SU567119A1 - Вибрационный эластовискозиметр - Google Patents

Description

Наиболее близким к предлагаемому эластовискозиметру  вл етс  устройство, где, кроме элементов и функциональных св зей, включены дололнительно измеритель скорости перемещени  штока, формирователь сигнала в зкости, обратный преобразователь в зкости и исполнительное устройство канала в зкости, которое своим выходом соединено со входом обмотки статора обратного преобразовател  в зкости, а его вход св зан с выходом формировател  сигнала в зкости, входы которого св заны с выходами измерител  скорости перемещени  щтока и датчика Силы сопротивлени  при деформации исследуемого вещества 2, т. е. здесь, помимо канала параметрической компенсации упругих свойств, сформирован канал параметрической компенсации в зких свойств вещества.

Со -стороны обратного .преобразовател  ;в зкости на щток действует сила, пропорциональна  величине в зкости к скорости деформации , котора  направлена встречно силе сопротивлени  движению штока, обусловленной в зкими свойствами исследуемого вещества . Знак действующей со стороны обратного преобразовател  силы определ етс  знаком тока в обмотке статора при заданной скорости перемещени  щтока, .величина и знак которой определ ютс  измерителем скорости перемещени  штока, электрически св занным с обмоткой  кор  обратного преобразовател  в зкости. Сигнал, пропорциональный в зкому сопротивлению вещества, формируетс  в формирующем устройстве, представл ющем собой множительное устройство, входы которого св заны с выходами измерител  скорости перемещени  щтока и датчика силы сопротивлени  вещества, а .выход - с исполнительным устройством, выполненным в виде интегратора. Если на заданной частоте колебаний в каждый момент времени сила, действующа  на шток со стороны о братного преобразовател  в зкости, равна по величине и обратиа по знаку силе в зкого сопротивлени , то сигнал на выходе формирующего устройства будет равен нулю, а на .выходе интегратора будет ток, величина которого пропорциональна в зкости веществ.

Если в зкость исследуемого вещества изменитс , то изменитс  сила сопротивлени  движению штока, а это вызовет изменение амплитуды и фазы его вынужденных колебаний , т. е. изменение сигнала на выходе формирующего устройства, которое вызовет изменение величины тока на .выходе интегратора в таком направлении, чтобы вызвать соответствующее изменение силы со стороны обратного преобразовател  до тех пор, пока она не скомпенсирует изменени  силы в зкого сопротивлени  вещества, а это в свою очередь обусловит равенство нулю сигнала на выходе формирующего устройства. В зкостные свойства всей электромеханической системы, куда в качестве ее элемента входит исследуемое вещество, остаютс  посто нными , т. е. ее амплитудна  и фазова  частотна  характеристики будут неизменными при любых значени х в зкости вещества. Предел ее измерени  будет определ тьс  только мощностными характеристиками обратного преобразовател .

Таким образом, использование двух каналов параметрической компенсации - канала упругости и канала в зкости-позвол ет обеспечить одновременное измерение модул  упругости вещества и его в зкость, повысить точность измерений за счет ликвидации взаимного вли ни  измер емых параметров. Однако пробные периодические движени 

со стороны привода устройства передаютс  веществу через вспомогательную пружину и щток, что обуславливает наличие дополнительных инерционных сил, которые завис т как от приведенной массы перемещающихс 

частей, так и от ускорени . Их значительна  величина затрудн ет выделение сил, обусловленных в зкой и упругой составл ющей модул  вещества, что приводит к снижению точности измерений. Этот недостаток особенно

сильно про вл етс  при измерении .малых в зкостей и модулей упругости вещества.

Кроме того, при заданной частоте лрО|бных колебаний приводом на выходе формировател  сигнала в зкости и формировател  сигнала упругости при отсутствии в кювете вещества всегда будет иметь место сигнал, который обусловлен со:бствеиным:и .динамическими характеристиками механической части прибора. Изменение частоты пробных колебаНИИ приведет к изменению величины этих сигналов . Поэтому при исследовании вещества в широком частотиом диапазоне вс кий раз при смене частоты пробных колебаний необходимо проводить настройку устройства, что

также отражаетс  на точности измерений.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений и чувствительности при измерении малых значений модул  упругости и в зкости веществ.

Указанна  цель достигаетс  тем, что кювета с исследуемым веществом установлена на платформе, св занной с приводом, на .которой укреплены магнитопроводы обратных преобразователей упругости и в зкости, статор датчика перемещений штока и статор измерител  скорости его перемещени , а статор датчика усили  закреплен на корпусе устройства , при этом выходы формирователей сигналов упругости и в зкости св заны со входами исполнительных блоков каналов упругости и в зкости через фильтрующие устройства , настроенные на заданную частоту колебаний платформы.

Так как пробные воздействи  передаютс  со стороны платформы, то это позвол ет исключить вли ние дополнительных инерционных сил на точность измерений и чувствительность . А амплиту.да и фаза колебаний

штока будут зависеть только от динамических свойств механической системы и величин измер емых параметров.

На чертеже .приведена принципиальна  схема предлагаемого вискозиметра.

Он содержит шток 1, заканчивающийс  сменным зондом 2, погруженным в .кювету 3 с исследуемым веществом 4. Другой конец штока через вспомогательную пружину 5 и втулку 6 св зан с корпусом прибора (на чертеже показан штриховкой). Платформа 7 с установленной на ней кюветой 3 совершает колебательное движение заданной амплитуды и частоты С помощью кулачка 8, св занного С блоком изменени  частоты «олебаний 9 с приводом 10.

На корпусе прибора установлен статор датчика усили , выходна  координата которого пропорциональна усилию сопротивлени  деформации исследуемого вещества, включаюший электрические лампочки 11 и фотодиоды 12.

На штоке 1 укреплены: шторка 13 датчика усили ,  корь 14 измерител  скорости перемещени  штока (скорости изменени  усили ), выполненный в виде посто нного магнита,  корь обратного преобразовател  в зкости, выполненный в виде легкого каркаса 15 с катушкой 16,  корь обратного преобразовател  упругости, выполненный в виде легкого каркаса 17 С катушкой 18, шторка 19 датчика относительного перемещени  штока 1.

На платформе 7 закреплены статор датчика перемещени  щтока, включающий фотодиоды 20 и электрические лампочки 21, .магнитопровод обратного преобразовател  в зкости с катушками 22, магнитопровод о братного преобразовател  упругости 23 с посто нными магнитами 24 и статор измерител  скорости относительного перемещени  щтока, выполненный в виде катущки 25. Первый и второй выходы датчика усили  12 электрически св заны соответственно со входами усилителей 26 и 27, причем выход усилител  26 св зан с первым входом формировател  сигнала упругости 28, а выход усилител  27- с первым входом формировател  сигнала в зкости .29, вторые входы которых св заны через усилители 30 и 31 с выходами датчика относительного перемещени  20 и первым выходом измерител  скорости относительного перемещени  25 соответственно, а их выходы св заны с фильтрующими устройствами 32 и 33, .выходы которых св заны соответственно со входами исполнительных блоков 34 канала упругости 35 и канала в зкости, первые выходы которых ПО каналу упругости св заны со входом катущки 18 обратно.го преобразовател  TipyrocTn, а по каналу в зкости - со входом катушки 22 обратного преобразовател  в зкости, а второй -выход измерител  скорости относительного перемещени  .25 св зан со входом усилител  36, выход которого соединен со входом катушки 16  кор  обратного преобразовател  .в зкости. Вторые выходы исполнительных блоков 34 и 35 соединены соответственно со входами регистратора 37 модул  упругости и регистратора 38 в зкости . Устройство работает следующим образом.

Колебани  платформы 7 с фиксированной амплитудой, величина которой определ етс  профилем кулачка 8 и частотой, устанавливаемой в блоке изменени  частоты 9 от привода 10, вызывают колебани  закрепленных на ней кюветы 3, магнитопровода обратного преобразовател  в зкости с катушкой 22, магнитопровода обратного преобразовател  упругости 23 и статора датчика отно.сительного

перемещени , включающего фотодиоды 20 и датчики 21.

При отсутствии вещества 4 в кювете 3 шток 1 с закпепленными на нем элементами будет неподвижен. Это обуславливает отсутствие сигнала на выходах формировател  сигнала упругости 28 и формировател  сигнала в зкости 29, представл ющих собой множительные устройства, первые входы которых чег1ез усилители 26 и 27 соответственно св заны с пепвым и вторым выходами датчика усили , сигналы которых отсутствуют.

Слеповательно, булет отсутствовать ток в катушке 18 обоатного ппеобпазовател  упругости и в катушке 22 обратного ппеобпазовател  в зкости, своими входами св занными соответственно с первыми выходами исполнительных блоков 34 и 35. представл ющих собой интегрирующие устройства, входы которых чепез соот етствуюш.ие фильтрующие

Устройства 32 и 33 св заны с формиповатрлей сигна.пов упругости 28 и в зкости 29. На выходах усилител  30. вход которого св зан с выходом датчика относительного перемешени . усилителей 31 и 36. своими входами св занных с выходами измерител  25 СКОРОСТИ относительного перемешени  штока, будут сигналы, величина КОТОРЫХ поопорииональна амплитуде колебаний платформы 7. Отсутствие тока на ВТОРЫХ выходах исполнительных блоков 34 и 35 определит начальные точки отсчета модул  ЛТТРУГОсти и в зкости в их регистраторах 37 и 38. входы которых соединены со вторыми выходами соответствующих интеграторов. Наличие вещества 4 тз кювете 3 вызовет колебание штока и всех св занных с ним элементов с частотой колебаний кюветы, но амплитуда и фаза этих колебаний будут определ тьс  в зкими и упругими свойствами вещества 4.

Если вещество обладает чисто упругими свойствами, то амплитуда и фаза колебаний штока будут зависеть от динамических свойств механической системы и величины модул  упругости вещества. Сигнал с выходом датчика усили  через уси.лители 26 и 27 постгттит на первые входы формировател  сигнала 28 и сигнала в зкости 29. На второй вход формировател  сигнала упругости 28 через усилитель 30 постоит с гкал с выхода датчика отност тельного перемещени  ;штока, а на второй вход .формировател  сигнала в зкости 29 через усилитель 31 поступит сигнал, сдвинутый на  /2 по отношению к лервому (с первого выхода измерител  скорости относительного перемещени  25).

Таким образом, на выходе формировател  сигнала упругости 28 выделитс  сигнал, пропорииональный активной составл ющей реакции вещества на деформапию, т. е. модулю упругости, а на выходе формировател  сигнала в зкости 29 сигнала не будет, так как веществе обладает чисто упругими свойствами. Через фильтр 32, входом св занный с выходом формировател  сигнала упругости 28 и настроенный на заданную частоту (устройства перенастройки диапазонов фильтрации фильтров 32 и 33 на чертеже не показаны), выходной сигнал формировател  .поступит на вход исполнительного блока 34, выходной сигнал первого выхода которого изменит ток в катушке 18 обратного прео|бразовател  упругости , а выходной сигнал его второго выхода изменит положение пера регистратора 37, выполненного в виде двухкоординатного планшетного потенциометра. Ток в катушке 18 обратного преобразовател  упругости создает магнитный поток, который, взаимодейству  с магнитным .потоком статора обратного преобразовател  упругости 23, создаваемото посто нными магнитами 24, вызовет по вление усили , обратного то знаку усилию сопротивлени  исследуемого вещества деформации , а по величине пропорционального току в катушке 18 обратного преобразовател  упругости. Ток Б обмотке катушки 18 будет измен тьс  до тех пор, пока разность силы реакции исследуемого вещества «а деформацию и силы, создаваемой обратным преобразователем , не станет равной нулю.

При этом ,шток остановитс  и сигнал на выходе формировател  сигнала упругости 28 станет равным нулю. На первом и на втором выходах исполнительного блока 34 установитс  TOiK; величина которого пропорциональна модулю упругости, который с одной стороны вызывает усилие, действующее на  коре 17 обратного лреобразовател  23, а следовательно , и на штоке 1, равное по величине и обратное по знаку усилию сопротивлени  исследуемого вещества деформации, а с другой ,- отклонение пера р&тт-гстратора 37 на величину, пропорциональную модулю ;упругости вещества.

Если вещество обладает чисто в зкими свой1ствами, то амплитуда и фаза колебаний штока будут зависеть от динамических свойств механической системы и величины в зкости вещества. Сигнал с выходов датчика усилий изменитс  по ам плит}де и по фазе сдвигаетс  на угол  /2, поэтому сигнал на выходе формировател  сигнала в зкости 29 будет 11,)опорционален реактивной составл ющей модул  вещества на заданной частоте его деформации - его в зкости.

Сигнал с выхода формировател  сигнала в зкости 29 через фильтрующее устройство 33, настроенное на заданную частоту, .наступает на вход исполнительного блока 35 канала в зкости, сигнал с первого выхода которого изменит ток в обмотке катушки 22 обратного преобразовател  в зкости, сигнал на катушку 16  кор  которого поступает с выхода усилител  36, вход котортто св зан со вторым выходом катушки 25 измерител  скорости относительного перемещени  штока. Знак и величина силы, возникающей в каждый момент времени на  коре 15 обратного преобразовател  в зкости за счет взаимодействи 

магнитных полей катушки 22 и катушки 16, завис т от величины и знака тока в катушке 22 и величины и фазы тока в катушке 16, которые подключены своими входами к выходам исполнительного блока 35 и усилител 

36 таким образом, что знак этой силы обратен знаку силы в зкостного трени  И1сследуемого веш.ества, а ее величина зависит от величины тока в катушке 22 обратного преобразовател  в зкости. Таким образом, ток с

выхода исполнительного блока 35 канала в зкости пропорционален в зкости исследуемого вещества и будет измен тьс  до тех пор, пока сила, действующа  на шток со стороны  кор  15 обратного преобразовател 

в зкости не станет равной силе в зкостного сопротивлени  вещества.

Когда шток остановитс , сигнал на выходе формировател  сигнала в зкости 29 станет равным нулю, а на первом выходе иополнительного блока 35 будет ток, величина которого пропорциональна в зкости, второй выход которого изменит положение пера регистратора 38 в зкости, зафиксировав величину , пропорциональную в зкости исследуемого

.вещества.

Е|с.ли исследуемое вещество Обладает как в зкими, так и шругими свойствами, фаза и амтглитуда выходного сигнала датчика усили , поступающего на входы усилителей 26 и

27, пропорциональны как в зкости, так и упругости . Следовательно, на первых входах формирователей сигнала упругости 28 и сигнала в зкости 29 будут сигналы, амплитуда и фаза которых обусловлены как в зкими, так

и упрзтими свойствами 1вещества, а на другие входы этих формирователей лодаю-тс  сигналы с выхода усилителей 30 и 31, которые своими входами св заны соответственно с выходами датчика относительного перемещени  и

первым выходом измерител  скорости относительного перемещени  25, сигналы с которых сдвинуты по фазе на угол  /2, поэтому на выходах формирователей сигнала упругости 28 и сигнала в зкости 29 выдел ютс 

сигналы, пропорциональные активной составл ющей комплексного модул , т. е. модулю упругости и его реактивной -составл ющей- в зкости соответственно.

Эти сигналы, цройд  фильтрующие устройства 32 и 33, своими входами св занные с

9

выходами формирователей 28 и 29, а выходами - с иополнительнымл блоками 34 и 35, вызовут соответствующее изменение тока в обмотке катушки 18 обратного преобразовател  упругости и в обмотке катушки 22 обратного преобразовател  в зкости в такую сторону и до тех пор, пока силы, возникаюш ,ие от взаимодействи  полей этих катушек с магнитными пол ми соответственно посто нныХ магнитов 24 обратного преобразовател  упругости и катушки 16  кор  лрео-бразо1вател  в зкости не скомпенсируют силы сопротивлени  деформации исследуемого вешества , обусловленные его упругими и в зкими свойствами, что приведет к остановке штока 1 и изменению положени  перьев регистраторов 37 и 38, которые зафиксируют величину модул  упругости и в зкость веш:ества, соответствуюшие заданной частоте деформации.

Так как отсутствие вещества 4 в кювете 3 определ ет исходное состо ние устройства, т. е. точку его настройки, котора  фиксируетс  перь ми регистраторов, то изменение их положени , вызванное наличием .вешества 4 в кювете 3, имеюш,его определенные в зкоупругие свойства, определит абсолютные (а не относительные) значени  модул  упругости и в зкости вещества.

Смена зонда 2 расшир ет .метрологические возможности устройства, так как приводит к изменению коэффициента формы. Дл  каждого зонда определ етс  масштаб шкалы регистраторов 37 и 38 по эталонным вещест (вам.

Устройство позвол ет повысить точность Измерений при сн тии релаксационных спектров вешеств в широком диапазоне изменени  частоты пробных воздействий без перенастройки прибора. Принцип измерени  параметров , заложенный в устройстве, может быть использован дл  анализа физических параметров топлива в процессе эксплуатации энергетических установок и дл  управлени  различными технологическими процессами.

10

Claims (2)

1. Авторское свидетельство СССР N° 507805, «л. G 01N 11/14, 1974.

2. Патент ,США № 3722262, кл. 73-54, 1973.