SU864062A1 - Способ определени реологических характеристик веществ и устройство дл его реализации - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ . ХАРАКТЕРИСТИК ВЕЩЕСТВ И УСТРОЙСТВО

,1.

Изобретение относитс  к области ;1сследовани  физико-механических свойств, конкретнее, к методам определени  их реологических характеристик , и предназначено дл  определени  в зкоупругих свойств веществ как органического , так и неорганического происхождени , например, в процессе их синтеза, при сн тии релаксационного спектра веществ фиксированной физико-химической структуры.. Изобретение также может быть использовано при создании измерительных преобразователей дл  автоматического дистанционного управлени  различнымитехнологическими процессами, контрол  в зкости и упругих свойств .топлива и различных жидких сред, в частности , при загр знении рек и озер промышленными отходами и сточными водами .

Известен способ определени  реологических характеристик веществ, основанный на вибрационном методе, осуществл емом путем периодической деформации образца, помещенного в кювету, от внешнего источника вибрации при помощи штока с зондом, погруженным в исследуемый образец. О реологических характеристиках образДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

ца при этом суд т по изменению параметров колебаний штока с зондом Ц. По известному способу о в зкопругих свойствах вещества суд т по разности между задаваемым и измер емым углами поворота зонда, а раздельное определение уп эугой и в зкой составл ющих комплексного модул  осущёствл ют графически, при помощи двухко10 ординатного регистратора. На графике по ос м откладываютс  ве.г1ичины задаваемого и измер емого воздействи . Если вещество обладает чисто в зки ми свойствами, то на графике будет

15 изображен пр моугольник, расположенный горизонтально, высота которого пропорциональна в зкости, а ширина величине , задаваемого угла поворота. ЕСЛИ вещество обладает упругими свойствами , то на графике будет изобра20 жена пр ма  лини  с наклоном, угол которого пропорционален величине модул  упругости. ЕСЛИ вещество обладает в зкими и упругими свойствами,

25 то пр моугольник, высота которого пропорциональна в зкости, будет повернут на угол, пропорциональный модулю упругости.

Таким образом, определение в зкой и упругой составл ющих по этому способу требует дополнительной 1-рафо-пналитической обработки.

Недостатком такого способа  вл етс  то, что снижаетс  точность измерении при исследовании веществ с заданн 1ми физико-механическими свойствами , а его использование дл  исследовани  процессов изменени  в зкости и модул  упругости веществ затруд(ительно, так как резко снижаетс  точность измерений вследствие размазывани  графика. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению  вл етс  способ определени  реологических характеристик веществ путем деформации .исследуемой среды с помощью колебаний чувствительного элемента о внешнего источника, измерени  реакции среды по отклонению амплитуды этих колебаний и компенсации этого отклонени  путем регулировани  подвоДИМОЙ энергии 2.

Этот способ реализуют устройством содержащим корпус с размещенным в нем штоком с зондом, кювету, привод, датчики перемещени  и усили , выходы которых св заны со входами формровател  сигналаУпругости, выход которого соединен со входом исполнительного блока канала упругости, выход которого всвою очередь св зан со ВХОДОМ обратного преобразовател  модул  упругости.

Отклонени  амплитуды колебани  штока с зондом по известному способу обусловлены как в зкими, так и упругими свойствами исследуемого вещества .

Однако выделение в зкой и упругой составл ющих и одновременное их измерение с высокой точностью невозможны

Использование в этом способе обратного преобразовател  модул  упругости позвол ет повысить точность измерени  упругой составл ющей, одна ко не позвол ет полностью исключить взаимное вли ние в зкой и упругой составл ющих в процессе измерени  а также выделить упругую составл ющую .

Целью изобретени   вл етс  повы .шени  точности при одновременном измерении в зкой и упругой составл ющих комплексного модул  и расширени диапазона измерений.

Это достигаетс  тем,что по предлагаемому спосо.бу реакцию исследуемой среды определ ют путем одновременного измерени  амплитуды колебаний зонда чувствительного элемента, составл ющих комплексного модул , одна из которых пропорциональна  усилию сопротивлени  деформации исследуемой среды, а втора  - скорости перемещени  чувствительного элемента , формируют сигналы, пропорциональные активной и реактивной составл ющим комплексного модул  путем

перемножени  составл ющей пропорциональной усилию сопротивлени  деформа ции соответственно с отклонением амплитуды колебаний чувствительного элемента зонда и скоростью его перемщени , устран ют вли ние активной составл ющей комплексного модул  на процесс измерени  его реактивной составл ющей, а на процесс измерени  активной составл ющей - вли ние реак тивной составл ющей комплексного модл , компенсиру  отклонение в зкой и упругой составл ющих комплексного модул  посредством создани  усилий, равных им по величине и обратных по знаку с помощью обратных преобразователей в зкости и упругости-таким образом , что свод т к нулю их изменение с помощью исполнительных устройств канала модул  упругости и канала в зкости.

Такой способ может быть осуществлен , устройством дл  определени  реолгических характеристик веществ, содежащим корпус, с размещенным в нем штоком с зондом, кювету, привод, датчики перемещени  и усили , выходы которых св заны со входами формировател  сигнала упругости, выход которого соединен с входом исполнительного блока канала упругости, выход которого в свою очередь св зан со входом обратного преобразовател  модул  упругости, снабженным измерителем скорости перемещени шТока, обратным преобразователем в зкости, формирователем сигнала в зкости и исполнительным блоком канала в зкоети , причем статоры обратного преобразовател  в зкости и измерител  скорости перемещени  закреплены на корпусе устройства, а их  кори укреплены на штоке и электрически св заны между собой, выход измерител  скорости соединен со входом формировател  сигнала в зкости, второй вход которого соединен с выходом датчика усили / а выход - со входом исполнительного блока канала в зкости, выход которого св зан со статором обратного преобразовател  в зкости.

Дл  изменени  частбты пробных колебаний в широком диапазоне устройство снабжено блоком изменени  частоты , св занным с приводом перемешени  штока.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства дл  определени  реологических характеристик.

Claims (2)

1. Устройство содержит шток 1, заканчивающийс  сменным зондом 2,погруженным в кювету 3 с исследуемым веществом 4, Другой конец шгока через пружину 5, втулку 6, кулачок 7 и блок 8 изменени  частоты св зан с приводом 9, при помощи которого шток 1 и зонд 2 совершают колебательное движение заданной амплитуды и частоты, величина которой может измен тьс  в ыироком диапазоне. На корпусе (на черте же не показан) устройства установле ны датчик 10 перемещенч  штока 1, м нитопровод Не катушками 12 обратн го преобразовател  упругости, посто  нный магнит 13 измерител  скорости перемещени  штока 1 и катушки 14 ст тора обратного преобразовател  в зкости . На штоке 1 укреплены  корь 15 да чика 10 перемещени  и  корь 16 датчика 17 усили , корпус которого св  зан со втулкой 6, а выходной сигнал пропорционален разности входных колебаний и колебаний штока 1. На што ке 1 укреплены  корь 18 обратного преобразовател  упругости,  корь 19 измерител  скорости перемещени  што ка и  корь 20 обратного преобразовател  в зкости. Выход датчика 10 перемещени  эле трически св зан с первым входом фор мировател  21 сигнала упругости, вт рой вход которого св зан со вторым -ВЫХОДОМ датчика 17 усили , а выход с исполнительным блоком 22 канала упругости, выход которого в свою очередь св зан с катушками 12 обрат ного преобразовател  упругости. На  коре 19 измерител  скорости перемещений укреплена катушка 23, второ выход, которой электрически св зан с обмоткой 24  кор  20 обратного пр образовател  в зкости, первый выход св зан с первым входом формировател  25 сигнала в зкости, второй вход которого электрически св зан с первым выходом датчика 17 усили , а выход - с исполнительным блоком 26 канала в зкости, выход которого эле трически св зан с катушками 14 статора обратного преобразовател  в зкости . Устройство дл  определени  реоло гических характеристик веществ работает следующим образом. В случае отсутстви  вещества 4 в кювете 3 при колебани х штока 1 с зондом 2 от привода 9 выходные сигналы датчиков 1-7 и 10 и катушки 23 измерител  скорости определ ютс  параметрами электродинамической системы , и формирователи 21 и 25 ..настраивают так, чтобы их выходные сигна лы были равны нулю. Это определ ет отсутствие тока в катушках 12 и 14 обратных преобразователей. При наличии вещества 4 в кювете 3 возникает сопротивление перемещению зонда 2, что приводит к изменению выходных сигналов датчиков 10 и 17 и обмотки 23  кор  19 измерител  скорости перемещени  штока с зондом. В формирователе 21 формируетс  сигнал, пропорциональный упругим свойствам вещества, и это обусла ливает по вление тока на выходе исполнительного блока 22 и в катушке 12 обратного преобразовател  упругос ти, причем пол рность сигнала в катушке 12 такова, что возникающа  электромагнитна  сила св зи  кор  18 и сердечника 11 направлена встречно возникающему сопротивлению исследуемого вещества. Ток в катушке 12 измен етс  до тех пор, пока не скомпенсируетс  полностью сила, сопротивлени  вещества, и сигнал на выходе формировател  21 не станет равным нулю. Ток В катушке 12 обратного преобразовател  упругости пропорционален модулю упругости вещества. .Возникающее изменение измер емых . координат скорости штока с зондом и усили  приводит к отклонению выходной координаты формировател  25 в зкости пропорционально в зким свойствам вещества , что обуславливает наличие сигнала на выходе исполнительного блока 26 и, следовательно, тока в катушке 14 статора обратного преобразовател  в зкости. Знак тока в катушке 14 статора обратного преобразовател  в зкости определ ет направление магнитного потока таким образом, что возникающее в  коре 20 усилие направлено встречно в зко-упругому сопротивлению перемещению зонда 2 в исследуемом образце 4. Изменение тока в обмотке 14 статора обратного преобразовател  в зкости происходит до тех пор, пока сигнал на выходе формировател  25 не станет равным нулю, что определ ет компенсацию в зкой составл ющей вещества электромагнитной силой обратного преобразовател  в зкости. Ток на выходе исполнительного блока 26 пропорционален в зкости вещества. Очевидно, что выходной сигнал формировател  21 зависит как от упругой, так и от .в зкой составл ющих комплексного модул , поэтому компенсаци  в зких свойств исследуемого образца электромагнитной в зкостью обратного преобразовател  в зкости обеспечивает независимость выходного сигнала формировател  21 от в зкой доставл ющей. Компенсаци .упругой составл ющей модул  вещества с помощью обратного преобразовател  упругости обеспечивает независимость выходного сигнала формировател  25 от упругой составл ющей. Частотные свойства динамической системы остаютс  посто нными, что позвол ет измен ть в широких пределах частоту пробных колебаний зонда с помощью блока 8 изменени  частоты. Предлагаемое изобретение обеспечивает возможность одновременного, измерени  модул  упругости и в зкости в любом диапазоне их изменени , позвол ет получить новые сведени  о кинетике, процессах полимеризации поликонденсации, процессах тромбообразовани , так как впервые возникает возможность непрерывного и одновременного получени  информации о динамических свойствах процессов структурировани , набухани  полимеров , процессов коагул ции крови. Посто нство динамических свойств предлагаемого устройства обеспечива ет точную и достоверную информацию о в зкоупругих характеристиках исследуемого вещества в широком частот ном диапазоне пробных воздействий . Использование иэ.обретени  в качестве измерительного преобразовате л  в технологических процессах синтеза новых материалов позволит полу чить значительный экономический эффект (примерно 150000 р на одно уст ройство). Формула изобретени  1. Способ определени  реологичес ких Характеристик веществ путем деформации исследуемой среды с помощь колебаний чувствительного элемента от внешнего источника, измерени  реакции среды по отклонению амплитуды этих колебаний и компенсации этого отклонени  путем регулировани  подводимой энергии, отлича ющийс  тем, что, с целью повышени  точности при одновременном измерении в зкой и упругой составл ющих комплексного модул  и расши рени  диапазона измерений, реакцию исследуемой среды определ ют путем одновременного измерени  амплитуды колебаний чувствительного элемента, составл ющих компексного модул , одна из которых пропорциональна уси лию сопротивлени  деформации исследуемой среды, а втора  - скорости перемещени  чувствительного элемент формируют сигналы, пропорциональные aкт fвнoй и реактивной составл ющим комплексного модул  путем перемноже ни  составл ющей пропорциональной усилию сопротивлени  деформации-соответствейГйо с отклонением амплитуды колебаний чувствительного элемента и скоростью его перемещени ,, устран ют вли ние активной составл ющей комплексного модул  на процесс измерени  его реактивной составл кицей , а на процесс измерени  а.ктив ой составл ющей - вли ние реактивной составл ющей комплексного моду- л , компенсиру  отклонение в зкой и упругой составл ющих комплексного модул  посредством создани  усилий равных им по величине и обратных по знаку, при помощи обратных пре образователей в зкости и упругости таким образом, что свод т к нулю их изменение при помощи исполнительных устройств канала модул , упругости и канала в зкости. 2. Устройство дл  реализации способа по П.1, содержащее корпус с размещенными в нем штоком с зондом, кювету/привод , датчики перемещени  и усили , выходы которых св заны со входами формировател  сигнала упругости , выход которого соединен со входом исполнительного блока канала упругости, выход которого в свою оч ередь св зан со входом обратного преобразовател  модул  упругости, о т личающеес   тем, что, оно снабжено измерителем скорости перемещени  штока, обратным преобразователем в зкости, формирователем сигнала в зкости и исполнительным блоком канала в зкости, причем статоры измерител  скорости и обратно .го преобразовател  в зкостц закреплены на корпусе, а их  кор  закреплены на штоке и электрически св заны между собой, выход измерител  скоррсти соединен со входом формировател  сигнала в зкости, второй вход которого соединен с выходом датчика усили , а выход - со входом исполни-, тельного блока канала в зкости, которого св зан со статором обратного преобразовател  в зкости. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Патент США, № 3722262, кл. 73-59, опублик. 1973.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 507805, кл. G 01 N 11/14, 1974.