Устройство для измерения поверхностного натяжения жидкости

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСНИХЕСПУБЛИН 4(51) С 01 И 13 Р"гНИЯ 13 СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ИСАНИЕ ИЗОБР ТОРСКОМУСВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Воронежский завод синтетического каучука им,С,М.Кирова(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИсодержащее измерительный рычаг сиспытательным кольцом, сосуд для исследуемой жидкости, задатчик перемещения сосуда с электродвигателем,электрический блок преобразованиявеличины нагрузки, соединенный сизмерительным рычагом, и регистрирующий блок, о т л н ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точности и быстродействия, оно дополнительно содержит электромагнитный компенсатор, один конец катушки которогосоединен с выходом электрическогоблока преобразования величины нагрузки, второй конец - с регистрирующимустройством, а подвижный сердечник -с измерительным рычагом, и блокрегистрации скорости изменения нагрузки, вход которого подключен квторому концу катушки электромагнит- Ю Фного компенсатора, а выход - кблоку управления, соединенному сэлектродвигателем задатчика перемещения.1 157Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам для измерения поверхностного натяжения жидкостей,включая резины, латексы и другие 5 аналогичные материалы с упругими свойствами и повышенной эластичностью,Известно устройство для определения поверхностного натяжения, содер- Ожащее сосуд с испытываемой жидкостью, смесью или гелем,погружаемоев жидкость кольцо и измеритель деформации испытуемого вещества 113,Однако устройство характеризуется недостаточной точностью измерения и требует значительных затратвремени и ручного труда операторовпо определению момента отрыва кольцаот поверхности испытуемого вещества с 20одновременным определением импульсавозникающего при этом наибольшегоусилия.Известны тенсиометры типа дю Нуис платиноиридиевым кольцом, содержащие измеритель сил с испытательным кольцом, определяющий усилиев момент отрыва кольца от испытуемой жидкости 2.Однако тенсиометры имеют низкую З 0точность 1 не более 0,57.), малуюпроизводительность (15 мин на одноизмерение) и неудобны в работе, таккак требуют перед каждым измерениеминдивидуальной калибровки шкалы.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяустройство для измерения поверхностного натяжения жидкости, содержащееизмерительный рычаг с испытательным 40кольцом, сосуд для исследуемой жид"Кости, задатчик перемещения сосудас электродвигателем, электрическийблок преобразования величинынагрузки, соединенный с измерительным рычагом, и регистрирующий блок.В известном устройстве используется рычаг, подвешенный на торсионах и снабженный подвеской сиспытательным кольцом, электрический блок преобразования и регист"рации выполнен в виде индуктивного четырехплечего моста Уитстона, разбалансируемого подвижным"флажком",закрепленным на рычаге, 55причем выход моста подан на регистратор, а в качестве задатчика перемещений используется электромеха 408 2ническая каретка с направляющей ифотодатчиком ,31,Однако известное устройство имеетнедостаточную точность, малое быстродействие и узкий диапазон измере- .ния поверхностного натяжения, поскольку в нем используется способ прямогоизмерения усилий на испытательномкольце в момент его отрыва от исследуемого вещества. Кроме того, в процессе работы необходим ввод оператором поправок на глубину погружения кольца, величину перемещениякаретки с кольцом и т.д. Укаэанные недостатки препятствуют проведе-,нию быстрых и точных экспрессанализов параметров латекса и резины,которые быстро застывают и теряют свои качественные характеристики.Целью изобретения является повышение точности и быстродействия.Поставленная цель достигаетсятем, что устройство для измеренияповерхностного натяжения жидкости,содержащее измерительный рычаг сиспытательным кольцом, сосуд дляисследуемой жидкости, задатчикперемещения сосуда с электродвигателем, электрический блок преобразования величины нагрузки, соединенный с измерительным рычагом и регистрирующий блок, дополнительносодержит электромагнитный компенсатор, один конец катушки которогосоединен с выходом электрическогоблока преобразования величины нагруз.ки, второй конец - с регистрирующимустройством, а подвижный сердечникс измерительным рычагом, и блокрегистрации скорости изменениянагрузки, вход которого подключен квторому, концу катушки электромагнитного ксмпенсатора, а выход - к блокууправления, соединенному с электродвигателем задатчика перемещения. На фиг.1 показана схема предлагаемого устройства, на фиг,2 - диаграмма изменения силь 1 поверхностного натяжения испытуемого латекса в зависимости от перемещени кольца;на фиг.З - схема взаимодействия латекса с кольцом.Устройство содержит фиг.1) измеритель нагрузок с измерительным рычагом 3, установленным с пол 1 ощт ю опоры 2 на основание 3 и снабженным концеОдновременно ток 1 о,пропорциональный Р,после прохождения черезкатушку 7 подается в сравнивающййизмерительный интегратор 28, в который кроме того, подаются импульсывстречно направленного тока 1 оформируемые электронным ключом 29,буферньж устройством 30 и источником 31 опорного тока,3 115740вой призмой 4 с подвеской 5, и следящую систему 6 автоматического уравновЕшивания, в состав которой входяткатушка 7, подвижный сердечник 8,образующие совместно с магнитнойсистемой 9 электромагнитный компенсатор 10, и "флажок" (пластина) 11,образующий совместно с катушками 12и 3 возбуждения и съема сигнала,электрический блок 14 преобразования, Кроме того, измеритель нагрузок снабжен арретирующими упорами 15,управляемычи через кулачок 16 и вал17 от рукоятки 8,а подвеска 5 снабжена испытательным кольцом 19 из антикорродирующего материала, погружаемьк в сосуд 20 с исследуемым латексом 21, который в свою очередь установлен на столик 22, опускаемый спомощью задатчика перемещения, в 20состав которого входят кулачки 23и двигатель 24, имекш 1 ий равномернуюскорость вращения,В состав следящей системы входяттакже синхронный детектор 25,генера- дтор.26 возбуждения и интегратор-регулятор 27, при этом выходной сигналД 13 с преобразователя 14 поступает всинхронный детектор 25, питаемыйот генератора 26 возбуждения, где З 0он преобразуется и в виде напряжения Д ОЬ поступает в интеграторрегулятор 27. Выходной ток 1 К интегратора 27 поступает через токоподводы в катушку 7 электромагнитногокомпенсатора 10, а затем подаетсяв сравнивающий измерительный интегратор 28 совместно с импульсамиовстречно направленного тока, подавае;.мого от электронного ключа 29,который питается через буферное устрой-ство 30 от источника 31 опорного тока./Выходной сигнал Цп сравнивающегоизмерительного интегратора 28 поступает совместно с выходным сигналомОпн генератора 32 пилообразного напряжения, управляемого через делитель33 частоты от генератора 34 опорнойчастоты, в компаратор. 35, которыйв свою очередь управляет своим выход иьи сигиалои Ово электронным ключом 29 и вентилем 36. Назначениеблоков 28-36 - сопряжение следящейсистемы с входами 37 и 38 регистрирующего устройства 39 и блока 40регистрации скорости изменения нагрузки, поскольку они являются цифровыми устройствами. Регистрирующее устройство 39 снабжено счетчиком 41, регистром 42 результата, .блоком 43 задержки и регистром 44 памяти, соединенным с блоком 45 индикации, а также регист" ром 46 тарыя с кнопкой 47 ввода тары и вычитающим счетчиком 48, соединенным соответственно с регистрами результата 42 н памяти 44 регистрирующего устройства 39.Блок 40 регистрации скорости изменения нагрузки снабжен счетчиком 49, регистром 50 результата, реверсивным счетчиком 51, блоком 52 задержки и регистром 53 производной, выход 54 которого соединен с блоком 55 управления, двигателя 24, имеющего, кроме того, кнопку 56 ручной остановки.Делитель 57 служит для подачи частотыоо1,Кгде К и К - коэффициенты деления,на регистры 42 и 50 результата и бло"ки 43 и 52 задержки,Устройство работает следующимобразом.В исходном положении сосуд 20 сиспытуемым латексом 21, установленный на столике 22, опущен вниз икольцо 19 находится в воздухе. При этом рычажный измеритель нагрузок вместе с "флажком" 11 под воздействием веса Р кольца 19 получает отклонение на угол ЬМ, и преобразователь 4 выдает сигнал Д Ос, который поступает в синхронный детектор 25 и далее после преобразования в виде сигнала Д Оь подается в интегратор-регулятор 27,фор- мирующий уравновешивающий компенсационный ток) 1 ко , который поступает в катушку 7 электромагнитного компенсатора 10, воздействует на подвижный сердечник 8 и возвращает рычаг 1 в положение исходного равновесия, когда Ь 9 = О.(линейно) нарастающим напряжениемОпя, формируемым от генератора 32, на 5компаратор 35, который тем самымуправляет процессом открывания -закрывания электронного ключа 29 ивентиля 36,Линейно нарастающие импульсы Онапряжения Опн имеют частоту следования -в , определяемую коэффициентом К деления частоты делителя 33,а время Ь 1 о открытого состояния элект.5ронного ключа 29 и вентиля 36 пропорционально величине компенсационного тока 1 ко,где- исходное значение компенсационного тока;- вес кольца 19 в воздухе;25К и Кд- масштабные коэффициенты.Число импульсов Ио частотойпропущенное вентилем 36 за время Ьо его открытого состояния, поступающее на вход 37 регистрирующего устройства 39, пропорционально весу РЗО кольца 91521,где К - масштабный коэффициент.Регистрирующее устройство 39 через счетчик 41, регистр 42 результата регистр 46 тары, вычитающий счетчик .48 и регистр 44 памяти выдает результирующее значение суммарного числа сосчитанных импульсов о в 40 блок 45 индикации. Далее сосуд 20 сиспытуемым латексом 21 подводитсявверх к кольцу 9, которое захватывается латексом 21, причем показа"ния блока 45 индикации, пропорцио" 4 Знальные нагрузке Р рычажного измерителя после временного уменьшения,вызванного плавучестью кольца 19,снова начинают. расти (фиг.2 и 3) . Когда показания М снова станут равны- Ф ми показаниям Мо весу кольца 19 в воздухе), включают двигатель 24, перемещающий сосуд, 20 с латексом 21 вниз с помощью кулачка 23. При этом нарастает нагрузка Р и пропорцио З нально вырастают значения компенсационного тока 2 и соответствующиепоказания М блока 45 индикации,Одновременно с регистрирующим устройством 39 блок 40 регистрации скорости измерения нагрузки через счетчик 49, регистр 50 результата, реверсивный счетчик 5 и регистр 53 производной производит следующие операции. Подсчитывается эа каждыйтактовый импульс частотой1 оп(,К,суммарное количество импульсов Ю в счетчике 49, пропорциональное текущей нагрузке Р рычажного измерителя от поверхностного натяжения испытуемого латекса 21. По иаимпульсу с выхода делителя 57 в регистре 50 запоминается укаэанное значение Ю . В начале следующего такта измерения этот код по импульсу с выхода блока 52 задержки вводится в реверсивный счетчик 51, За время следующего такта на счетный вход счетчика 51 проходит К, Ь Ф импульсов. Реверсивный счетчик 5 включен в начале такта в режим вычитания. В момент равенства нулю кода в счетчике он переключается в режим суммирования, В результате в конце такта код в счетчике 51 равен/Ч; -М=дй3) где Ч - количество имПульсов, поступивших с выхода вентиля36 на 1 -ом такте измерения;ЬМ; - приращение количества им-.пульсов на 1 -ом такте посравнению с предыдущим,Код, равный Ь Н и пропорциональный изменению нагрузки при перемещении сосуда 20 с латексом 2 за время такта измерения переписывается в регистр 53 производной, по импульсу с выхода делителя 57.Поскольку известно, что фиг.2) при перемещении кольца 19 относительно испытуемого латекса 21, поверхностное натяжение после участка нарастания 0 - х стабилизируется (Участок хд- х), а затем возникает зона неустойчивого состояния латекса 21 (окрестности точки отрыва х), измерение и оценка поверхностного натяжения во вновь разработанном стенде производятся именно на участке стабилизированного состоянинлатекса х - х,В моменты времени, когда текущее приращение нагрузки Л Р постигаетминимума участок х, - х), а производная Ж функции Р = (у измененияА -нагрузки Р от перемещения х достигает нулевого значения, = О, с выдр5 хода 54 регистра 53 производной выдается сигнал в блок 55 управления, производящий остановку двигателя 24,В указанный момент регистр 44 памяти выдает показания Мпосту О лающие в блок 45 индикации, которые пропорциональны измеряемому поверхностному натяжению Рк испытуемого латекса 21. 15=Р Кгде К - масштабный коэффициент.Относительная величина усилияотрыва латекса 21 определяется повыражению 20мюкс О (макс 10 )Градуировка стенда по показаниямблока 45 индикации ведется непосредственно в единицах силы, в ньютонах ф 5или граммах-силы, путем нагруженияфподвески 5 грузами известного веса(массы) РРегистр 4 б тары с кнопкой 47 ввода тары используется для удобства 39работы оператора путем сброса начальных показаний Ио блока 45 индикации в положение нуля, например, привзвешивании кольца 19 в воздухеили при начальном погружении его влатекс 2.1,Как показывают предварительныеэксперИментальные исследования и - .данные испытаний опытных образцов имакетов предлагаемого устройства,его использование по сравнению сизвестным позволяет повысить точностьизмерения с 0,5 до 0,05 -0,013, т.е,в 5-10 раз, и увеличить быстродействие с 15 до 5 мин, т.е. в 3 раза. ,ц Кроме, того, предлагаемое устройство позволяет автоматизировать процесс определения поверхностного натяжения латекса и избавиться в значительной степени от субъективных и методических погрешностей используемых в настоящее время для аналогичных целей приборов и устройств.Указанное преимущество определяется тем, что в известных приборах за результат измерения поверхностного натяжения принимается последнее перед отрывом кольца от поверхности латеКса показание измерителя нагрузки. При этом на точность результата оказывают влияние субъективные ошибки оператора, преждевременный отрыв кольца может произойти из-за колебаний подвески с кольцом вибраций волн на поверхности латекса. Процесс измерения приходится производить многократно, процесс плохо поддается автоматизации.В предлагаемом устройстве в дополнительном блоке счета автоматически формируется сигнал, обеспечивающий остановку задатчика перемещений столик 22) сосуда 20 с латексом 21 при достижении участка х 5 -х кривой фиг,2). Усилие, вызываемое поверхностным натяжением, определяется после остановки двигателя 24, успокоения колебаний подвески 5 и поверхности латекса 21. Предлагаемое устройство дляизмерения поверхностного натяжениялатекса найдет широкое применениев резинотехиической, химической,нефтеперерабатывающей и другихотраслях промьппленности в качествеэффективного и точного устройствадля экспресс-анализа механическихсвойств латекса.11 57408 Составитель А, КощеевТехред И.Пароцай Корректор А.Обру Редактор О.Юрко 3359/41 , Тираж 897ВЙИИПИ Государственного комитетапо делам изобретений и открытий113035,Москва,Ж,Раушская наб.,д.4 ПодписСССР к Филиал ППП "Патент",г,уагород, ул.Проектна