36 деления, первый вход которого через суммирующий усилитель 35 подключен к выходу формирователя 25 сигнала модуля упругости, второй вход - к выходу квадратора 34, а выход - к входу исполнительного блока 28 этого же канала измерения. Блок 33 коррекции сигнала по амплитуде и частоте колебаний штока также содержит квадратор 37, вход которого подключен через усилитель 27 ккатушке 21 датчика скорости перемещения55 штока 1, суммирующий усилитель 38 и блок 39 деления, первый вход которого через сучмирующий усилитель 38 подключен к выходу формирователя 26 сигй 2 6наля вязкости, а выход - к входу исполни тельного блока 29, причем выход квадратора 37 подключен к второму входу блока 39 деления и к вторым входам суммирующих усилителей 35 и 38 обоих блоков 32 и 33 коррекции.Элаотовискозиметр работает следующим образом.При отсутствии вещества 7 в кювете 8 приводом 5 устанавливают фиксированную частоту вращения профилированного кулачка 4, сжимающего через стакан 3 пружину 2. Деформация сжатия пружины 2 передается на шток 1 с зондом 6, который будет колебаться по синусоидальному закону, но с амплитудой и фазой отличающимися от колебаний стакана 3, что обусловлено собственным деыпфированием и силами инерции штока 1. Сигналы с фотодиодов 16 и 24, пропорциональные соответственно абсолютному и относительному перемещениям штока 1, перемножаются в формирователе 25 сигнала модуля упругости. Таким образом, в формирователе вырабатывается сигнал, пропорциональный силам упругого сопротивления вещества и силе инерции штока 1, так как ускорение штока 1 совпадает по фазе с его перемещением.Сигнал с выхода катушки 21 датчика скорости абсолютного перемещения штока 1, пропорциональный амплитуде и частоте колебаний штока 1, через усилитель 27 поступает в квадратор 37, выходной сигнал которого пропорционален квадрату частоты колебаний штока 1 и, следовательно, его силе инерции, Выходные сигналы формирователя 25 и квадратора 37 вычитаются один из другого в суммирующем усилителе 35, чем обеспечивается независимость выходного сигнала суммирующего усилителя 35 от сил инерции штока 1, Выходной сигнал суммирующего усилителя 35 в блоке 36 деления чормируется по амплитуде сигналом фотодиодов 16 датчика абсолютного перемещения штока 1, поступающим через квадратор 34 на второй вход блока 36 деления. Коэффициенты передачи формирователя 25 сигнала модуля упругости и квадратора 37 выбираются таким образом, чтобы сигналы на выходе суммирующего усилителя 35 и выходе исполнительного блока 28, выполненного в виде интегратора, были равны нулю, Этим обеспечивается независимость сигналана выходе исполнительного блока 28 отсил инерции на данной частоте задающихколебаний. При плавном изменении час 7тоты задающих колебаний приводом 5вькодные сигналы формирователя 25 модуля упругости и квадратора 37 растутпропррционально квадрату этой частоты,оставаясь равными один другому. Следова-зтельносигналы на выходе суммирующегоусилителя 35 и исполнителвного блока28 не изменяется, что обеспечивает независимость вь 1 ходного сигнала каналаизмерения модуля упругости вещества .1 Оот изменения частоты задающих колебаний. Независимость выходного сигналаканала измерения модуля упругости вещества от изменения амплитуды колебанийштока 1 обеспечивается делением выходного сигнала суммирующего усилителя35 на квадрат амплитудыколебаний штока 1, т.е. нормированием сигнала суммирующего усилителя 35 по амплитудеколебаний штока 1. 2 ОПри наличии вещества 7 в кювете 8возникают дополнительные силы, действующие через плунжер 6 на шток 1,обусловленные силами вяэкоупругого сопротивления вещества 7. Под действием Иэтих сил амплитуда и фаза колебаний штока 1 изменяется, что приводит к изменению сигналов на выходах формирователей 25 и 26 сигналов модуля упругостии вязкости и, следовательно, на выходах ЗО, блоков 36 и 39 деления пропорциональнотолько модулю упругости и вот вещества соответственно. Нричем величинывыходнь 1 х сигналов блоков 36 и 39 деления инвариантны к изменениям частоты Зи амплитуды колебаний штока 1. Этисигналы через исполнительные блоки 28и 29 изменяют величину токов компенсации, протекающих через катушки 18 и20 обратных преобразователей модуля 4 Оупругости и вязкости, и, следовательно,величины компенсирующих усилий, действующих на шток 1 через якори 10 и 12обратных преобразователей модуля упругости и вязкости,45Процесс формирования компенсирующихусилий протекает до тех пор, пока силывязкоупругого трения вещества не скомпенсируются компенсирующими силамиобратных преобразователей. При этомвькодные сигналы исполнительньк блоков 02 828 и 29 пропорциональны только величинам модуля упругости и вязкости соот;. ветственно, а их входные сигналы равны нулю, Величины выходных сигналов исполнительных блоков 28 и 29 регистрируются блоками 30 и 31 регистрации.Такий образом, предлагаемый эластоь вискозиметр позволяет повысить точность измерения в широком диапазоне частот деформации и сократить время перестройки каналов компенсации путем введения авто.матической коррекции сигналов формировагелей сигналов модуля упругости и вязкости по амплитуде и частоте колебаний штока, а также дает возможность измерять реологические характеристики веществ на частотах, сколь угодно близко отстоящих одна от другой, без увеличения аппаратурной сложности и времени настройки устройства.формула изобретенияЭластовискозиметр по авт. св,864062, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точностиизмерения в широком диапазоне частотзадающих колебаний, в каждый из каналов измерения введен блок коррекциисигнала по амплитуде и частоте колебаний штока, содержащими квадратор, суммиъруюшнй усилитель и блок деления, первый вход которого через суммирующийусилитель подключен к выходу формиров ателя сигнала одноименного каналаизмерения, второй вход подключен к выходу квадратора, а вькод - к входу исполнительного блока этого же канала,при этом вход квадратора канала измерения модуля упругости подключен к выходу датчика абсолютного перемещения штока, вход квадратора канала измерения вязкости подключен к выходу усилителя, а его вькод - к вторым входам суммирующих усилителей обоих каналов измерения,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР864062, кл. С 01 М 11/16, 1976.993102 ль В, Алексеев Пекарь КОРРтор У. П Редактор А. Лежиина Техред омаренк Тйраж 871 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/