SU828020A1 - Эластовискозиметр - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к области исследовани  физико-механических свойств вещества , а именно к информационно-измерительным преобразовател м и предназначено дл  определени  в зкоупругих характеристик и материалов как органического, так и неорганического происхождени . Известно устройство 1 дл  измерени  динамического модул  упругости G и динамической в зкости исследуемого материала , основанное на измерении модул  динамической системы и фазы ее колебаний с последующей коррел ционной обработкой результатов измерений и расчетов величин GI и TI ПО аиалитическим выражени м с помощью ЦВМ. Выбором числа периодов дл  расчета коррел ционных функциГ может быть достигнута высока  точность измерений измер емых величин G и г) материала . Недостатком известного устройства  вл етс  принципиальна  невозможность измерени  составл ющих комплексного модул  материала при их изменении во времени. Кроме того, в расчетных формулах есть посто нные коэффициенты (упругость вспомогательных пружин, собственное демпфирование и др.), характеризующие электромеханическую часть, устройства, которые могут измен тьс  в зависимости от условий эксперимента, внешних условий, что, в конечном итоге, приводит к снижению точности измерений. Известно устройство, реализующее способ определени  в зкоэластических свойств полимеров 2, содержащее корпус, шток с зондом, св занный с приводом задающих перемещений, кювету дл  исследуемого вещества и датчик амплитуды перемещени  штока. Это устройство позвол ет получить информацию о комплексном модуле вещества , а такЛСе изучать процессы его изменени  во вре.мени. Выделение модул  и фазы колебаний динамической системы либо определение составл ющих комплексного модул  вещества нзвестным устройством требует вторичной обработки результатов, что значительно снижает точность измерений динамической в зкости и динамического модул  упругости. Известно устройство дл  измерени  динамического модул  упругости вещества, например эластомер 3, содержащий корпус, шток с зондом, св занный с приводом задающих перемещений, кювету дл  исследуемого вещества, датчики перемещени  щтока н усили , развиваемого исследуемым веществом , выходами св занные со входом формировател  сигнала канала модул  упругости , выходом св занного со входом исиолнительного блока канала модул  уаругости , выход которого св зан со входом обратного преобразовател  модул  yiipyrocni. Использование параметрического KOMiieHcaтора , реализованного в виде обратного преобразовател  модул  упругости, позвол ет обеспечить высокую точность измерени  модул  упругости. В то врем  в большинстве технологических процессов требуетс  получение информации и о в зкой составл ющей комплексного модул . Одновременно измерение в зкости и модул  упругости вещества в ходе технологического процесса открывает возможности автоматизации измерений, решени  задач стаоилизации физико-механических свойств конечного продукта.

Известен также эластовискозиметр 4J, содержащий корпус, шток с зондом, св занный с приводом задающих колебаний, кювету дл  исследуемого вещества, датчики перемещени  щтока, усили  и скорости перемещени  щтока, обратные иреооразователи модул  упругости и в зкости, состо щие из статора и  корей, закрепленных соответственно на корпусе и штоке, формирователи сигнала модул  упругости и в зкости, исполнительные блоки каналов модул  упругости и в зкости, причем выходы датчиков , перемещени  штока и усили  соединены со входами формировател  сигнала модул  упругости, выход которого через исполнительный блок канала модул  упругости св зан с  корем обратного преобразовател  модул  упругости, а выходы датчиков перемещени  штока и усили  соединены со входами формировател  сигнала в зкости, выход которого через исполнительный илок канала в зкости св зан со статором обратного преобразовател  в зкости, а выход датчика скорости перемещени  штока св зан с  корем обратного преобразовател  в зкости.

Эластовискозиметр позвол ет одновременно измер ть в зкую и упругую составл ющие комплексного модул  в достаточно широком диапазоне их изменени . Однако сложность конструкции, обусловленна  наличием двух обратных преобразователей, датчики скорости перемещени  штока и формирователей сигналов упругости и в зкости в виде аналоговых множительных устройств , имеющих невысокую точность, снижает точность измерени  реологических характеристик веществ и требует фильтрации второй гармоники входного сигнала на выходах исполнительных блоков.

Цель предлагаемого изобретени  - упрощение конструкции и повышение точности измерени  составл ющих комплексного модул .

Цель достигаетс  тем, что в известный эластовискозиметр, содержащий корпус, щток с зондом, св занный с приводом задающих перемещений, кювету дл  исследуемого вещества, датчик перемещени  штока, ооратный преобразователь, статор и  корь которого закреплены на корпусе и штоке соответственно, исполнительные блоки, первый из которых выходом подключен к об .мотке  кор  и обратного иреооразовател , введены датчик задающего перемещени , блоки определени  модул  и фазы комплексного модул  и фазовращатель, причем входы блоков определени  модул  и фазы комплексного модул  св заны с выходами датчиков перемещени  штока и задающего перемещени , первый вход фазовращател  соединен с выходом датчика перемещени  штока, его второй вход - с выходом второго исполнительного блока, а выход - с осмоткой статора осратного преооразовател , входы первого и второго ислолннтельных иликов подключены к выходам блоков определени  модул  и фазы комплексного модул  соответственно.

На чертел е нриведена схема предлагаемого эластовискизиметра.

Эластовискозиметр содержит электродвигатель 1, вал которого через профилированный кулачок 2 св зан с подвижным стаканом 3, на наружной поверхности которого закреплена шторка 4 фотоэлектрического датчика задающих пере.мещений. Ь стакане 3 с помощью пружнны о упруго подвешен шток 6, на котором укреплены шторка 7 датчика неремещени  штока,  корь обратного преобразовател  с катушкой 8 и зонд 9, погруженный в кювету 1U с исследуемым веществом 11. Фотоэлектрические датчики задающего перемещени  и перемещени  штока включают также ненодвижные основани  12 н 13 и установленные на них источники излучени 14 и 15 (например светодиоды и фотодиоды 16 и 17). Статор 18 обратного преобразовател  с катушкой 19 укреплен на корпусе прибора (не показан). Кроме того, эластовискозиметр содержит блоки определени  модул  20 и фазы 21 комплексного модул , представл ющие собой соответственно амплитудный и фазовый детекторы, исполнительные блоки 22 и 23 каналов модул  и фазы, состо щие из последовательно соедиьенных интегратора и усилител , регистрирующие блоки 24 и 25 каналов модул  н фазы и фазовращатель 26. Входы блоков определени  модул  20 и фазы 21 комплексного модул  соединены с выходами фотодиодов датчика перемещени  щтока и задающего перемещени , а их выходы соединены со входами исполнительных блоков 22 и 23 канала модзл  и фазы соответственно. Первый вход фазовращател  26 соединен с выходом датчика перемещени  штока, его второй вход - с первым выходом исполнительного блока канала фазы 23, а выход соединен с обмоткой IS статора 18 обратного преобразовател  комплексного модул , сбмотка  кор  8 обратного иреобразовател  соединена с первым выходом иcпOv нитeльнoгo блока 22 канала модул . Регистраторы 24 и 25 подключены к вторым выходам исполнительных блоков 22. и 23 каналов модул  и фазы соответственно .

Эластовискозиметр работает следующим образом.

Электродвигатель 1 вращает профилированный кулачок 2, который вынуждает подвижный стакан 3 соверщать колебани  по синусоидальному закону. Эти колебани  через пружину 5 передаютс  на щток 6 с зондом 9 и преобразуютс  соответствующими датчиками в электрические сигналы перемещени  щтока и задающего перемещени , которые поступают с выходов фотодиодов 16 и 17 на блоки определени  модул  20 и фазы 21 комплексного модул  настроенных таким образом, чтобы при отсутствии вещества в кювете 9 их выходные сигналы принимают нулевые значени , что обуславливает отсутствие сигналов на входах исполнительных блоков 22 и 23 в каналах модул  и фазы, при этом на выходе фазовращател  26, мен ющего фазу колебаний , поступающих на его вход с выхода фотодиода 17 датчика перемещени  щтока, в зависимости от сигнала с исполнительного блока 23 будет сигнал, равный по амплитуде и фазе сигналу датчика перемещени  щтока. Этот сигнал поступает на обмотку 19 статора 18 обратного преобразовател , а в обмотке  кор  8 обратного преобразовател  ток будет отсутствовать, таким образом, обратный преобразователь не будет развивать компенсирующего усили  и амплитуда и фаза перемещени  штока будет обусловлена свойствами механической части прибора (упругостью пружины, массой , собственным демпфированием).

При наличии вещества в кювете 10, за счет его реологических свойств на заданной частоте деформации измен етс  амплитуда и фаза перемещений щтока, что приведет к по влению сигналов на выходах блоков определени  модул  20 и фазы 21 комплексного модул , которые пропорциональны изменению амплитуды и фазы перемещений щтока, пролорциокальных, в свою очередь, модулю и фазе комплексного модул . Эти сигналы интегрируютс  и усиливаютс  в исполнительны.к блоках 22 п 23 и вызывают, с одной стороны - изменение фазы сигнала на выходе фазовращател  26, с другой стороны - по вление тока в обмотке  кор  обратного преобразовател , обуславливающего по вление компенсирующей силы, действующей на шток 6. Это будет происходить до тех пор, пока модуль и фаза силы компенсапии не будут равны по модулю и фазе силы, возникающей за счет в зко-упругих свойств вещества. При выполнении этого услови  амплитуда и фаза перемещений щтока станет такой же, как и при отсутствии вещества, при этом

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

Устройство позвол ет упростить конструкцию эластовискозиметра за счет исключени  одного обратного преобразовател , датчика скорости перемещени  щтока и новысить точность измерени  комплексного

модул  вещества из-за исключени  аналоговых множительных устройств, что позвол ет измер ть реологические характеристики веществ с малыми значени ми комплексного модул  упругости.

-л

Claims (4)

1.Rheol. Acta № 2, 1969, p. 201-205.

2.Авторское свидетельство СССР jXo 267163, кл. G 01N 11/16, 1968.

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

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