SU935747A1

SU935747A1 - Method and device for measuring liquid crystal rotary viscosity coefficient

Info

Publication number: SU935747A1
Application number: SU802991406A
Authority: SU
Inventors: Михаил Михайлович Анисимов; Александр Степанович Лагунов
Original assignee: Всесоюзный заочный машиностроительный институт
Priority date: 1980-10-08
Filing date: 1980-10-08
Publication date: 1982-06-15

Description

Изобретение относится к физикохимическим измерениям и может быть использовано в приборостроении,. электронной, химической, часовой промышленности, а также в практике научных исследований.The invention relates to physicochemical measurements and can be used in instrumentation. electronic, chemical, watch industry, as well as in the practice of scientific research.

Известен способ определения коэффициента вращательной вязкости жидких кристаллов [1], включающий·вращение магнита относительно неподвижной камеры с находящимся в ней исследуемым жидким кристаллом. При вращении магнита на жидкий кристалл действует вращающий момент, определяющий' по углу закручивания кварцевой нити, на которой подвешена камера. Коэффициент вращательной вязкости определяют по формуле у,__М_ С(с6-с/о) .A known method for determining the coefficient of rotational viscosity of liquid crystals [1], including · rotation of the magnet relative to a stationary chamber with the investigated liquid crystal. When the magnet rotates, a torque acts on the liquid crystal, which determines the angle of twisting of the quartz thread on which the camera is suspended. The coefficient of rotational viscosity is determined by the formula y, __ M_C (s6-s / o).

где Τί ~ коэффициент вращательной вязкости;where Τί ~ coefficient of rotational viscosity;

М - вращающий момент;M - torque;

W - угловая скорость вращения магнитного поля;W is the angular velocity of rotation of the magnetic field;

С - постоянная кручения кварцевой нити;C is the torsion constant of a quartz thread;

oLq- угол закручивания нити без вращения магнитного поля (нулевое положение);oLq - angle of twisting of the thread without rotation of the magnetic field (zero position);

cL· - угол закручивания нити при вращении магнитного поля.cL · is the angle of twisting of the thread during rotation of the magnetic field.

Однако данный способ не устраняет влияния граничных эффектов ввиду малого объема исследуемого вещества (капилляр,), имеются конструктивные трудности подвеса камеры с жидким кристаллом на кварцевой нити. Конвективные потоки воздуха при термостатировании, вибрации при вращении магнита, необходимость определения постоянной кручения нити ухудшают чувствительность и затрудняют процесс измерения. Ограничен диапазон угловых скоростей вращения магнита, так как вследствие неоднородности магнитного поля и отступ лений от осевой симметрии в форме камеры при определенных скоростях ;; вращения магнита возможны вращательные качения камеры; имеются трудности в определении нулевого положения угла закручивания нити в результате его смещения в сторону вращения магнита относительно положения в покоящемся магните.However, this method does not eliminate the influence of boundary effects due to the small volume of the test substance (capillary,), there are structural difficulties in suspending a chamber with a liquid crystal on a quartz thread. Convective air flows during temperature control, vibration during rotation of the magnet, the need to determine the constant torsion of the thread worsen the sensitivity and complicate the measurement process. The range of angular velocities of rotation of the magnet is limited, since due to inhomogeneity of the magnetic field and deviations from axial symmetry in the shape of a chamber at certain speeds ;; rotation of the magnet rotational rolling of the chamber; there are difficulties in determining the zero position of the angle of rotation of the thread as a result of its displacement in the direction of rotation of the magnet relative to the position in the resting magnet.

Наиболее близким к изобретению является способ определения коэффициента вращательной вязкости жидких кристаллов f 2 ], включающий вращение магнита относительно неподвижно закрепленной камеры С находящим’ся в ней исследуемым кристаллом, через которую пропускают ультразвуко-. вые импульсы в плоскости, перпендикулярной оси вращения магнита. Принятые импульсыi детектируют, усиливают и определяют сдвиг фаз между вектором магнитной .индукции и директором посредством регистрации отметок направления вектора магнитной индукции и экстремальных амплитуд ультразвуковых импульсов.Closest to the invention is a method for determining the rotational viscosity coefficient of liquid crystals f 2], including the rotation of a magnet relative to a motionless chamber With an investigated crystal located in it, through which ultrasound is passed. pulses in a plane perpendicular to the axis of rotation of the magnet. The received pulses i detect, amplify and determine the phase shift between the magnetic induction vector and the director by registering the direction marks of the magnetic induction vector and the extreme amplitudes of the ultrasonic pulses.

Способ осуществляют устройством для измерения коэффициента вращательной вязкости жидких кристаллов, содержащим магнит с возможностью вращения, камеру для исследуемого ма~ териала, расположенную между полюсами магнита, передающую систему в виде генератора ультразвуковых импульсов и пьезометров, а также измеритель, регистрирующий прибор и датчик отметок направления магнитного поля.The method is carried out by a device for measuring the rotational viscosity coefficient of liquid crystals, which contains a rotatable magnet, a chamber for the material under investigation, located between the poles of the magnet, a transmitting system in the form of an ultrasonic pulse generator and piezometers, as well as a meter, a recording device, and a magnetic direction indicator fields.

Малая величина анизотропии акустических параметров жидких кристаллов приводит к низкой точности определения вращательной вязкости. На точность измерения оказывает также отрицательное влияние нестабильность амплитудных характеристик генератора и усилителя. При определении температурной зависимости коэффициента вращательной вязкости необходимы дополнительные регулировки^ так как при изменении температуры сильно меняется коэфициент поглощения ультразвука. Известный способ обладает повышенной сложностью ввиду большого количества используемых приемов.The small value of the anisotropy of the acoustic parameters of liquid crystals leads to low accuracy in determining the rotational viscosity. The measurement accuracy is also negatively affected by the instability of the amplitude characteristics of the generator and amplifier. In determining the temperature dependence of the coefficient of rotational viscosity, additional adjustments are necessary, since when the temperature changes, the ultrasound absorption coefficient changes greatly. The known method has increased complexity due to the large number of techniques used.

Целью изобретения является повышение точности и упрощенке процесса измерений.The aim of the invention is to improve the accuracy and simplification of the measurement process.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу, включающему вращение магнита относительно неподвижно закрепленной камеры с находя5 щимся в ней жидким кристаллом и определение сдвига фаз между вектором магнитной индукции и директором исследуемого жидкого кристалла, направление директора определяют по ди10 электрической проницаемости жидкого кристалла в Плоскости вращения магнита .This goal is achieved by the fact that according to the method, comprising rotating a magnet with respect to a fixed chamber with a liquid crystal located therein and determining a phase shift between the magnetic induction vector and the director of the liquid crystal under study, the direction of the director is determined by the dielectric constant of the liquid crystal in the plane of rotation of the magnet .

В устройстве для реализации способа, содержащем магнит, установлен15 ный на платформе с возможностью вращения , расположенную в зазоре между его. полюсами камеру для исследуемого жидкого кристалла, передающую систему, связанную с измерителем, на 20 выходе которого включен регистрирующий прибор, соединенный с датчиком отметок направления магнитного поля, передающая система выполнена в виде конденсатора, плоскости пластин ко25 торого перпендикулярны плоскости вращения магнита.In a device for implementing the method, comprising a magnet mounted on a platform with the possibility of rotation, located in the gap between it. a pole for the liquid crystal under study, a transmitting system connected to a meter, at the 20 output of which a recording device is connected, connected to a sensor for marking the direction of the magnetic field, the transmitting system is made in the form of a capacitor, the plane of the plates of which is perpendicular to the plane of rotation of the magnet.

При вращении директора жидкого Кристалла внешним магнитным полем величина диэлектрической проницае30 мости меняется, достигая экстремальных значений. Наличие вращательной вязкости приводит к тому, что экстремальные значения диэлектрической проницаемости отстают по времени от вектора магнитной, индукции. Регистрируя отметки направления вектора магнитной индукции и экстремальные значения диэлектрической проницаемости, посредством измере0 ния емкости конден-сатора можно определить сдвиг фаз & между директором и вектором магнитной индукции, определяющий коэффициент вращательной вязкости.When the director of the Liquid Crystal is rotated by an external magnetic field, the dielectric constant30 changes, reaching extreme values. The presence of rotational viscosity leads to the fact that the extreme values of permittivity lag behind in time from the magnetic induction vector. By registering the direction marks of the magnetic induction vector and the extreme values of the dielectric constant, by measuring the capacitance of the capacitor, we can determine the phase shift & between the director and the magnetic induction vector, which determines the coefficient of rotational viscosity.

₅ Коэффициент вращательной вязкости определяется по формуле _ 1 &3e-&%in2Q ' ₅ The coefficient of rotational viscosity is determined by the formula _ 1 & 3e - &% in2Q '

где ДЖ- анизотропия диамагнитной ⁰ восприимчивости;where J is the anisotropy of the diamagnetic ⁰ susceptibility;

В - индукция магнитного поля; Q- - сдвиг фаз между вектором магнитного поля и директором;B - magnetic field induction; Q- is the phase shift between the magnetic field vector and the director;

/1 - магнитная проницаемость./ 1 - magnetic permeability.

На чертеже изображена схема устройства, реализующего предложенный * способ.The drawing shows a diagram of a device that implements the proposed * method.

В неподвижно укрепленную между полюсами постоянного магнита 1 камеру 2, заполненную жидким кристаллом .3, помещен конденсатор 4. Пластины конденсатора соединены с измерителем 5 емкости, на выходе которого включен регистрирующий прибор 6, связанный с датчиком отметок направления магнитного поля 7 ·A capacitor 4 is placed in a chamber 2 motionlessly fixed between the poles of the permanent magnet 1 and filled with a liquid crystal.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Вращение магнита 1 вызывает периодическое изменение емкости конденсатора 4, в зазоре которого расположен жидкий кристалл 3. Переменное напряжение, пропорциональное изменению емкости, с измерителя 5 поступает на регистрирующий прибор 6, куда < также подаются отметки с датчика отметок направления магнитного поля 7· Фазовый сд^рг Θ между директором и вектором магнитной индукции определяется сдвигом между экстремальными значениями регистрируемого напряжения и отметками напряжения вектора магнитной индукции. Постоянный ' магнит индукцией 3 кГс установлен на платформу установки для проверки гироприборов УПГ-56. В неподвижную камеру, заполненную жидким кристаллом НЕБА, установлен конденсатор, [состоящий из двух пластин емкостью '15 пФ. Пластины конденсатора соединяются с мостом переменного тока Р577 (тип. МИЕ) , на выходе которого включается самописец Н339, на который также подаются отметки направления с контактного датчика.The rotation of the magnet 1 causes a periodic change in the capacitance of the capacitor 4, in the gap of which there is a liquid crystal 3. An alternating voltage proportional to the change in capacitance is supplied from the meter 5 to the recording device 6, where <marks are also sent from the sensor of the marks of the magnetic field direction 7 · Phase sd ^ pg Θ between the director and the magnetic induction vector is determined by the shift between the extreme values of the recorded voltage and the voltage marks of the magnetic induction vector. A permanent magnet of 3 kG induction is installed on the installation platform for testing UPG-56 gyroscopes. A capacitor, [consisting of two plates with a capacity of '15 pF, is installed in a fixed chamber filled with the liquid crystal of HEAVEN. The capacitor plates are connected to the P577 AC bridge (type MIE), at the output of which the H339 recorder is turned on, which also receives direction marks from the contact sensor.

Технико-экономический эффект от внедрения изобретения заключается в повышений точности измерений, которая достигается тем, что о направлении директора жидкого кристалла судят по его Диэлектрической проницаемости, величина анизотропии которой больше анизотропии акустических параметров. Кроме т.ого, сведено к ми935747 6 нимуму количество используемых прие’ мов, что упрощает процесс измерений.The technical and economic effect of the implementation of the invention is to increase the accuracy of measurements, which is achieved by the fact that the director of a liquid crystal is judged by its dielectric constant, the anisotropy of which is greater than the anisotropy of acoustic parameters. In addition, the number of used methods is reduced to a minimum of 935747 6, which simplifies the measurement process.

Claims

axial symmetry in the shape of a chamber; at certain speeds of rotation of the magnet, rotational rolls of the chamber are possible; There are difficulties in determining the zero position of the twist angle of the thread as a result of its displacement in the direction of rotation of the magnet relative to the position in the quiescent magnet. Closest to the invention is a method for determining the rotational viscosity coefficient of liquid crystals 2, including rotating the magnet relative to a fixedly mounted chamber C with a test crystal inside it, through which ultrasonic pulses are passed in a plane perpendicular to the axis of rotation of the magnet. The received pulses detect, amplify and determine the phase shift between the magnetic induction vector and the director by registering the marks of the direction of the magnetic induction vector and the extreme amplitudes of the ultrasonic pulses. The method is carried out by a device for measuring the coefficient of rotational viscosity of liquid crystals containing a magnet with the possibility of penetration, a chamber for the material under study, located between the poles of the magnet, a transmitting system in the form of an ultrasonic pulse generator and piezometers, and a meter, recording device and sensor Magnetic field direction marks. The small anisotropy of the acoustic parameters of liquid crystals leads to low accuracy in determining the rotational viscosity. The measurement accuracy is also adversely affected by the instability of the amplitude characteristics of the generator and amplifier. When determining the temperature dependence of the coefficient of rotational viscosity is not; Additional adjustments are required since with a change in temperature, the ultrasound absorption coefficient is strongly inhibited. The known method has increased complexity due to the large number of techniques used. The aim of the invention is to improve the accuracy and simplify the measurement process. 74 This goal is achieved in that according to the method that includes rotating the magnet relative to a stationary fixed chamber with a liquid crystal in it and determining the phase shift between the magnetic induction vector and the director of the liquid crystal under investigation, the director direction is determined by the dielectric constant of the liquid crystal in the Plane of rotation magnet. In the device for implementing the method comprising a magnet mounted on the platform t by rotation, located in the gap between its poles, the chamber for the liquid crystal under investigation, the transmitting system associated with the meter, the output of which includes a recording device connected to the sensor The floor of the transmission system is made in the form of a capacitor, the plane of the plates of which is perpendicular to the plane of rotation of the magnet. During the rotation of a liquid crystal by an external magnetic field, the dielectric constant changes, reaching extreme values. The presence of rotational viscosity leads to the fact that the extremal values of the dielectric constant lag behind the magnetic induction vector in time. By registering the directional mark of the magnetic induction vector and the extremal dielectric constant, by measuring the capacitance of the capacitor, it is possible to determine the phase shift & between the director and the magnetic induction vector, which determines the coefficient of rotational viscosity. The coefficient of rotational viscosity is determined by the formula 3rd & sin2Q 2; . where D9banizotropi diamagnetic susceptibility; magnetic field induction; 0- - phase shift between the magnetic field vector and the director; / J - magnetic permeability. The drawing shows a diagram of the device that implements the proposed method. A capacitor is placed in a fixedly fixed between the poles of the permanent magnet 1, chamber 2, filled with liquid crystal .3. The capacitor plates are connected to a capacitance meter 5, at the output of which a recording device 6 is connected, associated with a magnetic field direction mark sensor 7 The device operates as follows. Rotation of magnet 1 causes a periodic change in the capacitor capacitance k, in the gap of which liquid crystal 3 is located. An alternating voltage proportional to the capacitance change from meter 5 goes to recording device 6, which also receives marks from the sensor of the direction of the magnetic field 7 Phase between the director the magnetic induction vector is determined by the shift between the extreme values of the detected voltage and the voltage marks of the magnetic induction vector. A permanent magnet with induction of 3 kGs is installed on the installation platform for checking the UPG-56 gyro-instruments. A capacitor consisting of two plates with a capacity of 15 pF is installed in a fixed chamber filled with liquid MBBA. The capacitor plates are connected to an AC bridge P577 (typ. MIE), at the output of which the recorder H339 is turned on, which also receives direction marks from the contact sensor. The technical and economic effect of the implementation of the invention lies in the measurement accuracy, which is achieved by the direction of the director of the liquid crystal judging by its dielectric constant, the magnitude of the anisotropy of which is greater than the anisotropy of the acoustic parameters. In addition, the number of techniques used has been reduced to a minimum, which simplifies the measurement process. 1. Method for measuring the rotational viscosity coefficient of liquid crystals, which consists in rotating the magnet of a relatively fixed camera with a liquid crystal in it and determining the phase shift between the magnetic induction vector and the director of the liquid crystal under investigation. and in order to increase the measurement accuracy and simplify the measurement process, the director's direction is determined from the dielectric constant of the liquid crystal in the plane of rotation of the magnet. 2. An apparatus for implementing a method for measuring the rotational viscosity of liquid crystals, comprising a magnet, mounted for rotation on a platform, a chamber for a liquid crystal under study, located in the gap between its poles, and a transmitting system connected to a measuring sensor; a device connected to a magnetic field direction sensor, about a tl. And often, by transferring the system, it is made in the form of a capacitor, the plane of the plates of which are perpendicular to the plane of rotation. Sources of information taken into account in the examination 1.Prost I., GaspariensvJI. . Lett, 36A, No. 3, 1971, p. .

2. Authors certificate of the USSR W 731355, cl. G 01 N 11 / 00,1978 (prototype).