Устройство для измерения вязкоупругих характеристик сред

франизких частот (10" - 1) Гц. Практически сигнал низкой частоты с выхода формирователя сигнала модуля упругости вызывает колебания с той же частотой выходного сигнала исполнительного блока, который, имея постоян. ную составляющую, величина которой пропорциональна измеряемому модулю упругости ве. щества, как бы "следит" эа переменной составляющей сигнала с выхода формирователя. Эти колебания вызывают нежелательные колебаниятока в обмотке катушки якоря обратного пре. образователя модуля упругости и регистрируются регистратором, что снижает точность измере.Наиболее близким к изобретению техничес. ким решением является устройство для измерения гязкоупругих характеристик сред, содержавшее корпус, кювету для исследуемой среды, шток с зондом, соединенный с приводом, обратный преобразователь модуля упругости, состоящий из якоря с катушкой и статора, обратный преобразователь вязкости, состоящий из якоря с катушкой и статора с катушкой, формирователи сигналов модуля упругости и вязкости, регистраторы модуля упругости и вязкости, датчик перемещения и датчик усилия, выходами связанные через усилители с входами формирователя сигнала модуля упругости, исполнитель. ный блок канала модуля упругости, первым входом связанный с входом катушки якоря обратного преобразователя модуля упругости, а вторым - с входом регистратора модуля упругости, измеритель скорости перемещения штока, связанный своим выходом через усилитель сигнала измерителя скорости с входом катушки якоря обратного преобразователя вязкости и с первым входом формнрователм сигнала вязкос.ти, второй вход которого связан с выходом усилителя сигнала датщиа усилия, исполнительный блок канала вязкости, первым выходом связанный с катушкой статора обратного ц.вателя вязкости, а вторым - с входом регистратора вязкости 12.Разделение каналов чаодуля упругости и вязкости обеспечивает значительное снижение взаимного влияния процессов измерения модуля упругости и вязкости, одновременное получение качественных и количественных характеристик как вязкости, так имодуля упругости, Однако при излучении вяэкоупрутих свойств различных веществ чрезвычайно важно знать модуль упругости и вязкости на инфраиизких частотах деформации, сблизить методику экспериментов вибрацнониыми эластовискозиметрами с методикой статических испьпаний, В этом случае фильтрующнх свойств измерительной части иэвестного устройства явно недостаточно. Перемен.иые составляющие на выходах формирователей сигналов модуля упругости и вязкости вызовут7377 4 5 10 15 20 ы Предлагаемое устройство содержит шток 1, заканчивающийся сменным зондом 2, погруженным в кювету 3 с исследуемым веществом 4, Другой конец штока через пружину 5, скобу 6, кулачок 7 и блок изменения частоты 8 связан с приводом 9, с помощью которых шток 1 и зонд 2 совершают колебательное движение заданной амплитуды и частоты, значение которой может изменяться в широких диапазонах. На корпусе (иа чертеже ие показан) устройства установлены датчик перемещения 10 штока 1, статор 11 обратного преобразователя модуля упругости, статор 12 юмерителя скорости пе. ремещения штока 1 и статор 13 с катушкой 14 обратного преобразователя вязкости, На штоке 1 укреплены якорь 15 датчика перемещения 10 нежелательные колебания выходных сигналовисполнительных блоков каналов модуля упру.гости и вязкости, что приведет к появлениюдополнительных колебаний тока в обмоткахкатушки статора обратного преобразователявязкости и катушки якоря обратного преобразователя модуля упругости, а также и в соот.ветствующих регистраторах.Целью изобретения является повышение точ.ности и расширение динамического диапазонаизмерений,Достигается зто тем, что устройство дополнительно снабжено детекторами, пороговымиэлементами, блоками настройки порога и ключами в каналах модуля упругости и вязкости,причем детектор канала модуля упругости своим входом связан через второй выход усилителя с выходом датчика перемещения штока, авыходом - с первым входом порогового элемента, второй вход которого соединен с блокомнастройки порога, первый выход - с вторымвходом ключа канала модуля упругости, первыйвход которого связан с выходом формирователя сигнала модуля упругости, а выход ключасвязан с входом исполнительного блока каналамодуля упругости, вход детектора канала вяз.кости через третий выход усилителя сигнала измерителя скорости перемещения штока связанс выходом измерителя скорости перемещенияштока, а выход детектора канала вязкости свя.зан с первым входом порогового элемента канала вязкости, второй вход которого соединенс блоком настройки порога, я первый выход -с вторым входом ключа, первый вход которого связан с выходом формирователя сигналавязкости, а выход ключа соединен с входом исполнительного блока канала вязкости, причемвторые выходы пороговых элементов каналовмодуля упругости и вязкости связаны с вторыми входами регистраторов,На чертеже приведена схема предлагаемогоустройства.5и якорь 16 датчика усилия 17, корпус которо.го связан со скобой 6, а выходной сигнал пропорционален разности входных колебаний и колебаний штока 1, На штоке 1 укреплены такжеякорь 18 обратного преобразователя модуляупругости с катушкой 19, якорь 20 с катукой 21 измерителя скорости перемещения штока н якорь 22 с катушкой 23 обратного преобразователя вязкости;Выход датчика усилия 17 электрически связан с входом усилителя 24, первый и второйвыходы которого соответственно соединены свторыми входами формирователя сигналов модуля упругости 25 и вязкости 26, при этом первый вход формирователя 25 сигнала модуляупругости связан с первым выходом усилителя27, вход которого связан с выходом датчикаперемещения 10, Первый вход формйрователя26 сигнала вязкости связан с вторь 1 м выходомусилителя 28 измерителя скорости, своим входом связанного с катушкой 21 якоря 20 измерителя скорости перемещения штока 1, а выходы формирователей сигнала модуля упрутости25 и вязкости 26 связаны соответственно с первыми входами ключа 29 канала модуля упру.гости и ключа 30 канала вязкости, Выход ключа 29 канала модуля упругости связан с входомисполнительного блока 31 канала модуля унругости, первый выход которого связан с катуш.кой 19 якоря 18 обратного преобразователя мо.дуля упругости, а второй его выход связан спервым входом регистратора модуля упругости 32.Первый выход ключа 30 канала вязкостисвязан с входом исполнительного блока 33, первый выход которого связан с входом катушки 14 статора 13 обратного преобразователявязкости, а второй его выход связан с первымвходом регистратора вязкости 34,Второй выход усилителя 27 сигнала датчи.ка перемещения 10 связан с входом детектора35 канала модуля упругости, выходом связанного с первым входом порогового элемента 36канала модуля упругости, выполненного в видетриггера Шмидта, второй вход которого связанс выходом блока 37 настройки порога каналамодуля упругости. Первый выход пороговогоэлемента 36 канала модуля упругости связанс вторым входом ключа 29 канала модуля упругости, а второй его выход связан с вторымвходом регистратора модуля упругости 32.Первыйвыход усилителя 28 сигнала измерителя скорости перемещения штока связан свходом катушки 23 якоря 22 обратного преобразователя вязкости, а его третий выход соединен с входом детектора 38 канала вязкости,выходом связанного с первым входом порогового элемента 39 канала вязкости, выполненно. 687377 6 го в виде трштера Шмидта, второй выход ко. торого связан с выходом блока 40 настройки порога канала вязкости. Первый выход порогового элемента 39 канала вязкости связан с вторым входом ключа 30 канала вязкости, а вто. рой его выход связан с вторым входом регист. ратора вязкости 34.Устройство работает следующим образом. В случае отсутствия вещества 4 в кювете 3, при колебаниях штока 1 с зондом 2 от привода 9,являющегося задатчиком пробных колебаний, выходные сигналы датчиков 10, 17 и катушки 21 измерителя скорости будут определяться параметрами электромеханической части устройства. Формирователи 25 и 26, связанные с усилителями 27 и 24, настраиваются таким обра.зом, чтобы их выходные сигналы были равны нулю.На выходах детекторов 35 в 38, своими 20входами связанных с вторым и третьим выходами усилителя 27 и 28, соответственно, будут сдвинутые по фазе на я/2 детектированные двухполупернодные сигналы, которые поступают на 25пороговые элементы 36 и 39, порог срабатыва.ния которых установлен с помощью блоков 37 и 40 настройки порогов. Когда сигналы на вы.ходах детекторов 35 н 38 достигают величины порога, происходит срабатывание пороговых 30элементов 36 и 39 и па их выходах появляются постоянные по величине сигналы всегда в од.ной и той же полярности. Как только сигналы иа выходе детекторов 35 и 38 умеьшатся до величины порога, пороговые элементы 36 и 39 возвращаются в исходное положение, т.е. сиг.35нгл иа их выходах становится равным нулю.Сигналы с первых выходов пороговых элементов 36 и 39 поступают на вторые выходы ключей 29 и 30, представляющих собой реле с гер.40метизированными контактами и управляющими обмотками, на которые подаются сигналы с вы.ходов пороговых элементов. Сами контакты соединяют (либо разрывают) выходы формирователей 25 и 26 соответственно с входами исполнительных блоков 31 и 33. Сигналы вторых выходов пороговых элементов 36 и 39 поступают на вторые входы регистраторов 32 и 34, под.ключая их горизлнтальную развертку только в момент подключения исполнительных блоков 5031 и 32 к формирователям 25 и 26 соответст.венно. Таким образом происходит периодическое замыкание контактов ключей 29 и 30 и периодическое включение горизонтальной раэверт.ки регистраторов 32 и 34. Длительность вклю.55чения пороговых элементов 36 и 39 определяется уровнем порога и частотой пробных холе. банкй, а коммутации ключей 29 и 30 пронсхо дят со сдвигом по фазе на угол я/2 в моментвремени, когда амплитуды колебаний и скорос.687 ти колебаний штока 1 с зондом 2 близки кмаксимальному значению. Катугцка 19 якоря 18обратного преобразователя модуля упругостии катушка 14 статора 13 обратного преобразо.ватсля вязкости ири отсутствии вещества 4 будут обесточены, так как входы исполнительныхблоков 31 и 33 также обесточены,377 8 формации приведет к возвращению порогового элемента 36 в исходное состояние, отключениюключей 29 исполнительного блока 31 от формирователя 25 и остановке горизонтальной развертки регистратора 32, который фиксирует величину, пропорциональную модулю упрутости иссле.дуемого вещества.При наличии вещества 4 в кювете 3 возникает сопротивление перемещению зонда 2, чтоприводит к появлению выходного сигнала дат.чика 17. В формирователе 25 формируется сит.нал, пропорциональный модулю упругости вещества, а в формирователе 26 - сигнал, пропор.циональиый его вязкости. Сигналы формирова.телей 25 и 26 в моменты максимальной деформации и максимальной скорости деформациилосигают максимума, В моменты времени, кот.иа значения деформации и скорости деформацииобращаются в ноль, сигналы с формирователей25 и 26 также обращаются в ноль. Так как ключи 29 и 30 в этот момент времени разомкнуты,то сигналы с выходов формирователей 25 и 26не поступают на входы исполнительных блоков31 и 33,В предлагаемом устройстве за счет использования дополнительных блоков - детектора, порогового элемента, ключа и блока настройки порога в каждом иэ измерительных каналов, ис.полнительные блоки 31 и 33 подключаются квыходам формирователей сигналов модуля упру.гости 25 и вязкости 26 в течение коротких про.межутков времени, причем исполнительный блок31 канала модуля упругости в тот момент, когда амплитуда деформации, а следовательно, иупругое сопротивление деформации достигаетмаксимального значения, а вход исполнительного блока 33 канала вязкости подключают к выходу формирователя 26 сигнала вязкости в тотмомент, когда амплитуда скорости деформации,а следовательно, и вязкое сопротивление дефор.мации достигает максимального значения.В предлагаемом устройстве моменты време.ни достижения максимального значения амплиту.ды деформации ее скорости определяются с помощью детекторов 35 и 38, пороговых элементов 36 и 39 и ключей 29 и 30 в обоих измерительных каналах. Если к моменту срабатыванияпорогового элемента 36 будет иметь место изменение выходного сигнала формирователя 25,то исполнительный блок 31 канала модуля упругости изменит ток в обмотке катушки 19 яко.ря 18 обратного преобразователя модуля упругости до такого значения, чтобы скомпенсировать это изменение. При этом изменение сигна.ла на выходе исполнительного блока 31 будетпропорционально изменению модуля упругостивещества, которое регистрируется регистратором32 модуля упрутости. Уменьшение амплитуды де. При дальнейшем изменении деформации, уве.личении ее в противоположную сторону до вели.чины, равной порогу, вновь срабатывает пороговый элемент 36, включив горизонтальную раз.вертку регистратора 32 и подключив ключем 29выход формирователя ключем 29 выход формирователя 25 к входу исполнительного блока 31.15Если изменений модуля упругости за /2 пери.ода деформации не произошло, то сигнал на выходе исполнительного блока 31 не изменится, ав регистраторе 32 изменится только горизонтальное положение указателя.20Срабатывание порогового элемента 39 происходит со сдвигом на угол я/2 относительно сра.батывания порогового элемента 36, так как входпорогового элемента 39 связан с выходом детектора 38, детектирующего сигнал скорости перемешения штока, поступающего с выхода уси.лителя 28 измерителя скорости перемещенияштока. Поэтому подключение входа исполнитель.ного блока 33 к выходу формирователя 26 сиг.нала вязкости происходит в момент максималь.30ной скорости деформации. Если к моменту сра.батывания порогового элемента 39 на выходеформирователя 26 сигнала вязкости будет иметьместо изменение сигнала, то исполнительныйблок 33 изменит значение тока в обмотке 14 35статора 13 обратного преобразователя вязкости,а пороговый элемент 39 подключит горизонтальную развертку регистратора 34, где зарегистрируется значение вязкости во времени. Уменьше.4, ние сигнала с выхода усилителя 28 и, следовательно, с выхода детектора 38 канала вязкостидо величины, равной порогу срабатывания порогового элемента 39, приведет к отклонению исполнительного блока 33 ключом 30 и остановке 4 горизонтальной развертки регистратора 34 вяз.кости, где зафиксируется значение измереннойвязкости, Изменение знака скорости перемещения штока и дальнейшее ее увеличение вновьприведет к срабатыванию порогового элемента39 и подключению исполнительного блока 33к формирователю 26 ключом 30 и включениюгоризонтальной развертки регистратора 34. Про.цесс компенсации и регистрации вязкости про.исходит аналогнпю описанному процессу ком.пенсации и регистрации модуля упрутости.Реализашя устройства расширяет метрологические возможности вибрациоииых эластовис.козиметров, повышает их точность в широкомдиапазоне частот, Появляется возможность ис.1 О Формула изобретения 6873следования с высокой точностью медленно про.текающих процессов тромбообразования крови,структуирования, набухания различных полиме.ров, Исследование реологических характеристиквеществ в области низкочастотных деформацийпозволяет изучить их физико-механическиесвойства в условиях, близких к статическомудеформированию. Устройство для измерения вязкоупрутих характеристик сред, содержашее корпус, кювету для исследуемой среды, шток с зондом, соеди ненный с приводом, обратный преобразователь модуля упругости, состоящий из якоря с катуш. кой и статора, обратный преобразователь вяз.кости, состоящий из якоря с катушкой и статора с катушкой, формирователи сигналов моду. зО ля упругости и вязкости, регистраторы модуля упругости и вязкости, датчик перемещения и датчик усиления, выходами связанные через усилители с входами формирователя сигнала модуля упругости, исполнительный блок канала мо дуля упрутости, первым входом связанный со входом катушки якоря обратного преобразователя модуля упругости, а вторым - со входом регистратора модуля упругости, измеритель скорости переме. шения штока, связанный своим выходом через усилитель сигнала измерителя скорости со входом катушки якоря обратного преобразователя вяз. кости и с первым входом формирователя сигна. ла вязкости, второй вход которого связан с выходом усилителя сигнала датчика усилия, ис полнительный блок канала вязкости, первым выходом связанный с катушкой статора обратного преобразователя вязкости, а вторым - с вхо 7710дом регистратора вязкости, о т л и ч а ю ц 1 ее с я тем, что, с целью повышения точности и расширения динамического диапазона измерений каналы модуля упругости и вязкости дополни.тельно снабжены детекторами, пороговыми эле.ментами, блоками настройки порога и ключами соответственно, при этом детектор канала моду. ля упругости своим входом связан череэ второй выход усилителя сигнала датчика перемещения штока с выходом датчика перемещения штока, а выходом - с первым входом порогового эле мента, второй вход которого соединен с блоком настройки порога, а первый выход - с вторым входом ключа канала модуля упругости, первый вход которого связан с выходом формирователя сигнала модуля упругости, выход ключа соединен с входом исполнительного блока канала модуля упругости, вход детектора канала вязкости через третий выход усилителя сигнала из.мерителя скорости перемещения штока связанс выходом измерителя скорости перемещенияштока, а выход детектора канала вязкости со.единен с первым входом порогового элементаканала вязкости, второй вход которого соединенс блоком настройки порога, а первый выходс вторым входом ключа, первый вход которого связан с выходом формирователя сигналавязкости, а выход ключа соединен с входомисполнительного блока канала вязкости, причемвторые выходы пороговых элементов каналовмодуля упругости и вязкости связаны с вторыми входами регистраторов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР У 507805,кл. 6 01 М 11/14.2. Авторское свидетельство СГСР ло заяв.ке Кф 2383852, кл. 6 01 й 11/14, 1976 (протогип 1.687377 едактор Е. Гонча Заказ 5570/4Щ 1 ИИПИ Подп испоитета СССР ло делам130 З 5, Мо б., д. 4/5 Ю П Составитель М, КатковТехред З.Фанта Корректор А. Гриненк Тираж 1090 ударствеь ного ко эобретений и откр ва, Ж, Раушск нлиал ППЛ Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,