Электровискозиметр

(72) Автор изобретеиия А.С. Плехов ститут: Горьковский исследовательский фиэико(71) Заявитель при Горьковском государственном униве им. Н.И. Лобачевского54) ЭЛЕКТРОВИСКОЗИИЕТ Изобретение относится к устройствам для непрерывного измерениявязкости ньютоновских и неньютоновских жидкостей и предназначено дляисследования реологических свойствжидкостей, вязкость которых меняется в широком диапазоне,Известен ротационный вискоэиметрнепрерывного действия, содержащийвращаемый внешний цилиндр с исследуемой жидкостью, в которую погруженвнутренний воспринимающий цилиндр,В качестве чувствительного элемента,обладающего линейной характеристикойприменен асинхронный двигатель, работающий в статическом режиме. Приизмерении вязкости, создаваемый асинхронным двигателем, момент И (О)уравновешивает момент сопротйвленияИ на внутреннем цилиндре, на который действуют силы вяэкостного трения, Параметром, коррелирующим с вязкостью, является напряжение питанияобмотки управления 0, причем это на пряжение в момент измерения вязкости ей пропорционально только при условии нахождения ротора двигателя в неподвижном состоянии.Для слежения эа параметром, коррелирующим с вязкостью, в преобразователе применены узлы и блоки серийных регулирующих устройств РУ 5-02: воспринимающая головка из фотосопротивления и осветительной лампы, усилитель с мостом на входе и следящий реверсивный двигатель, которые вместе составляют преобразователь неравновесия внутреннего цилиндра Г 13.При величине вязкости, отличной от нуля, внутренний цилиндр поворачивается, в результате этого изменяется освещенность фотосопротивления что является причиной раэбаланса мост 1 на входе усилителя, который приводит во вращение следящий реверсивный двигатель, с осью которого связан подвижный контакт автотрансформатора. Следящий двигатель вращаетсядо тех пор, пока за счет напряжения управления на уравновешивающем асинхронном двигателе не возникнет момент Мсря, равный моменту сопротивления на внутреннем цилиндре, Выходным сиг 5 налом является угол поворота подвижного контакта автотрансформатора, образующего вместе с асинхронным двигателем преобразователь уравновешивания.Известный вискозиметр представляет собой астатическую систему автоматического регулирования положения ротора асинхронного двигателя чувствительного элемента. Подвижная система известного вискозиметра динамически является апериодическим звеном второго порядка, передаточная Функция которого описывается уравнениемф)) м) Р где ф ) - угол поворота подвижной системы;Р)=МР) регулирующий момент,- 4 Стр) действующий на подвижную систему;момент инерции;р - оператор преобразованияЛапласа;Р - коэффициент успокоения,который, если пренебречьвоздушным успокоением и,в первом приближении,успокоением, вызваннымтоками в полом ротореасинхронного двигателя,определяется зависимостьюР = К- ф.1 (2)где К - коэффициент, зависящий отгеометрических размеров измерительных цилиндров;вязкость исследуемой жидкости,Из выражения (2) видно, что коэфФициент успокоения Р подвижной части прибора, а следовательно, и егодинамические характеристики зависятот вязкости измеряемой жидкости, величина которой заранее не известна,Поэтому для осуществления известной схемы автоматического измерителявязкости необходимо принимать дополнительные меры с целью обеспеченияустойчивости системы уравновешивания.Известный прибор не обладает запасом устсйчивости во всем диапазоне 25З 555 измеряемой вязкости, а при измеренииизменяющейся во времени вязкоститочность его показаний будет низкой,Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результату к изобретению является электровискоэиметр содержащий вращаемый внешний цилиндр с исследуемой средой, внутренний цилиндр, укрепленный на подвижной катушке, преобразователь неравновесия, преобразователь уравновешивания и отсчетное устройство, причем преобразователь неравновесия содержит дифференциальный усилитель, входами связанный с подвижной катушкой и делителем напряжения повышенной частоты, а выходами первых каскадов с емкостным дифференцирующим устройством подключенным на вход суммирующего усилителя вместе с выходом аналогового умножитегья, входами соединенного с подвижной катушкой и оконечным каскадом дифференциального усилителя.Наличие емкостного дифференциатора огибающей сигнала неравновесия с выходом на постоянном токе обеспечивает устойчивость системы регулирования в переходных процессах, чем достигается повышение точности измерения вязкости 2 .Однако исследования динамических характеристик системы автоматического регулированию этого вискозиметра на различных диапазонах измерения вязкости показали, что обеспечить устойчивость и получить требуемое качество переходного процесса возможно только на узком участке диапазона измеряемой вязкости, определяемом параметрами емкостного дифференциатора.Таким образом, в известном приборе не обеспечивается постоянное качество переходного процесса уравновешивания во всем диапазоне измеряемой вязкости, а значит и точность измерения изменяющейся во времени вязкости будет низкой.Цель изобретения - увеличение точности измерения при расширении диапазона измеряемой вязкости путем обеспечения постоянства динамических характеристик вискозиметра.Поставленная цель достигается тем, что электровискозиметр, содержа щий вращаемый внешний цилиндр, внутренний цилиндр, преобразователь неравновесия, преобразователь уравно5 9494вешивания и отсчетное устройство,дополнительно снабжен дифференциатором, корректирующим устройством,усилителем, аналоговым перемножителем, сумматором управляемым делителем напряжения, делителем опорногонапряжения и вычитателем, причем выход преобразователя неравновесиясоединен с входами дифференциатораи корректирующего устройства, выходкоторого через усилитель соединен сотсчетным устройством и первым входом сумматора, второй вход последнего соединен с выходом аналоговогоперемножителя, один из входов которого подключен к выходу дифференциатора, а другой - к выходу вычитателя,первый вход которого соединен с выходом делителя опорного напряжения,а второй - с выходом управляемогоделителя напряжения, при этом управляющий вход управляемого делителянапряжения подключен к выходу усилителя, а выход сумматора соединен с1входом преобразователя уравновешивания.На чертеже показана функциональная схема вискозиметра.Вискозиметр содержит внешний вращаемый цилиндр 1 с исследуемой жидкостью, внутренний воспринимающийцилиндр 2, преобразователи 3 инеравновесия и уравновешивания внутреннего цилиндра, корректирующееустройство 5, усилитель 6, сумматор7, аналоговый перемножитель 8, отсчетное устройство 9, дифференциатор 10, управляемый делитель 11 напряжения, вычитатель 12 и делитель13 опорного напряжения,Внутренний воспринимающий цилиндр 2 жестко связан с подвижнойчастью преобразователя 3 неравновесия, который электрически соединенс входами дифференциатора 10 и по 45следовательного корректирующегоустройства 5, которое подключенона вход усилителя 6 сигнала неравновесия. Выход усилителя связан сотсчетным устройством 9, первым входом сумматора 7 и управляемым делителем 11 напряжения, связанным с вычитателем 12, соединенным с делителем13 опорного напряжения, а выход вычитателя подключен к одному из входованалогового перемножителя 8, другой вход которого подключен к выходу дифференциатора 1 О. Выход перемножителя соединен с вторым входом 18 6сумматора 7, включенного на вход преобразователя 4 уравновешивания,подвижная часть которого жесткосвязана с осью внутреннего цилиндра 2,Устройство работает следующим образом,Внешний цилиндр 1 с исследуемойжидкос.тью приводится во вращениесинхронным электроприводом с заданной скоростью, которая определяется необходимой величиной градиентаскорости сдвига,Силы вязкого трения исследуемойжидкости создают вращающий моментна оси внутреннего цилиндра 2, и вызывают угловое смещение цилиндра изпервонацального положения, Сигнало смещении, вырабатываемый преобразователем 3 неравновесия, поступаетна входы дифференциатора 10 и корректирующего устройства 5, на выходахкоторых появляются соответственносигналы пропорциональные угловойскорости перемещения внутреннегоцилиндра Я и динамически скорректированный сигнал, вызванный угловымперемещением оси цилиндра Ч . Усиленный усилителем 6 сигнал неравновесия, пропорциональный вязкостиподается через сумматор 7 на входпреобразователя 4 уравновешиванияи одновременно на отсцетное устройство 9, изменяющее выходной сигналОх усилителя 6 Преобразователь4 уравновешивания преобразует сигнал с выхода сумматора 7 в моментуравновешивания М, который воэвращает внутренний цилиндр в исходное положение.Во время движения внутреннего цилиндра сигнал на выходе дифференциатора 10 отличается от нуля, поэтому на выходе аналогового перемножителя8 появляется сигнал, пропорциональный произведению величины вязкости жидкости и скорости углового перемещения цилиндра. Этот сигнал также подается на сумматор 7 и складывается с сигналом, пропорциональным перемещению,цилиндра внося в момент уравновешивания М составляющую, пропорциональную моменту вязкостного демпфирования.Угол поворота подвижной системы вискозиметра определяется иэ зависимостиЧ= (3)3 Р9494ра вискоэиметра с уравновешиванием,качество переходного процесса которого уже не зависит от величины коэффициента вязкостного демпфирования,изменяющегося по всему диапазону иэ 5мерений, т.е. переходный процессуравновешивания является инвариантнымпо отношению к величине измеряемойвязкости.Работа адаптивной системы уравновешивания при минимальной измеряемой вязкости.При возникновении момента вязкостного трения, соответствующего этойвеличине вязкости М =М, , выходнойСп 11 нсигнал О первоначально равен нулю,тогда выходной сигнал контура устройства адаптации, состоящего иззвеньев (8)ф(13)ОВ= гЧ,п 1 пРЧВ начальный момент времени сум"марный коэффициент, демпфирования вправой части уравнения (11) равеннулю, что вызывает быстрое нарастание уравновешивающего сигнала О,а следовательно, и выходной сигналОе станет равным нулю, т.е, суммарный коэффициент демпфирования бу 4 етРС Р 1 пп г пбнравным значению, на которое рассчитывается корректирующее устройство 5.30При большем или максимальном значении измеряемой вязкости сигналустройства адаптации Ое возрастаетдо той величины, при которой суммарный коэффициент демпфирования=Р 1 равен значению, при котором корректирующее устройствообеспечит заданное качество переходного процесса уравновешивания.Результаты исследования переходных процессов уравновешивания нааналоговой вычислительной машине ииспытания лабораторного макета показали, что переходный процесс уравновешивания имеет заданное качествово всем диапазоне измеряемой вязкости (1-300 мПа с)Вискоэиметр без устройства адапта-,ции имеет весьма непостоянное качество переходного процесса от неустойчивости системы уравновешиванияпри=1-. 10 мПа с до затяжного переходного процесса длительностью 120 с,при максимальной вязкости, вместонеобходимой длительности 1 с,ЯПри измерении реологических характеристик цельной крови, время жизникоторой не превышает 3 мин, а число 18 10измерений для снятия кривой .течения должно быть не менее 5 мин, длительный переходный процесс вообще недопустим.Таким образом, обеспечение заданного качества переходного процесса не только позволяет увеличить точность измерения посредством считывания результата по истечении определенно известного времени, но в некоторых случаях является необходимым условием для обеспечения самой возможности измерений.Предлагаемый вискозиметр предназначен для реологических исследований жидких сред с большим диапазоном изменения вязкости, в том числе биомедицинский жидкостей.Формула изобретенияЭлектровискозиметр, содержащий вращаемый внешний цилиндр, внутренний цилиндр, преобразователь неравновесия, преобразователь уравновешивания и отсчетное устройство, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения точности измерении при расширении диапазона измеряемой вязкости путем обеспечения постоянства динамических характеристик вискоэиметра, он дополнительно снабжен дифференциатором, корректирующим устройством, усилителем, аналоговым перемножителем, сумматором, управляемым делителем напряжения, делителем опорного напряжения и вычитателем, причем выход преобразователя неравновесия соединен с входами дифференциатора и корректирующего устройства, выход которого через усилитель соединен с отсчетным устройством и первым входом сумматора, второй вход последнего соединен с выходом аналогового пере- множителя, один из входов которого подключен к выходу дифференциатора, а другой - к выходу вычитателя, первый вход которого соединен с выходом делителя опорного напряжения, а второй - с выходом управляемого делителя нат 1 ряжения, при этом управляющий вход управляемого делителя напряжения подключен к выходу усилителя, а выход сумматора соединен с входом преобразователя уравновешивания.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Крутоголов В,Д, Статические преобразователи ротационных вискозиметров непрерывного действия,-"Из 18 12мерительная техника, 1971, й 1 О,с 89.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Г 270 ч 79/18-25,кл. С 01 й 11/11, 31,10.79 (прототип).Корректор А. Гриценк ли каз 5732/27 ВНИИПИ Госу по делам 113035 Мос