SU890151A1

SU890151A1 - Elastisity viscometer

Info

Publication number: SU890151A1
Application number: SU802917965A
Authority: SU
Inventors: Модест Сергеевич Катков; Виктор Алексеевич Кузнецов; Владислав Леонидович Капитанов; Наталия Владимировна Кузнецова
Original assignee: Ленинградский Институт Авиационного Приборостроения
Priority date: 1980-04-28
Filing date: 1980-04-28
Publication date: 1981-12-15

Description

1one

Изобретение относитс к области исследовани физико-механических свойств вещества, а именно к информационно-измерительным преобразовател м и предназначено дл определени в зкоупругих характеристик материалов как органического, так и неорганического происхождени .The invention relates to the field of studying the physicomechanical properties of a substance, namely, information and measuring converters, and is intended to determine the viscoelastic characteristics of materials of both organic and inorganic origin.

Известно устройство дл измерени динамического модул упругости G и динамической в зкости il исследуемого материала, основанное на измерении модул дина№€ческой систеьвй и фазы ее колебаний с последующей, коррел ционной обработкой результатов измерени и расчетов величин G и по аналитическим выражени м с помощью ЦВМ. Выбором числа периодов дл расчета коррел ционных функций может быть достигнута высока прочность измерений измep e ыx величин G и Vj материала 1 J.A device is known for measuring the dynamic modulus of elasticity G and dynamic viscosity il of the material under study, based on measuring the modulus of the dynamic system and its phase of oscillation with subsequent correlation processing of measurement results and calculations of G values and analytical expressions using a digital computer. By choosing the number of periods for calculating the correlation functions, high strength measurements can be achieved by measuring the e s of the G and Vj values of material 1 J.

Недостатком известного устройства вл етс принципиальна невозможностьA disadvantage of the known device is the principle impossibility

измерени составл ющих кo rшeкcнoгo модул материала при их изменении во времени. Кроме того, в расчетных формулах есть посто ннь е коэффициенты (упругость вспомогательных пpy собственное демпфирование и др./ , характеризующие Электр о-механи1 еск)ю часть устройства, которые могут измен тьс в зависимости от условий эксперимента , внешних условий, что, в коto нечном итоге, приводит к снижению точности измерений.measurements of the components of the shell of a material module as they change over time. In addition, in the calculation formulas there are constant coefficients (elasticity of the auxiliary pl own damping, etc.), characterizing the Electr o-mechanic ESC) part of the device, which may vary depending on the experimental conditions, external conditions that, In the end, leads to a decrease in measurement accuracy.

Известно устройство, реализующее способ определени в зкоэластичных It is known a device that implements the method of determination in zcoelastic

15 свойств полимеров, содержащее корпус, шток, с зондом, св занный с приводом задающих перемещений, кювету дл исследуемого вещества и датчик амплитуды перемещени штока. Это устройство 15 properties of polymers, comprising a housing, a stem, a probe, associated with a drive of driver motions, a cuvette for the test substance, and a sensor for the amplitude of the stem movement. This device

20 позвол ет получить информацию о комплексном модуле вещества, а также изучать процессы его изменени во времени 2. 3 Однако выделение модул и фазы колебаний динамической системы либо определение составл ющих комплексного модул вещества известным устройством требует вторичной обработки результатов , что значительно снижает точность измерений динамической в зкости и динамического модул упругости. Известно устройство дл измерени в зкой и упругой составл ющих комплек сного модул , содержащее корпус, шток с зондом, св занный с приводом задающих перемещений, кювету дл исследуемого вещества, датчик перемещени што ка, обратный преобразователь, статор и корь которого закреплены соответст венно на корпусе и штоке, блоки опред . лени модул и фазы комплексного модул , фазовращатель и исполнительные блоки, 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 об моткой статора обратного преобразовател , входы первого и второго исполнительных блоков подключены к выходам блоков определени модул5§ и фа зы комплексного модул соответственно , выход первого исполнительного блока подключен к обмотке кор обратного преобразовател . Применение блоков определени модул и фазы комплексного модул в виде амопитудного и фазового детекторов позвол ет обеспечить высокую точность измерени модул и фазы комплексного модул 3Однако в большинстве технологических процессов требуетс получение информации о величинах в зкости и модул упругости. Дл определени их требуетс дополнительное вычислительное устройство, содержащее перемножители. Кроме того, амплитудный и фазовый детекторы и особенно, фазовращатель, вл ютс сложными техническими устрой ствами. Наиболее близким по технической реализации и максимальному количеству общих существеша1х признаков с за вл емым вл етс эластовискозиметр, содержащий корпус, щток с зондом, св занный с приводом задакнцих колебаний, кювету дл исследуемого вещества, датчики перемещени штока, усили и скорости перемещени штока, обратные 1. 4 преобразователи модул упругости и в зкости, состо щие из статоров и корей , закрепленных соответственно на корпусе и штоке, формирователи сигналов модул упругости и в зкости, выполненнь1е в виде множительных устройств , 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 скорости перемещени штока и усили соединены с входами формировател сигнала в зкости, выход которого через исполнительный блок канала в зкости св зан со статором обратного преобразовател в зкости, а выход датчика скорости перемещени штока св зан с корем обратного преобразовател . Целью изобретени вл етс упрощение конструкции и повышение точности измерени составл юп их комплексного модул . Указанна цель достигаетс тем, что в известный э астовискозиметр, содержащий корпус, шток fc зондом, св занный с приводом задающих перемещений , кювету дл исследуемого вещества , обратные преобразователи модул упругости и в зкости, состо щие из статоров и корей, закрепленных соответственно на корпусе и штрке, датчик перемещени штока, выход которого соединен с сигнальным входом формировател сигнала модул упругости, датчик скорости перемещени штока, выход которого соединен с корем обратного преобразовател в зкости, исполнительный блок канала модул упругости, вход которого соединен с выходом формировател сигнала модул упругости, а выход св зан с корем обратного преобразовател модул упругости, исполнительный блок канала в зкости, вход которого соединен с выходом формировател сигнала в зкости, а выход св зан со статором обратного преобразовател в зкости, введены генератор импульсов фиксации, синхронизируюпщй вход которого св зан с приводом эадающих перемещений, а формирователи сигналов модул упругости и в зкости выполнены в виде управл емых ключей, причем управл ющие входы формировате5820 allows you to get information about the complex module of a substance, as well as to study the processes of its change over time.2 However, the separation of the modulus and phase of oscillations of a dynamic system or the determination of the components of a complex module of a substance by a known device requires secondary processing of the results, which significantly reduces the accuracy of measurements of the dynamic viscosity and dynamic modulus of elasticity. A device for measuring the viscous and elastic components of a complex module is known, comprising a housing, a stem with a probe, associated with a drive of driver motions, a cuvette for a test substance, a rod displacement sensor, an inverter, a stator and a bark of which are fixed respectively to the housing. and stock blocks opred. module and phase of the complex module, phase shifter and executive units, the module definition and module complex phase inputs are associated with the outputs of the rod displacement and reference movement sensors, the first input of the phase rotator is connected to the output of the rod displacement sensor, its second input is with the output of the second actuator block, and the output - with a winding of the inverter stator, the inputs of the first and second execution units are connected to the outputs of the definition module modules 5§ and the phases of the complex module, respectively , The output of the first execution unit is connected to the armature winding of inverter. The use of modules for determining the modulus and phase of the complex modulus in the form of ampeech and phase detectors ensures high accuracy of measurement of the modulus and phase of the complex modulus 3. However, most technological processes require obtaining information on viscosity and modulus of elasticity. To define them, an additional computing device containing multipliers is required. In addition, the amplitude and phase detectors, and especially the phase shifter, are sophisticated technical devices. The closest in technical implementation and the maximum number of common existing characteristics with the claimed is an elastoviscometer, comprising a housing, a probe with a probe, connected with a drive of closed oscillations, a cuvette for the test substance, rod displacement sensors, force and speed of the rod movement, inverse 1 4 transducers of the modulus of elasticity and viscosity, consisting of stators and cores, mounted respectively on the body and the rod, the formers of the signals of the modulus of elasticity and viscosity, made in the form of multiplying devices, executive units of the elastic modulus and viscosity channels, the outputs of the rod displacement sensors and the force connected to the inputs of the elastic modulator signal generator, the outputs of which through the executive module of the channel of the elastic modulus are connected to the core of the elastic modulus inverter and the forces are connected to the inputs of the viscosity signal generator, the output of which is connected to the stator of the inverse viscosity converter through the viscosity channel execution unit, and the output of the dates The rod speed is connected to the inverter core. The aim of the invention is to simplify the design and improve the accuracy of measurement of components of their complex module. This goal is achieved by the fact that, in a well-known electronic astrological viscometer, comprising a housing, a stem fc probe, associated with a drive of driver motions, a cuvette for the test substance, inverse transducers of the elastic modulus and viscosity, consisting of stators and cores, respectively mounted on the housing and line, a rod displacement sensor, the output of which is connected to the signal input of a signal modulator of the elastic modulus, a speed sensor of the stem movement, the output of which is connected to the core of the inverse viscosity converter, A unit of the elastic modulus channel, whose input is connected to the output of the signal generator of the elastic modulus, and the output is connected to the core of the inverter of the elastic modulus, the executive unit of the viscosity channel, whose input is connected to the output of the viscosity signal generator, and the output is connected to the return stator viscosity converter, a fixation pulse generator is introduced, the synchronizing input of which is connected to the drive displacement, and the modulus of elastic modulus and viscosity signals are made in the form of controlled keys whose and the control inputs are forma58

лей сигналов модул упругости и в зкости соединены с соответствующими выходами генератора импульсов фиксации , а сигнальный вход формировател сигнала в зкости соединен с выходом датчика перемещени штока.The signals of the modulus of elasticity and viscosity are connected to the corresponding outputs of the latch pulse generator, and the signal input of the viscosity signal generator is connected to the output of the rod displacement sensor.

На фиг. 1 изображена схема описываемого эластовискозиметра; на 4иг. 2 - один из возможных вариантов выполнени генератора импульсов фикссщии; на фиг. 3 - представлен график синхронизации выходных сигналов генератора импульсов (}иксации и перемещени стакана 3.FIG. 1 shows a diagram of the described elastoviscometer; on 4ig. 2 - one of the possible variants of the implementation of the fixing pulse generator; in fig. 3 is a graph of the synchronization of the output signals of the pulse generator (} Iksatsii and movement of the glass 3.

Эластовискозиметр содержит электродвигатель 1, вал которого через профилированный кулачок 2 св зан с подвижным стаканом 35 в котором с помощью пружины 4 упруго подвешен шток 5, на котором укреплены шторка 6 фотоэлектрического датчика перемещени штока, кори обратных преобразователей модул упругости и в зкости с катушками 7 и 8, корь датчика скорости перемещени штока в виде посто вного магнита 9 и зонд 10, погруженный в кювету 1I с исследуемым веществом 12. Фотоэлектрический датчик перемещени штока включает также неподвижное основание 13 и установленные на нем источники 14 и приемники 15 излучени , например, светодиоды и фотодиоды . Статор обратного преобразовател модул упругости, выполненный в виде посто нного магнита 16, статор обратного преобразовател в зкости с катушкой 17 и статор датчика скорости перемещени штока с катушкой 18 укреплены на корпусе прибора (не показан . Генератор импульсов фиксации 19 может быть выполнен (см. фиг. 2) в виде диска 20. закрепленного на валу электродвигател 1 и имеющего отверстие 21 и два смещенных на 90 источника 22 и приемника 23 излучени , укрепленных на корпусе прибора с противоположных сторон от диска 20. Кроме того, Эластовискозиметр содержит формировател 24 и 25 сигналов модул упругости и в зкости, выполненные в виде управл емых ключей, исполнительные блоки 26 и 27 каналов модул упругости И..ВЯЗКОСТИ, состо щие из последовательно соединенных интегратора и усилител . Управл ющие входы формиро вателей 25, 24 подключены к первому и второму выходам генератора импульсов фиксации 19 соответственно, а их сигнальные входы соединены с выходомThe elastoviscometer contains an electric motor 1, whose shaft through a profiled cam 2 is connected to a movable cup 35 in which, by means of a spring 4, a rod 5 is elastically suspended, on which a shutter 6 of a photoelectric sensor for moving the rod, a cork inverse modulator of elasticity and viscosity is fixed with coils 7 and 8, Measles speed sensor displacement in the form of a permanent magnet 9 and probe 10 immersed in a cuvette 1I with the test substance 12. The photoelectric sensor moving the rod also includes a fixed base 13 and sources 14 and radiation receivers 15 installed on it, for example, LEDs and photodiodes. An elastic modulus inverter stator, made in the form of a permanent magnet 16, an inverse viscosity stator with a coil 17 and a rod speed sensor stator with a coil 18 mounted on the instrument case (not shown. Fixation pulse generator 19 can be made (see Fig. 2) in the form of a disk 20. An electric motor 1 fixed on a shaft and having an opening 21 and two sources 22 and a radiation receiver 23 displaced by 90, fixed on the body of the device from opposite sides of the disk 20. In addition, Elastoviskozi The modifier contains modulator 24 and 25 signals of modulus of elasticity and viscosity, made in the form of controllable keys, executive units 26 and 27 of channels of modulus of elasticity AND. VISCOSITY, consisting of a series-connected integrator and amplifier. Control inputs of generators 25, 24 connected to the first and second outputs of the latch pulse generator 19, respectively, and their signal inputs are connected to the output

1414

приемника излучени 15 датчика перемещени штока. Катушка 7 кор обратного преобразовател модул упругости через исполнительный блок 26 канала модул упругости соединена с выходом формировател 24. Катушка 8 кор обратного преобразовател в зкости соединена с выходом катушки 18 статора датчика скорости, а катушка 17 статор обратного преобразовател в зкости через исполнительный блок канала в зкости 27 соединена с выходом формировател 25.radiation receiver 15 of the rod displacement sensor. The coil 7 of the inverse converter of the modulus of elasticity is connected via the executive unit 26 of the elastic modulus channel to the output of the former 24. The coil 8 of the inverse converter of the viscosity is connected to the output of the coil 18 of the speed sensor stator and the coil 17 of the invertor viscosity channel 27 is connected to the output of shaper 25.

Эластовискозиметр работает следующим образом.Elastoviscometer works as follows.

При отсутствии вещества 12 в кювете 11 включение привода 1 вызовет гармоническое колебание стакана 3 вида XQ (t) a sinujt, что обуславливает по вление периодического сигнала x(t) - AsiniDt +4 на выходе фотодиодов 15 датчика перемещени штока, амплитуда и фаза которого будет определ тьс амплитудой и частотой задающих колебаний стакана 3 и параметрами механической части устройства ( мае сой, собственным демп(1ированием, упругостью пружины). Этот сигнал поступает на сигнальные входы формирователей 26 и 24, на вторые входы которых поступают последовательности импульсов с первого и вт.орого выходов генератора импульсов фиксации 19 соответственно . Импульсные сигналы на выходе генератора 19 по вл ютс в моменты прохождени отверстий 21 диска 20 между оптическими парами 22, 23. Диск 20 устанавливаетс на валу электродвигател 1, т. е. чтобы импульсы,Z. на первом выходе генератора 19 по вл - :. лись в -момент прохождени стаканом 3 своего среднего положени , т. е. в моменты времени, дл которых OOt Ziui,In the absence of substance 12 in cuvette 11, switching on drive 1 will cause harmonic oscillation of glass 3 of the form XQ (t) a sinujt, which causes the appearance of a periodic signal x (t) - AsiniDt +4 at the output of photodiodes 15 of the rod displacement sensor, the amplitude and phase of which will be determine the amplitude and frequency of the driving oscillations of the cup 3 and the mechanical parameters of the device (May, own damp (1, spring elasticity). This signal goes to the signal inputs of the drivers 26 and 24, to the second inputs of which the pulse spins from the first and second outputs of the latching pulse generator 19, respectively. Pulsed signals at the output of the generator 19 appear at the moments when the holes 21 of the disk 20 pass between the optical pairs 22, 23. The disk 20 is mounted on the shaft of the electric motor 1, i.e. so that the pulses, Z., at the first output of the generator 19, appear: - at the moment when the glass 3 passes through its average position, i.e. at the times for which OOt Ziui,

где п- +, 1, 2,... (см. фиг. 3). Так как втора оптическа пара светодиод 22 - фотодиод 23 сдвинута по дуге на 90 относительно первой пары, то импульсы Zj( на втором выходе генератора по вл ютс со сдвигом от-, носительно импульсов первого выхода на четверть периода следовани импульсов , т. е. в моменты времени, дл которыхwhere n- +, 1, 2, ... (see fig. 3). Since the second optical pair of LED 22 - photodiode 23 is arc-shifted by 90 relative to the first pair, the pulses Zj (at the second output of the generator appear with a shift relative to the pulses of the first output by a quarter of the pulse duration period, i.e. times for which

U)t Т1(2К + 1/2), К О, 1, 2.-..U) t T1 (2K + 1/2), K O, 1, 2.- ..

II

Claims

At the moments of arrival of the pulses from the generator 19 to the control inputs of the generators 24, 25, made in the form of equal keys, the signal from the rod displacement sensor is opened and passed to the output. The formers are configured so that in the absence of substance 12 amygatuda of pulse signals at their outputs is zero (this can be done, for example, by shifting the signal level at the signal input of the keys). In this case, the signals at the output of execution units 26 and 27 will be zero and Inverse transformations of the bodies of the viscosity modulus of elasticity will not develop compensating force. In the presence of substance 12 in the cuvette 1i, resistance to the movement of the probe 0 arises, which is due to its complex modulus. This will cause a change in the amplitude and phase of oscillations of the rod 5 and, therefore, the amplitude and phase of the output signal of the rod displacement sensor, the signal from which is sent to the signal inputs of the elastic modulus and viscosity module 24 and 25. This happens because the formers allow us to separate the real and imaginary parts of the frequency response of the elastoviscometer, respectively, which in turn are proportional to the active and reactive components of the Complex modulus of the test substance, i.e., the elastic modulus and viscosity, respectively. The invention Elastoviscometer, comprising a housing, a stem with a probe, connected with a drive of driving motions, a cuvette dp of the test substance, inverse transducers of a modulus of elasticity and viscosity, consisting of stators and cores fixed on the body and the stem, respectively, a rod displacement sensor, a rod speed sensor, the output of which is connected to the return viscosity converter, a modulus of elastic modulus signal, the signal input of which is connected to the output of the rod displacement sensor, and the shapes A viscosity signal unit, an executive unit of the elastic modulus channel, the input of which is connected to the output of the signal generator of the elastic modulus, and the output connected to the cortex of the inverse transducer of the elastic modulus, and the executive unit. A viscosity channel, whose input is connected to the output of a viscosity signal conditioner, and the output is connected to an inverse viscosity converter stator, characterized in that, in order to simplify the design and higher measurement accuracy, it has a latch pulse generator, the synchronizing input of which is connected with the drive of driver motions, and the drivers of the moduli of the elastic modulus and viscosity are made in the form of controllable keys, and the control inputs of the modulators of the signals of the modulus of elasticity and viscosity are associated with the corresponding The generator outputs, the latching pulses, and the signal input of the viscosity signal conditioner are connected to the output of the rod displacement sensor. Sources of information taken into account in the examination 1. Watson J. D. The n asurement of freguency characteristics applidto oscilatory testing in rheology. Red acta Bd -8, No. 2, 1969, p. 201-205.

2., USSR author's certificate on loan No. 2777080, cl. G 01 N 11/16, 1979.

3. USSR author's certificate number 267163, cl. G 01 N 11/16, 1968.

4. Author's Certificate of the USSR on the application No. 2383852, cl. G 01 N 11/16, 1976 (prototype).

// 7777777U // 7 /

Flash

21 j // X / xG // Y // 7 // Y / Y // 77 2b

Phi1.2

5