SU1104393A1 - Ротационный вискозиметр - Google Patents

Abstract

РОТАЦИОННЫЙ ВИСКОЗИМЕТР , содержащий магнитодина1мический подвес, состо щий из соленоида с сердечником из магнитом гкого материала, датчика положени  и регул тора положени  ротора, привод вращени  ротора, вискозиметрическую камеру, установленную на одной вертикальной оси с сердечником соленоида , в которой расположен ротор с укрепленным в нем сердечником, отличающийс  тем, что, с целью расширени  диапазона измерени  в зкости и упрощени  эксплуатации вискозиметра, сердечник ротора расположен в его верхней части, а вискозиметрическа  камера укреплена под сердечником соленоида, причем датчик положени  ротора представл ет собой две включенные по дифференциальной схеме тороидальные катущки индуктивности, расположенные на внешней оболочке вискозиметрической камеры симметрично относительно сердечника ротора и окруженные вместе с сердечником ротора экраном, ослабл ющим вращающеес  магнитное поле привода вращени .

Description

С 00 СО

Изобретение относитс  к устройствам дл  измерени  в зкости жидкости, в частности к ротационным вискозиметрам с безопорно подвешенным в вискозиметрической камере ротором.

Известен магнитный плотномер-вискозиметр , в котором вискозиметрическа  камера расположена между двум  соленоидами с воздушными сердечниками. Третий,дополнительный соленоид с воздушным сердечНИКОМ , расположен внутри верхнего соленоида . Ротор представл ет собой цилиндр из электропроводного материала, в нижней части которого укреплен сердечник из магнитом гкого материала (феррита). Плоска  катушка датчика положени  укреплена непосредственно на внутренней оболочке вискозиметрической камеры 1.

Так как сердечник ротора из магнитом гкого материала располагаетс  в его нижней части, то центр приложени  сил к ротору со стороны магнитного подвеса находитс  ниже центра т жести ротора. При этом вес ротора и сила, приложенна  к ротору со стороны магнитного подвеса, направлены навстречу друг другу, что обеспечивает неустойчивое равновесие ротора. Поэтому дл  обеспечени  его устойчивого вращени  требуетс  тщательна  балансировка ротора и юстировка магнитной системы, состо щей из трех соленоидов, что сложно при изготовлении и эксплуатации вискозиметра .

Магнитодинамический подвес вискозиметра не обеспечивает подъемной силы, достаточной дл  подвеса ротора в газе из-за конструктивного расположени  соленоидов относительно вискозиметрической камеры и применени  соленоидов с воздушным сердечником , что не позвол ет измер ть в зкость газов или малов зких жидкостей с небольшой плотностью, таких, например, как сжиженные газы.

Исполнительный элемент магнитодинамического подвеса, магнитом гкий сердечник ротора, окружен цилиндром из электропроводного материала, на который действует вращающеес  магнитное поле привода вращени . Это поле действует также и на сердечник ротора, вызыва  его горизонтальные колебани  при недостаточной соосности ротора и привода вращени . Горизонтальные колебани  ротора ухудшают воспроизводимость результатов измерени  из-за изменени  рабочего зазора между ротором и оболочкой вискозиметрической камеры .

Плоска  катушка индуктивности датчика положени  расположена на внутренней оболочке вискозиметрической камеры. Тепловые возмущени , возникающие при работе катушки, попадают в вискозиметрическую камеру, снижа  точность термостатировани , а следовательно и точность измерени . Кроме того, при изменении температуры термостатировани  параметры катушки измен ютс , что приводит к изменению положени  ротора. Изменение положени  ротора снижает воспроизводимость результатов измерени  и требует дополнительной подстройки магнитодинамического подвеса дл  возвращени  ротора в исходное положение. Така  подстройка при переходе от одной температуры термостатировани  к другой усложн ет эксплуатацию вискозиметра.

Вращающеес  магнитное поле, создаваемое приводом вращени , вносит возмущение в работу катушки индуктивности датчика положени . Эти возмущени   вл ютс  дестабилизирующими факторами при работе магнитодинамического подвеса вискозиметра , что усложн ет его настройку и требует подстройки при переходе от одной скорости вращени  магнитного пол  привода к другой при измерении в зкости на различных скорост х деформации. Эта дополнительна  подстройка при переходе от одной скорости деформации к другой усложн ет эксплуатацию вискозиметра.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  ротационный вискозиметр, содержащий магнитодинамический подвес, состо щий из соленоида с сердечником из магнитом гкого материала , датчика положени  и регул тора положени  ротора, привод вращени  ротора, вискозиметрическую камеру, установленную на одной вертикальной оси с сердечником соленоида, в которой расположен ротор, с укрепленным в нем сердечником 2.

Однако известный вискозиметр работает когда ротор имеет небольшую положительную плавучесть. Поэтому дл  измерени  в зкости жидкости с различными плотност ми необходимо дл  жидкостей с отличающимис  плотност ми проводить предварительную регулировку веса ротора на положительную плавучесть и установку ротора в исходное положение регулировкой параметров магнитодинамического подвеса вискозиметра. Это усложн ет эксплуатацию вискозиметра и увеличивает врем  эксперимента .

Расположение магнитодинамического под. веса относительно вискозиметрической камеры и конструкци  ротора вискозиметра, не позвол ют проводить на данном вискозиметре измерени  в зкости газов и малов зких жидкостей с небольшой плотностью, таких, например, как сжиженные газы, так как не обеспечиваетиподвес ротора в газе .

Цель изобретени  - расширение диапазона измерени  в зкости за счет снижени  нижней границы диапазона и упрощение эксплуатации вискозиметра.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в ротационном вискозиметре, содержащем магнитодинамический подвес, состо щий из соленоида с сердечником из магнитом гкого материала, датчика положени  и регул тора положени  ротора, привод вращени  ротора , вискозиметрическую камеру, установленную на одной вертикальной оси с сердечником соленоида, в которой расположен ротор с укрепленным в нем сердечником, сердечник ротора расположен в его верхней части, а вискозиметрическа  камера укреплена под сердечником соленоида, причем датчик положени  ротора представл ет собой две включенные по дифференциальной схеме тороидальные катушки индуктивности , расположенные на внешней оболочке вискозиметрической камеры симметрично относительно сердечника ротора и окруженные вместе с сердечником ротора экраном , ослабл ющим вращающеес  магнитное поле привода вращени .

На чертеже представлен ротационный вискозиметр, общий вид.

Ротационный вискозиметр содержит ротор 1, полностью погруженный в исслеДу-, емую жидкость или газ 2, в нижней части ротора 1 укреплен цилиндр 3 из электропроводного материала, в верхней части ротора 1 укреплен сердечник 4 из магнитом гкого материала, цилиндр 3 и сердечник 4 соединены между собой втулкой 5 из неэлектропроводного материала с отверстием б, элементы ротора окружены прозрачной химически стойкой оболочкой 7, исследуема  жидкость (или газ) 2 и безопорно подвещенный в ней ротор 1 расположены в рабочем объеме вискозиметрической камеры 8, состо щей из верхнего основани  9, нижнего основани  10, пробки 11 с прижимным устройством , внутренней оболочки 12 и внещней термостатирующей оболочки 13; сердечник 4 ротора из магнитом гкого материала при рабочем положении ротора расположен симметрично относительно осей симметрии О и Of двух тороидальных катущек 14 индуктивности, расположенных на внещней термостатирующей оболочке 13 вискозиметрической камеры 8; катушки 14 вход т в мост индуктивности, соединенный с регул тором 15 положени  ротора, выход которого соединен с катушкой соленоида 16, соленоид содержит магнитом гкий сердечник 17, на одной вертикальной оси с которым и под ним укреплена вискозиметрическа  камера 8; на вискозиметрической камере 8 укреплены также фланец 18 с заправочными капилл рами 19 (на чертеже показан один капилл р) и трубками 20 дл  подвода термостатирующей жидкости (на чертеже изображена одна трубка), в верхнем основании укреплен термометр 21 сопротивлений , на внешней термостатирующей оболочке 13 укреплено кольцо 22 со световодом 23, линзой 24, фототриодом 25 и экраном 26, окружающим катушки 14 индуктивности и верхнюю часть ротора с сердечником 4; нижн   часть вискозиметрической камеры 8 погружена в кронщтейн 27 привода вращени ; на кронштейне 27 расположены посто нные магниты 28, причем цилиндр 3 ротора в рабочем положении Q ротора располагаетс  симметрично относительно горизонтальной оси симметрии посто нных магнитов 28 привода вращени , кронщтейн 27 соединен с двигателем 29, например шаговым.

5Устройство работает следующим образом

Вискозиметрическа  камера 8 через заправочные капилл ры 19 заполн етс  исследуемой жидкостью (или газом) 2. В рабочем режиме ротор 1 безопорно подве шиваетс  в заданном положении при помощи магнитодинамического подвеса. При перемещении ротора 1 в вертикальном направлении сердечник 4 ротора из магнитом гкого материала смещаетс  из положени , симметрично относительно дифферен5 циально включенных катушек 14 индуктивности .

Смещение сердечника 4 относительно катущек 14 индуктивности вызывает по вле-, ние сигнала разбаланса с измерительной диагонали моста индуктивности. Этот сигнал подаетс  на регул тор 15 положени  ротора, который измен ет ток в соленоиде 16 так, чтобы, воздейству  на сердечник 4 ротора и возвраща  ротор 1 в исходное положение, свести сигнал разбаланса к нус лю, тем самым ротор 1 поддерживаетс  в посто нном положении.

Вращение ротора обеспечиваетс  приводом вращени  ротора. Шаговый двигатель 29 вращает кронщтейн 27 с укреплен0 ными на нем магнитами 28. Вращение посто нных магнитов 28 создает вращающеес  магнитное поле. Вращающеес  магнитное поле возбуждает в цилиндре 3 из электропроводного материала вихревые токи,

5 магнитное поле которых, взаимодейству  с вращающимс  магнитным полем, приводит цилиндр 3 и соединенный с ним ротор 1 во вращение (т. е. вращение цилиндра обеспечиваетс  по принципу вращени  ротора асинхронного электродвигател ). Ротор 1

0 вращаетс  с посто нной скоростью, когда момент сил трени  пропорциональный измер емой в зкости жидкости (или газа), уравновешиваетс  моментом сил, возбуждаемых в цилиндре 3 вращающимс  магнитным полем , при этом период вращени  ротора пропорционален измер емой в зкости.

Период вращени  ротора 1 измер етс  следующим образом.

Световой поток от источника света (на чертеже не показан) проходит через световод 23, фокусируетс  линзой 24 на отверстии 6. После отверсти  6 сфокуированный световой поток попадает на фототриод 25, возбужда  в нем электрический ток.

При вращении ротора световой поток периодически прерываетс , измен   при этом амплитуду тока с фототриода 25. Блок измерени  периода вращени  ротора (на чертеже не указан) измер ет период следовани  импульсов с фототриода 25, тем самым измер етс  период вращени  ротора 1.

Задание и поддержание необходимой температуры исследуемой жидкости обеспечиваетс  термостатирующей жидкостью, котора  прокачиваетс  внещним термостатом (на чертеже не указан) через трубки 20 между внутренней оболочкой 12 и внещней термостатирующей оболочкой 13.

Температура термостатирующей жидкости в вискозиметрической камере измер етс  термометром 21 сопротивлений.

Дл  обеспечени  сборки вискозиметрической камеры 8 и технической замены ротора 1, например при его разрущении, в нижнем основании 10 вискозиметрической камеры имеетс  отверстие, которое закрываетс  и герметизируетс  пробкой 11.

В предлагаемом вискозиметре вискозиметрическа  камера 8 укреплена под сердечником 17 соленоида 16 на одной с ним вертикальной оси. Сердечник 17 из магнитом гкого материала увеличивает подъемную силу соленоида 16. Ротор 1, расположенный в вискозиметрической камере 8, в рабочем положении подвещиваетс  по вертикальной оси вискозиметрической камеры , .совпадающей с осью сердечника 17 соленоида. Так как сердечник 4 ротора находитс  в его верхней части, т. е. максимально приближен к сердечнику 17 соленоида 16, то центр приложени  силы со стороны магнитодинамического подвеса на сердечник 4 ротора находитс  выще центра т жести ротора и на одной с ним вертикальной оси. При этом сила т жести и сила, действующа  на ротор со стороны магнитодинамического подвеса, направлены в разные стороны, что обеспечивает устойчивый подвес ротора в стационарном режиме (т.е. без вращени ). Так как сердечник 4 ротора 1 конструктивно максимально приближен к сердечнику 17 соленоида, то в точке его подвеса на него действует максимальна  подъемна  сила соленоида, направленна  вертикально вверх, что улучщает динамические характеристики магнитодинамического подвеса.

Геометрические размеры ротора 1 и вес его частей подобраны таким образом, что его общий вес больще веса вытесненной им исследуемой жидкости при любой ее плотности . Поэтому при любой плотности жидкости подъемна  сила соленоида направлена вверх.

Симметричное расположение сердечника 4 ротора относительно осей симметрии О и О/ катущек 14 индуктивности, включенных по дифференциальной схеме, обеспечивает при изменении положени  ротора максимальный сигнал разбаланса, что повыщает коэффициент усилени  системы магнитодинамического подвеса, а следовательно , обеспечивает стабильный подвес ротора в вертикальном направлении в стационарном режиме.

Кроме того, катушки 14 индуктивности и сердечник 4 ротора окружены экраном 26, который  вл етс  магнитопроводом соленоида 16. Экран 26,  вл  сь магнитопроводом , концентрирует магнитный поток соленоида 16, что увеличивает подъемную силу.

Конструктивное рещение магнитодина0 мического подвеса и ротора предлагаемого вискозиметра обеспечивает подъемную силу и параметры системы регулировани  магнитодинамического подвеса, позвол ющие получить стабильный подвес ротора в посто нном положении в вискозиметрической

5 камере при стационарных услови х (т. е. без вращени  ротора), заполненной исследуемой жидкостью с любой плотностью или газом.

В описываемой конструкции вискози0 метра магнитом гкий. сердечник 4 ротора 1, расположенный в его верхней части, удален от электропроводного цилиндра 3, расположенного в его нижней части. Это ослабл ет воздействие вращающегос  маг- нитного пол  на сердечник 4 ротора, так как

5 напр женность магнитного пол  убывает обратно пропорционально квадрату рассто ни .

Дл  устранени  вли ни  вращающегос  магнитного пол  привода вращени  вис0 козиметра на датчик положени , датчик положени  ротора выполнен в виде двух тороидальных катущек 14 индуктивности, расположенных на внещней термостатирующей оболочке 13. р дом одна с другой и включенных по дифференциальной схеме навстре5 чу друг другу. Так как катущки 14 индуктивности укреплены р дом одна с другой, то возмущающее воздействие со стороны вращающегос  магнитного пол  привода оказывает практически одинаковое вли ние на каждую из катущек 14. Это вызывает

0 по вление одинаковых сигналов на каждой из них, которые взаимно компенсируютс , так как катущки 14 включены навстречу друг другу по дифференциальной схеме. Дифференциальное включение катушек 14

5 устран ет также вли ние других воз.мущающих факторов на стабильное положение ротора, таких, например, как из.менение

Claims (1)

1. РОТАЦИОННЫЙ ВИСКОЗИМЕТР, содержащий магнитодинамический подвес, состоящий из соленоида с сердечником из магнитомягкого материала, датчика положения и регулятора положения ротора, привод вращения ротора, вискози- метрическую камеру, установленную на одной вертикальной оси с сердечником соленоида, в которой расположен ротор с укрепленным в нем сердечником, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения вязкости и упрощения эксплуатации вискозиметра, сердечник ротора расположен в его верхней части, а вискозиметрическая камера укреплена под сердечником соленоида, причем датчик положения ротора представляет собой две включенные по дифференциальной схеме тороидальные катушки индуктивности, расположенные на внешней оболочке вискозиметрической камеры симметрично относительно сердечника ротора и окруженные вместе с сердечником ротора экраном, ослабляющим вращающее- _с ся магнитное поле привода вращения. $5