Эластовискозиметр

Эластовискозиметр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е (и 828020

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 07.06.79 (21) 2777080/18-25 (51) М.К .

G 01N 11/16 с присоединением заявки №

Государственный комитет ссср ло делам изобретений и открытий (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.05.81. Бюллетень № 17 (53) УДК 538.137 (088.8) (45) Дата опубликования описания 07.05.81 (72) Авторы изобретения М. С. Катков, В. Л. Капитанов, Ю. В. Жердев и И. Н. МусаеЛятт" "" Ч (71) Заявитель (54) ЭЛ А СТО В И С КОЗ И М ЕТР

Изобретение относится к области исследования физико-механических свойств вещества, а именно к информационно-измерительным преобразователям и предназначено для определения вязкоупругих характеристик и материалов как органического, так и неорганического происхождения, Известно устройство (1) для измерения динамического модуля упругости 6 и динамической вязкости т(исследуемого материа- (О ла, основанное на измерении модуля динамической системы и фазы ее колебаний с последующей корреляционной обработкой результатов измерений и расчетов величин

G и q по аналитическим выражениям с (5 помощью ЦВМ. Выбором числа периодов для расчета корреляционных функций может быть достигнута высокая точность измерений измеряемых величин G и q материала. "0

Недостатком известного устройства является принципиальная невозможность измерения составляющих комплексного модуля материала при их изменении во времени.

Кроме того, в расчетных формулах есть 25 постоянные коэффициенты (упругость вспомогательных пружин, собственное демпфирование и др.), характеризующие электромеханическую часть. устройства, которые могут изменяться в зависимости от условий 30 эксперимента, внешних условий, что, в конечном итоге, приводит к снижению точности измерений.

Известно устройство, реализующее способ определения вязкоэластнческих свойств полимеров (2), содержащее корпус, шток с зондом, связанный с приводом задающих перемещений, кювету для исследуемого вещества и датчик амплитуды перемещения штока. Это устройство позволяет получить информацию о комплексном модуле вещества, а также изучать процессы его изменения во времени. Выделение модуля и фазы колебаний динамической системы либо определение составляющих комплексного модуля вещества известным устройством требует вторичной обработки результатов, что значительно снижает точность измерений динамической вязкости и динамического модуля упругости.

Известно устройство для измерения динамического модуля упругости вещества, например эластомер (3), содержащий корпус, шток с зондом, связанный с приводом задающих перемещений, кювету для исследуе" мого вещества, датчики перемещения штока и усилия, развиваемого исследуемым веществом, выходами связанные со входом формирователя сигнала канала модуля упругости, выходом связанного со входом испол828020 нительного блока канала модуля у;1руго. сти, выход которого связан со входим обратного преобразователя модуля у1 ругосги, Использование параметрического ком 1енсатора, реализованного В виде обратного преобразователя модуля упругости, позволяет обеспечить высокую точность измерения модуля упругости. В то время в большинстве технологических процессов требуется получение информации и о вязкои составляющей комплексного модуля. Одновременно измерение вязкости и модуля упругости вещества в ходе технологического процесса открывает возможности автоматизации измерений, решения задач стабилизации физико-механических свойств конечного продукта.

Известен также эластовискозиметр (4J содержащий корпус, шток с зондом, связанный с приводом задающих колебаний, кювету для исследуемого вещества, датчики перемещения штока, усилия и скорости перемещения штока, обратные прео разователи модуля упругости и вязкости, состоящие из статора и якорей, закрепленных соответственно на корпусе и штоке, формирователи сигнала модуля упругости и вязкости, исполнителыlьlе блОки каналоВ МОДу ля упругости и вязкости, причем выходы датчиков перемещения штока и усилия соединены со входами формирователя сигнала модуля упругости, выход которого через исполнительный блок канала модуля упругости связан с якорем обратного преобразователя модуля упругости, а выходы датчиков перемещения штока и усилия соединены со входами формирователя сигнала вязкости, выход которого через исполнительный илок канала вязкости связан со статором обратного преобразователя вязкости, а выход датчика скорости перемещения штока связан с якорем обратного преобразователя вязкости.

Эластовискозиметр позволяет одновременно измерять вязкую и упругую составляющие комплексного модуля в достаточно широком диапазоне их изменения. Однако сложность конструкции, обусловленная наличием ДВух обратных HpeoupaaoBaтелей> датчики скорости перемещения штока и формирователей сигналов упругости и вязкости в виде аналоговых множительных устройств, имеющих невысокую точность, снижает точность измерения реологических характеристик веществ и требует фильтрации второй гармоники входного сигнала на выходах исполнительных блоков.

Цель предлагаемого изобретепия — упрощение конструкции и повышение точности измерения составляющих комплексного модуля.

Цель достигается тем, что в известный эластовискозиметр, содержащий корпус, шток с зондом, связанный с приводом задающих перемещений, кювету для исследуе5

15 U

>>

v>)

Я мого вещества, датчик перемещения IIIToKd, ооратныи преобразователь, статор и якорь которого закреплены на корпусе и штоке соответственно, исполнительные блоки, первый из которых выходом подключен к об.>1Отке НКорН н Обра1ниго iipeovp23022TeJIH, введены датчик задающего перемещения, олоки определения модуля и <разы комплексног0 модуля и фазивращатель, причем

ВхОды илОков 011ределения модуля и фазы комплексноги модуля связаны с выходами датчиков переме цснпя штока и задающего

ПЕрЕМЕщЕНИя, 11ЕрВЫИ ВХОД фаЗОВращатЕЛИ

СОЕДИНЕН С ВЫХОДОМ ДВТЧИКа ПвреМЕщЕНИИ штока, его второй вход — с выходом второго исполнительного Олока, 2 выход — с 00МОтКОИ Статира ОиратНОГО НрЕООраЗОВатЕЛя, ВХОДЫ ПЕРВОГО И BTOPOI O HCi. OËÍÈI ЕЛЪНЫХ иликов подключены к выходам блоков 0Нределения модуля и фазы ком11лексного модуля соответственно.

На чертеже приведена схема предлагаемого эластовискизиметра.

Эластовискизиметр содержит электродвигатель 1, вал которого через профилированный Ix)>лачок 2 cBII22kl c Ho/i BHIKHblM cTBK2ном 3, на наружной поверхности которого закреплена шторка 4 фотоэлектрического датчика задающих перемещений. В стакане

3 с помощью I. ружнны О упруги подвешен шток 6, на котором укреплены шторка 7 датчика перемещения штока, якорь обратного преобразователя с катушкой 8 и зонд

9, погруженный в кювету 10 с исследуемым веществом 11. Фотоэлектрические датчики задающего перемещения и перемещения штока включают также неподвижные основания 12 и 13 и установленные на них источники излучения 14 и 15 (например светодиоды и фотодиоды 10 и 17). Статор 18 обратного преобразователя с катушкой 19 укреплен на корпусе прибора (не показан).

Кроме того, эластовискозиметр содержит

11локи определения модуля 26 и фазы 21

КОМП>>ЕКСНОГО МОДУЛЯ> НРЕДСТЯВЛЯ10ЩИЕ CO бой соответственно амплитудный и фазовый детекторы, исполнительные блоки 22 и

23 K 2 H 2 Ji O B i>I O J,уЛ я H ф а з Ы, последовательно соединенных интегратора и усилителя, регистрирующие блоки 24 и

25 каналов модуля и фазы и фазовращатель 26. Входы илоков определения модуля

20 и фазы 21 ком1лексного модуля соединены с выходами фотодиодов датчика перемещения штока H задающего перемещения, а их выходы соединены со входами исполнительных блоков 22 и 23 канала модуля и фазы соответственно. Первый вход фазовраы,ателя 28 соединен с выходом датчика перемещения штока, его второи вход — с перВым Выходом исполнителыlо!.О Олок2 канала фазы 23, а выход соединен с обмоткой

19 ста "Ор2 18 0 р2тнoi о преоор230Вателя комплексного модуля, обмотка якоря 8 обратного преобразователя соединена с пер828020

1И

25 вым выходом исполнительного блока 22 канала модуля. Регистраторы 24 и 25 подключены к вторым выходам исполнительных олоков 22 и 23 каналов модуля и фазы соответственно.

Эластовисксзнметг работает следующим образом.

Электродвигатель 1 вращает профилированный кулачок 2, который вынуждает подвижный стакан 3 совершать колебания цо синусоидальному закону. Зти колебания через пружину 5 передаются на шток 6 с зондом 9 и преобразуются соответствующими датчиками в электрические сигналы перемещения штока и задающего перемещения, которые нос,упают с выходов фотодиодов 16 и 17 на блоки определения модуля

20 и фазы 1 комплексного модуля настроенных таким образом, чтобы при отсутствии вещества в кювете 9 их выходные сигналы принимают нулевые значения, что обуславливает отсутствие сигналов на входах исполнительных блоков 22 и 23 в каналах модуля и фазы, при этом на выходе фазоврашателя 26, меняющего фазу колебаний, поступающих на его вход с выхода фотодиода 17 датчика перемещения штока, в зависимости от сигнала с исполнительного блока 23 будет сигнал, равный по амплитуде и фазе сигналу датчика персмещения штока. Этот сигнал поступает на обмотку 19 статора 18 Обратного преобразователя, а в обмотке якоря 8 обратного преобразователя ток будет отсутствовать, таким образом, обратный преобразователь не будет развивать компенсирующего усилия и амплитуда и фаза перемещения штока будет обусловлена свойствами механической части прибора (упругостью пружины, массой, собственным демпфированнем).

При наличии вещества в кювете 10, за счет его реологическнх свойств на заданной частоте деформации изменяется амплитуда и фаза перемещений штока, что приведет к появлению сигналов на выходах блоков определения модуля 20 и фазы 21 комплексного модуля, которые пропорциональны изменению амплитуды и фазы .-,еремещсний штока, пропорциональныi, в свою очередь, модулю и фазе комплексного модуля. Этн сигналы интегрируются и уснлиBaIoTcH B HcIIoJ1HHTcJlhHLIx блоках 22 ll 23 и вызывают, с одной стороны — изменение фазы сигнала на выходе фазовращателя 26, с другой стороны — появление тока в обмотке якоря обратного Нрео. :разсвателя, обуславливающего r оявление I

55 сигналы на выходах блоков определения модуля 20 и фазы 21 будут равны нулю, а сигналы на выходах исполнительных блоков канала модуля 22 и фазы 23 будут пропорциональны модулю и фазе комплексного модуля вещества, что зафиксирует соответствующие регистраторы 24 и 25. При необходимости получить информацию о вязкости и модуле упругости вещества сигналы с выходов исполнительных блоков могут поступать в вычислительное устройство, где происходит перемножение сигналов модуля соответственно на синус и косинус сигнала фазы.

Устройство позволяет упростить конструкцию эластовискознметра за счет исключения одного обратного преобразователя, датчика скорости перемещения штока и повысить точность измерения комплексного модуля вещества нз-за исключения аналоговых множительных устройств, что позволяет измерять реологические характеристики веществ с малыми значениями комплексного модуля упругости. л формула изобретения

Эластовискозпметр, содержащиЙ корпус, шток с зон;10м, связанный с приводом задающих перемещений, кювету для исследуемого вещества, датчик перемещения штока, обратный преосразователь, статор и якорь которого закреплены соответственно на корпусе и штоке, и исполнительные блоки, первый из которых подкл:очен к обмотке якоря обратного преобразователя, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения точности измерений, он снабжен датчиком задающего перемещения, Олокамн Определения модуля и фазы ком плексного модуля, фазоврашателем, примем входы блоков определения модуля и фазы комплексного модуля связаны с выхсдамп датчиков перемещения штока н задающего псремещения, первый вход фазоBpaI1,ателя соединен с выходом датчика перемещения штока, его второй вход — с вы:;Одом второго исполнительного блока, а выход — с обмоткой статора обратного преобразователя, входы первого и второго ис..олнптельных блоков подключены к выходам блоков определения модуля и фазы комплексного модуля соответственно, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Rheol. Acta № 2, 1969, р. 201 — 205.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 267163, кл. G 01Х 11/16, 1968.

3. Авторское свидетельство СССР № 507805, кл. G 01Х 11/14, 1974.

4. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2383852/25, кл. G 01N 11/16, 1976 (прототип).

828020

Составитель В. Вощанкин

Редактор T. Глазова Техред А. Камышникова Корректоры: О. Силуянова и T Трушкина

Заказ 727/2 Изд. № 302 Тираж 915 Подписное

НПО «Поиск> Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2