SU787375A1

SU787375A1 - Rotational viscosimeter

Info

Publication number: SU787375A1
Application number: SU792723974A
Authority: SU
Inventors: Тамара Анатольевна Артюховская; Лев Борисович Богатин; Юрий Владимирович Полянский; Ирина Владимировна Ионова
Original assignee: Ленинградский Институт Авиационного Приборостроения
Priority date: 1979-02-12
Filing date: 1979-02-12
Publication date: 1980-12-15

Description

Изобретение относится к устройствам для автоматического контроля физико-механических характеристик твердеющих веществ, например полимерных продуктов, и может быть использовано 5 в различных отраслях промышленности для контроля технологических процессов, а также для научных исследований .The invention relates to devices for the automatic control of the physicomechanical characteristics of hardening substances, for example polymer products, and can be used 5 in various industries for the control of technological processes, as well as for scientific research.

Известен ротационный вискозиметр, 10 содержащий подвижный элемент, помещаемый в сосуд с исследуемым веществом и закрепленный на оси электродвигателя, имеющего заданное число оборотов. Электродвигатель приводит 15 во вращение измерительный элемент. О величине вязкости исследуемого вещества судят по величине силы тока, потребляемого электродвигателем £1}.Known rotational viscometer, 10 containing a movable element placed in a vessel with a test substance and mounted on the axis of an electric motor having a predetermined number of revolutions. The electric motor drives 15 the measuring element. The viscosity of the test substance is judged by the magnitude of the current consumed by the electric motor £ 1}.

Наиболее близким к изобретению 20 является ротационный вискозиметр, содержащий измерительный цилиндр и тахометр, закрепленные на оси электродвигателя, подключенного к выходу блока задания момента вращения*, а также 25 блок регистрации в виде частотомера, подключенного к выходу тахометра. Измерительный цилиндр, помещенный в исследуемое вещество, тормозится за счет вязкого сопротивления,пропорцио- 30 'нального скорости вращения цилиндра. Скорость вращения цилиндра замеряется. тахометром. Наводимая в тахометре ЭДС с частотой, зависящей от скорости вращения, регистрируется стандартным частотомером. По величине скорости судят о вязкости исследуемого вещества ^2} .Closest to the invention 20 is a rotational viscometer comprising a measuring cylinder and a tachometer mounted on the axis of an electric motor connected to the output of the rotation torque setting unit *, as well as 25 a registration unit in the form of a frequency meter connected to the output of the tachometer. The measuring cylinder placed in the test substance is inhibited due to viscous resistance proportional to 30 'of the cylinder rotation speed. The cylinder speed is measured. tachometer. The EMF induced in the tachometer with a frequency depending on the rotation speed is recorded by a standard frequency meter. By the magnitude of the speed, the viscosity of the test substance is judged ^ 2}.

Однако в этих вискозиметрах вязкие характеристики определяются косвенными методами по результатам измерения величин крутящих моментов и скоростей вращения. Это связано с необходимостью получения промежуточных результатов, что является источником дополнительной погрешнбсти измерения, а также исключает возможность измерения вязкости в динамических режимах испытания, например в процессе затвердевания вещества.However, in these viscometers, the viscous characteristics are determined by indirect methods based on the measurement of torques and rotational speeds. This is due to the need to obtain intermediate results, which is a source of additional measurement error, and also excludes the possibility of measuring viscosity in dynamic test modes, for example, in the process of solidification of a substance.

Цель изобретения - повышение точности измерения вязкости при изменении физико-химического состояния исследуемого вещества.The purpose of the invention is to improve the accuracy of measuring viscosity when changing the physico-chemical state of the test substance.

Цель достигается тем, что ротационный вискозиметр, содержащий измерительный цилиндр и тахометр, закрепленные на оси электродвигателя, подключенного к выходу блока задания момента вращения, и регистратор, дополнительно снабжен узлом обработки информации, включающим в себя блок вычисления углового ускорения, интегратор, блок сравнения, блок памяти весовых коэффициентов, два блока умножения, блоки оценки угловой скорости и текущей вязкости, два элемента задержки и блок уп-5 равления.The goal is achieved by the fact that a rotational viscometer comprising a measuring cylinder and a tachometer mounted on the axis of an electric motor connected to the output of the torque setting unit, and the recorder is additionally equipped with an information processing unit including an angular acceleration calculation unit, an integrator, a comparison unit, a unit memory of weight coefficients, two blocks of multiplication, blocks of estimation of angular velocity and current viscosity, two delay elements and block of up-5 control.

Блок вычисления углового ускорения соответствующими входами соединен с выходами тахометра и блока за- |q дания момента вращения непосредственно^ а с выходами блока оценки текущей · вязкости - через первый элемент за- ₅держки.Выход блока вычисления углового ' ускорения соединён с первым дходом ._ интегратора, второй вход которого сое- ⁵динен с выходом блока’ оценки угловой скорости через второй элемент задержки. Выход интегратора соединен с первыми входами блока оценки угловой скорости и блока сравнения. Второй 20 вход блока сравнения подключен к выходу тахометра, а выход блока сравнения через один блок умножения соединен со вторым входом блока оценки угловой скорости, а через другой блок 25 умножения - с первым входом блока · оценки текущей вязкости, второй вход которого подключен к его ’выходу через первый элемент задержки. Выход блока оценки текущей вязкости подключен к блоку регистрации. Вторые входы блоков умножения подключены к соответствующим выходам блока памяти весовых коэффициентов. Выходы блока управления подклю- ® чены к управляющим входам блока вычисления углового ускорения, блока памяти весовых коэффициентов и блока регистрации.The unit for calculating the angular acceleration by the corresponding inputs is connected to the outputs of the tachometer and the unit for setting the moment of rotation directly ^ and to the outputs of the unit for estimating the current viscosity through the first delay element _{5. The} output of the unit for calculating the angular 'acceleration is connected to the first input ._ integrator, the second input of which soe- ⁵ of the connections to the output of 'the angular velocity estimation through the second delay element. The integrator output is connected to the first inputs of the angular velocity estimation unit and the comparison unit. The second 20 input of the comparison unit is connected to the output of the tachometer, and the output of the comparison unit through one multiplication unit is connected to the second input of the angular velocity estimation unit, and through the other multiplication block 25, to the first input of the current viscosity estimation unit, the second input of which is connected to it output through the first delay element. The output of the current viscosity estimator is connected to the registration unit. The second inputs of the multiplication blocks are connected to the corresponding outputs of the memory block weights. The outputs of the control unit are connected to the control inputs of the angular acceleration calculation unit, the weight coefficient memory unit and the registration unit.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого ротационного вискозиметра. 40The drawing shows a functional diagram of the proposed rotational viscometer. 40

Ротационный вискозиметр содержит измерительный цилиндр 1 и тахометр 2, закрепленные на? оси электродвигателя 3 постоянного тока, обмотка управления которого подключена к выходу 45 блока 4 задания момента вращения. Цилиндр 1 погружен в кювету 5, заполненную исследуемым веществом, например полимером. Вискозиметр также включает блок б вычисления углового ускорения, состоящий из последовательно соединенных блока 7 возведения угловой скорости в степень 3/2, блока 8 определения приведенного момента сопротивления исследуемого вещества и блока 9 вычитания, интегратор 10, блок 11 сравнения, блок 12 памяти весовых коэффициентов, первый 13 и второй 14 блоки умножения, блок 15 оцен- , ки угловой скорости,блок 16 оценки текущей вязкости, первый 17 и второй 18 60 элементы задержки, блок 19 регистрации, блок 20 управления. В блоке 6 вычисления углового ускорения вход блока 7 возведения в степень 3/2 и соединен с выходом тахометра 2, вто- 65 рой вход блока 8 определения приведенного момента сопротивления исследуемого вещества соединен через первый элемент 17 задержки с выходом блока 16 оценки текущей вязкости, второй вход блока 9 вычитания - с выходом блока 4 задания момента вращения. Выход блока 9 вычитания соединен с первым входом интегратора 10, второй вход которого соединен через второй элемент 18 задержки с выходом блока 15 оценки угловой скорости. Выход интегратора 10 соединен с первым входом блока 15 оценки угловой-скорости и с первым входом блока 11 сравнения , второй вход которого подключен к выходу тахометра 2. Выход блока 11 сравнения через первый блок 13 умножения соединен со вторым входом блока 15 оценки угловой скорости, а через второй блок 14 умножения - с первым входом блока 16 оценки текущей вязкости, второй вход которого подключен к его выходу через элемент 17 задержки, а выход - к блоку 19 регистрации. Вторые входы блоков 13 и 14 умножения подключены к соответствующим выходам блока 12 памяти весовых коэффициентов, а выходы блока 20 управления, подключены к управляющим входам блока 8 определения приведенного мо- _хмента сопротивления исследуемого вещества, блока 12 памяти весовых коэффициентов и блока 19 регистрации.The rotational viscometer contains a measuring cylinder 1 and a tachometer 2, mounted on? axis of the DC motor 3, the control winding of which is connected to the output 45 of the unit 4 for setting the torque. Cylinder 1 is immersed in a cuvette 5 filled with an analyte, for example a polymer. The viscometer also includes a block for calculating angular acceleration, consisting of a series-connected block 7 for raising the angular velocity to the power 3/2, block 8 for determining the reduced moment of resistance of the test substance and block for subtracting 9, an integrator 10, block 11 for comparison, block 12 for weight coefficient memory, the first 13 and second 14 multiplication blocks, an angular velocity estimation unit 15, a current viscosity estimator 16, a first 17 and a second 18 60 delay elements, a recording unit 19, a control unit 20. In the block 6 for calculating the angular acceleration, the input of the block 7 to the power of 3/2 is connected to the output of the tachometer 2, the second 65 input of the unit 8 for determining the reduced moment of resistance of the test substance is connected through the first delay element 17 to the output of the current viscosity estimating unit 16, the second the input of the subtraction unit 9 - with the output of the unit 4 for setting the torque. The output of the subtraction unit 9 is connected to the first input of the integrator 10, the second input of which is connected through the second delay element 18 to the output of the angular velocity estimation unit 15. The output of the integrator 10 is connected to the first input of the angular velocity estimation unit 15 and to the first input of the comparison unit 11, the second input of which is connected to the output of the tachometer 2. The output of the comparison unit 11 through the first multiplication unit 13 is connected to the second input of the angular velocity estimation unit 15, and through the second multiplication unit 14, with the first input of the current viscosity estimating unit 16, the second input of which is connected to its output through the delay element 17, and the output to the registration unit 19. The second inputs of blocks 13 and 14 multiply corresponding outputs are connected to the memory unit 12 weighting coefficients, and outputs control block 20 are connected to the control inputs of the detection unit 8 _x MO ment reduced resistance test substance, the storage unit 12 and the weighting coefficients registration unit 19.

Ротационный вискозиметр работает следующим образом.A rotational viscometer operates as follows.

Электродвигатель 3 постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов вращает измерительный цилиндр 1, закрепленный на Оси двигателя и помещенный в кювету 5 с исследуемым веществом. Постоянство момента вращения обеспечивается запиткой обмотки управления стабилизированным током от блок^ 4 задания момента вращения. С ростом момен-. та сопротивления на оси двигателя, вызванным увеличением вязкости исследуё- . мого вещества, скорость вращения измерительного цилиндра 1 уменьшается. Сигнал с тахометра 2, пропорциональный угловой скорости вращения, поступает на вход блока 7 узла обработки информации, который работает циклично.Каждый цикл включает п шагов вычисления.The DC motor 3 with excitation from permanent magnets rotates the measuring cylinder 1, mounted on the axis of the engine and placed in a cuvette 5 with the test substance. The constancy of the torque is ensured by feeding the stabilized current control winding from the unit ^ 4 of the torque setting. With the growth of moments. This resistance on the axis of the engine caused by an increase in viscosity is investigated. substance, the rotation speed of the measuring cylinder 1 is reduced. The signal from the tachometer 2, proportional to the angular velocity of rotation, is input to the unit 7 of the information processing unit, which operates cyclically. Each cycle includes n calculation steps.

Запуск устройства осуществляется сигналом с блока 20 управления, который поступает на управляющий вход блока 8 определения приведенного момента сопротивления исследуемого вещества.The device is launched by a signal from the control unit 20, which is fed to the control input of the unit 8 for determining the reduced resistance moment of the test substance.

Рассмотрим работу устройства на п-ом шаге вычисления. С выхода блока 7 поступает сигнал, равный значению угловой скорости вращения цилиндра 1 в степень 3/2, в блок 8, где умножается на сигнал, равный значению вязкости на предыдущем (п-Г)-ом шаге вычисления и поступающий с блока 16 оценки текущей вязкости через .элемент 17 задержки, в котором предварительно про исходит его задержка на временной интервал шага дискретности. Таким образом вычисляется значение приведенного' момента сопротивления среды на п-ом шаге.Consider the operation of the device in the fifth step of the calculation. From the output of block 7, a signal equal to the value of the angular velocity of rotation of cylinder 1 to the power 3/2 is supplied to block 8, where it is multiplied by a signal equal to the viscosity value in the previous (p-G) -th calculation step and coming from block 16 for evaluating the current viscosity through the delay element 17, in which it previously delays the time interval of the step of discreteness. Thus, the value of the reduced 'moment of resistance of the medium at the nth step is calculated.

Блок 9 вычитания формирует сигнал углового ускорения цилиндра 1 пу- ^Э тем вычитания выходного сигнала блока 8 из сигнала, пропорционального приведенному значению момента вращения двигателя и поступающего с блока 4 задания момента вращения.Subtracting unit 9 generates a signal of the angular acceleration of the cylinder 1 PU ^E subtracting 8 from the signal output unit a signal proportional to a reduced value of the engine torque and coming from block 4 tasks torque.

Таким образом, в блоке 6 вычисления углового ускорения формируется выходной сигнал на основании следующей известной зависимости для тела вращения в виде цилиндра 15 и + cw = σ , где W - угловая скорость вращения изС с^мерительного цилиндра* переменный параметр; характеризующий вязкость среда; приведенное значение момента сопротивления средыThus, in block 6 for calculating the angular acceleration, an output signal is generated based on the following known dependence for the body of revolution in the form of a cylinder 15 and + cw = σ, where W is the angular velocity of rotation from C from the measuring cylinder * a variable parameter; characterizing the viscosity of the medium; reduced value of the moment of resistance of the medium

U - приведенное значение момента вращения двигателяU - reduced value of engine torque

Сигнал углового ускорения с выхода блока 9 вычитания поступает на интег- ,θ ратор 10, который формирует априорную оценку угловой скорости на η-ом шаге вычисления путем интегрирования сигнала углового ускорения в течение времени шага дискретности и суммирования __ результата с сигналом, равным апостери* орной оценке угловой скорости на предыдущем (п-1)-ом шаге и поступающим с блока 15 оценки угловой скорости через элемент 18 задержки, осуществляющий задержку сигнала на временной ин- 40 тервал шага дискретности.The angular acceleration signal from the output of the subtraction unit 9 is fed to an integrator θ 10, which generates an a priori estimate of the angular velocity at the ηth calculation step by integrating the angular acceleration signal over the time of the step of discreteness and summing __ the result with the signal equal to a posterior estimating the angular velocity at the previous (n-1) th step and arriving from the angular velocity estimating unit 15 through the delay element 18, which delays the signal by a time interval of 40 steps of the resolution step.

С выхода блока 11 сравнения сигнал поправки по угловой скорости, равный разности значений угловой скорости с I тахометра 2 и априорной оценки угловойд$ скорости с интегратора 10, поступает на входы блоков 13 и 14 умножения, где умножается на соответствующие весовые коэффициенты, значения которых, аппроксимированные заранее по ковариационным моментам ошибок оценок, содержатся в блоке 12 памяти весовых коэффициентов для каждого шага вычисления и поступают в блоки 13 и 14 по сигналам с блока 20 управления.From the output of the comparison unit 11, the angular velocity correction signal equal to the difference between the angular velocity values from I tachometer 2 and the a priori estimation of the angular velocity $ from the integrator 10 is fed to the inputs of the multiplication blocks 13 and 14, where it is multiplied by the corresponding weight coefficients, the values of which are approximated in advance, according to the covariance moments of the estimation errors, are contained in the block 12 of the weight coefficient memory for each calculation step and are sent to blocks 13 and 14 by signals from the control unit 20.

Сигналы с выходов интегратора 10 ” и блока 13 умножения суммируются блоком 15 оценки угловой скорости, формирующим окончательную (апостериорную) оценку*-скорости измерительного цилиндра на п-ом шаге вычисления кото-^О рая запоминается элементом ₍18 задержки для вычислений на следующем шаге.The signals from the outputs of the integrator 10 ”and the multiplication unit 13 are summed by the angular velocity estimator 15, which forms the final (a posteriori) estimate of the * -speed of the measuring cylinder at the fifth step of calculating which paradise is stored by the element ₍ 18 delays for calculations in the next step.

Блок 16 оценки текущей вязкости формирует сигнал, равный вязкости среды на п-ом шаге вычисления, путем , £5 суммирования выходного сигнала с блока 14 умножения с сигналом, равным оценке вязкости на предыдущем (п-1)-ом шаге вычисления и поступающим с выхода блока 16 через элемент 17 задержки.The current viscosity estimation unit 16 generates a signal equal to the viscosity of the medium in the fifth step of calculation, by adding £ 5 to the output signal from the multiplication block 14 with a signal equal to the viscosity estimate in the previous (p-1) th calculation step and coming from the output block 16 through the delay element 17.

Определяемые заранее начальные условия , необходимые для вычислений на первом шаге первого цикла, хранятся в блоках 12, 15 и 16. По окончании цикла по сигналу с блока 20 управления значения вязкости с блока 16 поступают на блок 19 регистрации. Новый цикл вычислений, учитывающий оценки предыдущего цикла, начинается по сигналу с блока 20 управления на управляющий вход блока 8. Заканчивается работа по сигналу Стоп с блока управления. Узел обработки информации реализуется на типовых элементах цифровой вычислительной техники. Длительность цикла и шаг дискретности по времени выбираются, исходя из требований по точности и быстродействию.The initial conditions determined in advance for the calculations at the first step of the first cycle are stored in blocks 12, 15 and 16. At the end of the cycle, according to the signal from the control unit 20, the viscosity values from block 16 are sent to the registration unit 19. A new cycle of calculations, taking into account the estimates of the previous cycle, begins with a signal from the control unit 20 to the control input of block 8. The work ends with the Stop signal from the control unit. The information processing unit is implemented on typical elements of digital computer technology. The duration of the cycle and the step of discreteness in time are selected based on the requirements for accuracy and speed.

Таким образом, введение в ротационный вискозиметр узла обработки информации позволяет автоматически измерять вязкость при изменении физико-химического состояния вещества, а также повысить точность за счет исключения субъективных оценок, имеющих место при обработке информации исследователем.Thus, the introduction of an information processing unit into a rotational viscometer allows the viscosity to be automatically measured when the physicochemical state of a substance changes, as well as to improve accuracy by eliminating subjective estimates that occur when the researcher processes information.

Claims

1. The patent of France 2165178, cl. G 01 N 11/00, 1973.

2. Loksha V.K. and Verinnina V.V. Electric Viscometer with contactless AC motor. , laboratory, 1964, b (prototype),