SU898294A1

SU898294A1 - Rotary viscometer

Info

Publication number: SU898294A1
Application number: SU802929585A
Authority: SU
Inventors: Вадим Михайлович Гарин; Виталий Васильевич Мельник; Александр Иванович Недолужко
Original assignee: Ростовское Высшее Военное Командное Училище Им. Главного Маршала Артиллерии Неделина М.И
Priority date: 1980-05-22
Filing date: 1980-05-22
Publication date: 1982-01-15

Description

(54) РОТАЦИОННЫЙ ВИСКОЗИМЕТР(54) ROTATIONAL VISCOSIMETER

1one

ИзоОретениё относитс к приборам дл измерени реологических характеристик широкого класса ньютоновских и неньютоновских жидкостей и может быть использовано на предпри ти х, в НИИ, химической и нефт ной промышленности при производстве и изучении полимерных, лакокрасочных, смазочных и других материалов.The invention relates to instruments for measuring the rheological characteristics of a wide class of Newtonian and non-Newtonian liquids and can be used in enterprises, in scientific research institutes, in the chemical and petroleum industries in the production and study of polymeric, paint and varnish, lubricants and other materials.

Известны приборы, используемые дл замера в зкостей различных жидкостей , представл ющие собой ротационные вискозиметры, содержащие коаксиальные цилиндры, один из которых соединен с приводным двигателем, а другой - измерительный цилиндр-с устройством дл измерени момента. Исследуемый материал при этом нахо-. дитс в услови х тангенциального сдвига в однородном поле напр жений в узком зазоре между цилиндрами. Основной элемент, определ ющий рабочие характеристики любого вискозиметра - динамометр. М гкий динамометр обеспечивает большую точность измерений, Жесткий - их большой диапазон. Наибольшее распространение получили вискозиметры с торсионным измерителем моментов. В них в качестве торсионов примен етс стальна Instruments used to measure viscosities of various liquids are known, which are rotational viscometers containing coaxial cylinders, one of which is connected to a driving motor, and the other measuring cylinder with a device for measuring torque. The material under study is found. It is subject to tangential shear conditions in a uniform stress field in a narrow gap between the cylinders. The main element that determines the performance of any viscometer is a dynamometer. The soft dynamometer provides greater measurement accuracy, the Hard one their large range. The most widely used viscometers with a torsion torque meter. In them, steel is used as torsions.

проволока или винтова пружина, поворачивающа вокруг своей оси до наступлени равновеси между моментом сил сопротивлени (трени ) испытуемого материала и моментом сил ,упругости торсиона 1 .a wire or a coil spring turning around its axis until an equilibrium occurs between the moment of resistance (friction) forces of the test material and the moment of forces, the elasticity of the torsion 1.

Однако дл расширени диапазона измерений в таких вискозиметрах приходитс прибегать к частой смене However, to extend the range of measurements in such viscometers, one has to resort to frequent changes

10 упругого элемента, что в свою очередь требует повторно тарировать вискозиметр. В ротационных вискозиметрах торсионного типа не могут быть совмещены достоинства М гкого и 10 of the elastic element, which in turn requires re-taring the viscometer. In the rotational viscometers of the torsion type, the merits of Soft and

15 Жесткого измерител (т.е. высока точность при большом диапазоне измерений).15 Hard meter (i.e. high accuracy with large measurement range).

Наиболее близким к предлагаемому вл етс вискозиметр, содержащий кор20 пус, коаксиальные цилиндры, один из которых срединен с приводным двигателем , а другой - с корпусом двухстепенного гироскопа, датчик угла поворота вала гироскопа и систему отри25 цательной обратной св зи. Обратна св зь в вискозиметре состоит из датчика угла поворота контактного типа, усилител , корректирующего электродвигател , в цепь возбуждени кото30 рого поступает сигнаш от усилител . и системы передачи компенсируивдего момента на . Таким образом, в известном вискозиметре динамометр измер ет суммарный момент М.- / определ емый выражением (1) +/1стр «)+МстрАвЬ МПРСВ+ МСТРАО где Mg(i9/- момент сил в зкого трени в исследуемом материале ; .-(w) момент сил сухого трени Г-Q тт/ -rtiTTrjr тт U TTir гь х в подшипниках; стрАв момент сухого трени в компенсирующем двигателе и шестеренках обратной св зи; стрдопч момент трени датчика угла поворота; М - дополнительный момент, создаваемый проводной св зью, котора соедин ет датчик угла поворота и усилитель. Из данного выражени видно, что даже при высокой чувствительности гироскопа имеют место погрешности в измерении в зкости исследуемого материала , обусловленные сухим трением в подшипниках, в компенсирующем двигателе и шестерн х обратной св зи, в датчике угла поворота, и ошибки, обусловленные наличием проводов, которые св зывают датчик угла гироскопа С-усилителем. Така система Характеризуетс статочным быстродействием цепи отрицательной обратной св зи, св занным с электромехан ческой передачей сигнала от гироскопа к усилителю и электродвигателю, и наконец к валу креплени корпуса ги роскопа (к валу измерительного цилиндра ) . Все это оказывает существенное вли ние на точность измерени . Целью изобретени вл етс повышение точности и быстродействи при бора. Указанна цель достигаетс тем, что предложен ротационный вискозиметр , содержащий корпус, коаксиальные цилиндры, один из которых соеди нен с приводным двигателем, а друго с корпусом двухстепенного гироскопа датчик угла поворота вала гироскопа и систему отрицательной обратной св зи в котором, согласно изобретению , система отрицательной обратной св зи состоит из коромысла, жес Kd закрепленного на валу цилиндра, ссждиненного с корпусом двухстепенного гироскопа, концы которого служат сердечниками дл неподвижно за крепленных на корпусе прибора элект ромагнитных катушек, включенных в цепь фотоэлектрического моста, а датчик угла поворота вала гироскопа выполнен в виде зеркальца, укрепленного на валу гироскопа и отражанвдего луч от неподвижно установленного источника света на фотоэлектрический мост. На фиг. 1 изображен предложенный вискозиметр, разрез; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 схема отрицательной обратной св зи. Нотационный вискозиметр содержит измерительный цилиндр 1, внутри которого соосно установлен приводной цилиндр 2 , соединенный посредством вала , и шестерни 3 с приводным двигателем 4. Цилиндры 1 и 2 разделены зазором дл помещени заданной порции исследуемого вещества. Измерительный цилиндр 1 жестко св зан с валом 5, который в свою очередь , жестко соедин етс с корпусом гироскопа 6. Вал 5 установлен в подшипниках: верхнем 7 и нижнем 8. Подшипники 7 и 8 установлены в стакане 9, который жестко крепитс к непод- . вижной плите 10, вл ющейс статором прибора. Кроме того, с валом 5 жестко скреплено S-образное коромысло 11, концы которого образуют сердечники электромагнитных катушек 12. Электромагнитные катушки 12 жестко закрепл ют на корпусе 13 хомутами 14 и болтами 15. Подставка прибора 16 снабжена четырьм установочными винтами 17, дл установки прибора горизонтально по уровню. Плита 10 св зана при помощи стоек 18 с плитой 19. С плитой 19 жестко скрепл етс муфта 20, в которой установлены подшипники 21 и 22 креплени вала 23. Оптическа измерительна углова система фиг. 2 и 3, состоит из направленного источника света 24, креп щегос на корпусе 13 прибора, зеркала 25, закрепленного на выходной оси X гироскопа, двух фотоэлементов 26 и 27, включенных по мостовой схеме и креп щихс к корпусу 13, усилительного устройства 28 и измерительного прибора 29. Прибор работает следующим образом. Перед началом работы (фиг.2) коромысло 11 фиксируетс винтами 30 и с помощью переменного сопротивлени 31 (фиг.З) оптическа измерительна система настраиваетс так,чтобы на выходе оптического моста был нулевой сигнал. Порци исследуемогоВещества помещаетс в зазор между измерительным цилиндром 1 и приводным цилиндром 2. Приводной цилиндр 2 приводитс во вращение при помощи основного электсродвигател 4, скорость этого враще- ни может варьироватьс плавно путем изменени питани электродвигател либо ступенчато, если передача вращени осуществл етс набором шестерен с переключением их числа. Момент вращений от приводного цилиндра 2 за счет наличи сил в зкости в исследуемом веществе передаетс к измерительному цилиндру 1 и представл ет собой меру в зкости вещества. Этот момент через вал 5 передаетс к корпусу гироскопа 6. Корпус двухстепенного гироскопа б установлен на валу 5 так, что входна ось Y гироскопа совпадает с осью вращени измерительного цилиндра (фиг. 3). Выходной осью динамометра вл етс ось X. Передакхдийс на корпус гироскопа 6 момент в зкого трени вызывает прецессию гироскопа вокруг выходной оси с угловой скоростью р . При этом с фотоэлектрического моста в результате его разбаланса снимаетс электрический сигнал , пропорциональный углу поворота Jb . Электрический сигнал, пройд через .усилитель 28. и измерительный прибор 29, подводитс к электромагнитным катушкам 13, в которых возникает электродвижуща сила, действующа на сердечники - конхда коромысла, за счет образуетс пара сил и к коромыслу прикладываетс компенсирующий момент.вращени , пропорциональный углу поворота. Величина электрического сигнала, подвод щегос к электромагнитным катушкам и измер ема прибором 29, пропорциональна величине в зкости исследуемой жидкости . Поэтому в зкость определ етс по показани м прибора 2 с помощью тарировочного графика.Closest to the present invention is a viscometer containing a core, coaxial cylinders, one of which is central with a drive motor, and the other with a two-stage gyroscope case, a gyro shaft rotation angle sensor and a negative feedback system. Feedback in a viscometer consists of a contact-type angle sensor, an amplifier, a correction motor, and the signal from the amplifier enters the excitation circuit. and transmission systems compensated for the moment by. Thus, in a known viscometer, a dynamometer measures the total moment M.- / defined by the expression (1) + / 1p.)) + MSTAR MUPV + MSTRAO where Mg (i9 / is the moment of viscous friction in the test material; .- (w a) moment of dry friction force G – q tt / -rtiTTrjr tt U TTir fx x in bearings; at the moment of dry friction in a compensating motor and feedback gears; stf frch the moment of friction of the angle sensor; M is an additional moment created by wire communication which connects the steering angle sensor and the amplifier. From this expression it can be seen that even with a high sensitivity of the gyroscope, errors in measuring the viscosity of the material under study occur due to dry friction in the bearings, in the compensating motor and feedback gears, in the rotation angle sensor, and errors due to the presence of wires that connect the gyro angle sensor C- This system is characterized by the sufficient speed of the negative feedback circuit associated with the electromechanical transmission of the signal from the gyroscope to the amplifier and the electric motor, and finally to the shaft Gypscope case heat (to the measuring cylinder shaft). All this has a significant effect on the measurement accuracy. The aim of the invention is to improve the accuracy and speed of the instrument. This goal is achieved by the fact that a rotational viscometer is proposed, comprising a housing, coaxial cylinders, one of which is connected to a driving motor, and another with a two-stage gyroscope housing, a gyro shaft rotation angle sensor and a negative feedback system in which The feedback consists of a rocker arm, a Kd fixed to the cylinder shaft, attached to the body of a two-stage gyro, the ends of which serve as cores for fixedly attached to the body the device electron ferromagnetic coils included in the photoelectric bridge circuit, and the sensor rotation angle of the shaft of the gyroscope is designed as a mirror fastened to a shaft and the gyroscope otrazhanvdego beam from the stationary light source installed on the photoelectric bridge. FIG. 1 shows the proposed viscometer, incision; in fig. 2 section A-A in FIG. one; in fig. 3 is a negative feedback scheme. The notational viscometer contains a measuring cylinder 1, inside of which a driving cylinder 2 connected by means of a shaft and gears 3 with a driving engine 4 are coaxially mounted. The cylinders 1 and 2 are separated by a gap to accommodate a given portion of the test substance. The measuring cylinder 1 is rigidly connected to the shaft 5, which in turn is rigidly connected to the housing of the gyroscope 6. The shaft 5 is mounted in bearings: upper 7 and lower 8. Bearings 7 and 8 are installed in glass 9, which is rigidly fixed to . Vision plate 10, the stator of the device. In addition, an S-shaped rocker 11 is rigidly fastened to the shaft 5, the ends of which form the cores of the electromagnetic coils 12. The electromagnetic coils 12 are rigidly fixed to the housing 13 by clamps 14 and bolts 15. The stand of the device 16 is equipped with four set screws 17 for horizontal installation of the device by level. The plate 10 is connected by means of racks 18 to the plate 19. The plate 19 is rigidly attached to the sleeve 20, in which the bearings 21 and 22 of the shaft mount 23 are mounted. The optical measuring angle system of FIG. 2 and 3, consists of a directional light source 24 mounted on the instrument body 13, a mirror 25 attached to the output axis X of the gyroscope, two photo cells 26 and 27 connected in a bridge circuit and attached to the body 13, an amplifying device 28 and a measuring device 29. The device operates as follows. Before the start of operation (Fig. 2), the rocker arm 11 is fixed with screws 30 and with the help of variable resistance 31 (Fig. 3) the optical measurement system is adjusted so that the output of the optical bridge has a zero signal. A portion of the test substance is placed in the gap between the measuring cylinder 1 and the drive cylinder 2. The drive cylinder 2 is rotated using the main electric motor 4, the speed of this rotation can be varied smoothly by changing the power of the electric motor or in steps, if the rotation gear is carried out by a set of gears with switching their numbers. The moment of rotation from the drive cylinder 2 due to the presence of viscosity forces in the test substance is transmitted to the measuring cylinder 1 and is a measure of the viscosity of the substance. This moment is transmitted through the shaft 5 to the housing of the gyroscope 6. The housing of the two-step gyroscope b is mounted on the shaft 5 so that the input axis Y of the gyroscope coincides with the axis of rotation of the measuring cylinder (Fig. 3). The output axis of the dynamometer is the X axis. A moment of viscous friction causes a gyroscope body 6 to cause the gyro to precess around the output axis with an angular velocity p. In this case, an electric signal proportional to the angle of rotation Jb is removed from the photoelectric bridge as a result of its imbalance. The electrical signal passed through the amplifier 28. and the measuring device 29 is supplied to the electromagnetic coils 13, in which an electromotive force arises that acts on the cores - a constant beam, a pair of forces is formed and a balance moment is applied to the rocker, proportional to the angle of rotation . The magnitude of the electrical signal supplied to the electromagnetic coils and measured by the device 29 is proportional to the viscosity of the liquid under study. Therefore, viscosity is determined from instrument readings 2 using a calibration chart.

Таким образом, в предлагаемом устройстве сохран ютс все преимущества ротационного вискозиметра, св занные с применением гироскопического динамометра, однако увеличиваетс точность измерени и-быстродействие системы из-за отсутстви трени в основных элементах обратной св зи: датчике угла .поворота гироскопа и системе передачи компенсирующего момента. Это позвол ет уменьшить ошибки измерени и повысить быстродействие прибора.Thus, the proposed device retains all the advantages of a rotational viscometer associated with the use of a gyroscopic dynamometer, however, increases the accuracy of measurement and system speed due to the absence of friction in the main feedback elements: a gyroscope angle sensor and a moment compensation system . This reduces measurement errors and improves instrument performance.

Claims

1. Belkin I.M., Vinogradov G.V., Leonov A.I. Rotary instruments.

M., Mechanical Engineering, 1968, p.255 42.

2, USSR Author's Certificate No. 525871, cl. G 01 N 11/14, 1975 prototype).