SU949417A1 - Ротационный электровискозиметр - Google Patents

Description

(Б ) РОТАЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОВИСКОЗИМЕТР

I

Изобретение относитс  к приборам дл  измерени  в зкости и излучени  реологических характеристик

жидких сред.

Известен ротационный эластовискозиметр , содержащий две рабочих поверхности, одна из которых св зана с приводом, а друга  - с силоизмерителем , выполненным в виде электромагнитного преобразовател , катушка намагничивани  которого соединена с регулируемым источником питани , а исполнительна  катушка соединена, через усилитель, с уравновешенным мостом, в одно из плеч которого включен датчик смещени .

Датчик смещени , жестко св зан с траверсой, укрепленной на измерительном валу, и включен в плечо уравновешенного моста переменно- iго тока. Така  конструкци  датчика обусловливает обратное воздействие преобразовател  неравновеси  - уравновешенного моста на датчик, что

снижает чувствительность эластовискозиметра , уменьшает его точность из-за наличи  составл ющей момента уравновешивани , не измер - , емой вторичным прибором.

Намагничивающа  катушка этого прибора соединена с регулируемым источником питани , синфазным с напр жением питани  уравновешенного моста преобразовател  неравновеси . Исполнительна  катушка электромагнитного преобразовател  уравновешивани  подключаетс  на выходное напр жение усилител , фаза которого мен етс  в заьисимости от положени  индукционного датчика неравновес11Я tO

Поскольку вторичный прибор не раздел ет квадратурные составл ющие тока в исполнительной катушке, то показани  е.го будут нелинейны.

20

Claims (2)

1. Наиболее близким по технической сущности к изобретению, вл етс  ро- . тационный вискозиметр, содержащий вращаемый внешний цилиндр, внутрен39 НИИ цилиндр, преобразс зсЗ г ель еравновеси , поеобразоватепь уразиовешивани  и отсчетное устройство. Функцию преобразовател  неравновеси  8 данном приборе выполн ют автогенератор, модул тор, электромагнит , сигнальна  обмотка на рамке усилитель низкой частоты, фазовращатель , фазовый детектор и усилитель посто нного тока. Функцию же преобразовател  уравновешивани  выполн ют электромагнит, исполнительна  обмотка на рамке, соединенна  с коммутируемым сопротивлением Г2. К недостаткам известного вискозиметра следует отнести то, что к его рамке прикреплены три токоподвода. что значительно снижает чувствительность прибора, а дл  обеспечени  точности и повтор емости показаний, токоподводы изготовлены из материал с механическими свойствами, инвариантными к окружающей температуре. Автогенератор известного вискози метра весьма стабильный, ибо, в про тивном случае, фазовраи1атель имеет частотно-зависимый фазовый сдвиг ,, привод щий к изменению начальных условий. Это обсто тельство5 а такж температурна  и временна  нестабиль ность параметров модул тора, фазовр щател  и фазового детектора снижают точность и стабильность измерений. Компенсационный ротационный вискозиметр построен по методу астати ческого уравновешивани  измер емого момента в зкостного трени . При пос то нной величине момента в зкостног трени  система уравновешивани  не имеет статической ошибки. Но при ис следовании зависимости напр жени  сдвига от скорости деформации на вход вискозиметра подаетс  измер емый момент в зкостного трени , изме н ющийс  примерно с посто нной скоростью (1)о ггде - посто нна  составл юща  мо мента в зкостного трени ; Ми - скорость изменени  измер ™ емого момента. В этом случае по вл етс  скорост на  ошибка, величина которой зависит как от скорости деформации так и от исследуемой жидкости, что делает невозможным коррекцию этой ошибки при градуировке. Повысить точность измерительного прибора можно только по™ выша  пор док астотизма системы ypaвнoвeшивa lи , Выходной ток в известном вискозиметре нелинейно зависит от угла поворота воспринимающего цилиндра. Поскольку уравновешивание статическое, то нелинейность датчика преобразовател  Ьбразновеси  выражаетс  в нелинейности шкалы пор дка 0, Однако если погрешность измерени  в зкости, обуслозленна  отклонением скорости вращени  привода внешнего цилиндра от номинальной, составл ет не более О 52| при использовании синхронного двигател J подключенного к напр жению ромышле -жой сети,, то погрешность от иелинейности составл ет весьма значительную величину, В исполнительной обмотке, нахо д щейс  на одной рамке с сигнальной обмоткой, наводитс  напр жение высокой частоть и выдел етс  на коммутируемсчм рез :сторе, подключенном на 8ХО-Д образ1.;ового вольтметра, который будучи цифровым, имеет на входе специальный фильтр, внос щий дополнительную погрешность. При изучении деформационных свойств упругих жидкостей на процессе перехо да через предел прочности очень сильное вли ние может оказывать жесткость измерительного устройства; малое знб чение которой может способствовать сильному повышению CKOpocii деформации . При изучении жидкостей с высокой скоростью релаксации напр жени  сдвига уравновешивающее устройство отличаетс  высокой жесткостьюs однако в известном вискозиметре иесткость , определ ема  быстродействием системы автоматического уравновешивани , не может обеспечить стабилизацию скорости деформации сдвига. Цель изобретени  - повышение томности измерени  в зкости и улучшение динамических характеристик. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в ротационном электровискозиметре , содержащемВращаемый внешний цилиндр с исследуемой жидкостью, внутренний цилиндр, преобразователь неравновеси , преобразователь уравновешивани  и отсчетное устройство, преобразователь неравновеси  содержит два автогенератора, частотно-задающие злёменты которых выполнены в виде двух.пар пластин, между которыми помещена закрепленна  на оси внутреннего цилиндра кругла  пластинка 5 с симметричными вырезами, два тактирующих устройства, генератор тактовых импульсов и реверсивный счетчик причем выход каждого автогенератора соединен с одним из входов соответствующего тактирующего устройства, другие входы которого соединены с выходом генератора тактовых импульсов , а выходы тактирующих устройств подключены к разным входам реверсивного счетчика, выход которого соединен с входом отсчетного устройства, преобразователь уравновешивани  содержит преобразователь цифрового кода в ток, выход которого соединен с обмоткой уравновешивани , расположенной под углом к оси полюсов кольцевого магнита, зaкpeплe+ нoгo на одной оси с внутренним цилиндром вход преобразовател  цифрового кода в ток подключен к выходу реверсивного счетчика. На чертеже представлена принципиальна  схема предлагаемого устройства . Схема содержит внешний вращаемый цилиндр 1, внутренйий цилиндр 2, кольцевой магнит 3 обмотку k уравновешивани , ось 5. круглую пластинку 6 с вырезами, частотнозадающие элементы 7, автогенератор 8, преобразователь 9 цифрового кода в ток, цифровое отсчетное устройство 10, тактирующие устройства 11, ре,вер сивный счетчик 12, генератор 13 тактовых импульсов, тактирующее устройство 14, автогенератор 15 частотно-задающие элементы 16 и несущую рамку 17. К синхронному электроприводу подсоединен вн ешний цилиндр 1 , в котором размещен внутренний цилиндр 2. Внутренний цилиндр 2, жестко св зан с кольцевым магнитом 3, закрепленным на оси 5. котора  установлена на несущей рамке 17- Н-а оси 5 закреплена кругла  пластинка 6, имеюща  вырезы, расположенные симметрично по диаметру и наход щиес  между пластинами двух пар конденг саторов частотно-задающих элементов 7 и 16 автогенераторов 8 и 15. Выходы автогенераторов 8 и 15 соединены соответственно с входами тактирующих устройств 11 и И, на другие входы которых подключены выходы генератора 13 тактовых импульсов. Выходы тактирующих устройств подключемы на входы пр мого и обратного сче76 та реаерсивного счетчика 12. Выход счетчика 12 соединен с входами цифрового отсчетного устройства 10 и преобразовател  9 цифрового кода в ток, который св зан с обмоткой k уравновешивани  и вместе с ней и кольцевым магнитом 3 составл ет преобразователь уравновешивани . Измерение в зкости предлагаемым вискозиметром осуществл етс  следующим образом. Исходное положение подвижной части преобразовател  неравновеси  обуславливает такое состо ние емкостных частотно-задающих элементов 7 и 16, при котором частоты автогенераторов. 8 и 15 равны f fl,П) где f, и f 0 - соответственно частоты импульсов на выходах автогенераторов . Поэтому состо ние реверсивного счетчика 12, отражаемое цифровым отсчетным устройством 10, определ етс  выр зжением N--5 .(VfJdt 0,C2.) где N - состо ние счетчика; - t - врем  измерени , равное периоду между двум  несовпада . ющими тактовыми импульсами генератора 13. В этом случае ток на выходе преобразовател  9i протекающий через обмотку Ц уравновешивани , также равен нулю (3) Таким образом, уравновешивающий момент, обусловленный током уравновешивани  и магнитным потоком Ф кольцевого магнита 3 также равен нулю , вФ ( где W - чийло витков обмотки уравновешивани ; f - угол поворота подвижной части чувствительного элемента вискозиметра. Исходное положение, при котором выполн етс  условие (1) устанавливаетс  автоматически, так как только в этом случае выполн етс  равенство (3) обеспечивающее , а значит, и неподвижность оси 5 внутреннего цилиндра. При работе вискозиметра внешний цилиндр 1 с исследуемой жидкостью приводитс  во вращение с посто нной скоростью, например, ci-inxpoHUbiM эпе.ч Tponpi-iRo.qoM со гтупенчатьм упр-твг ени ем скорости VJ, Возник; 3 Ц1-й на оси внутреннего цил -чндрл 2 иомеит в зкостного трени  ;,., iipMBo.u.iT во вращз тельное -движен -ш г одви;;:ку-з 1асть преобразовател  неравновеси  г ось 5 с 6, а закрепленчый на ней кольцевой ь.эгнит 3При повороте подвижной част-1 возникают у ел о в и   J з-а с т а в л   loi..i и s час г о т- но-зздающие элементы 7 и 16 изменить частоту автогенераторов 8 и 15- Частота импульсов на генератора 15 больше частоты на выходе re;-iecaтора 8 (). В этом случае ние счетчика 12 измен етс  з соответствии с ,выpaжeниe ц (iV,|ai до того момента t,, при котором частоты генераторов сраЕ1- Яютс  Такой момент непременно наступит, поскольку в соответстви / с кодом на входе преобразовател  9 определ емы счетчиком 12, увеличиваетс  ток уравновешизанип и создаетс  ураз|-1Овешивающий момент fUsj, который возвра тит подвижную часть чувствительного элемента в -Сходное положение, при котором fg f,.|. Отсчет нее цифровое устройство 10 отображает число импульсов , зафиксированных счетчиком,, а значит, и пропорциональный ему момент уразновешивани , равный момен ту в зкостного трени  NW/ | И i 1 i 3: ТГк f.i LnulF ) НИ измер емь й момент в з костного трени ; передаточна  функци , X.JP) описывающа  движение подвижной части чувст вительного элементаj коэффициент переда-чи п р еоб Э а 3 о Е а т ел   нерав новеси ; Р - оператор преобразован |у, Лапласа; t/ 2. коэффициент передачи преобразовател  уравн вешизани ; . разность частот автогенераторов ; .-Мч разность моментов, действующих на подвижную часть чувств и тельного элемен та. , Тактирую цие устройства 1 и включены дл  предотвращени  сбоев в работе реверсивного счетчика i 2 путем устранени  совпадающих импульсов частот f и f2. Тактируюшие устройства прив зывают импульсы автогенераторов 8 и 15 к двум последовательност м несовпадающих тактовых импульсов, вырабатываемых генератором 13. В предлагаемом вискозиметре отсутствует обратное воздейсте.ие от преобразовател  неравновеси  на подвижную -есть, не имеетс  надобности в -око|-;одводаХ; что позвол ет существе но -повьюить чувствительность прибора, В общую погрешность прибора не вход т погрешности из-за температурной и временной нестабильности параметроз преобразовател  уравновешиваьил , поэтому не предъ вл етс  особых -требований к точности и стабиль ности автогенераторов и тактирующего генератора. Применение вискозиметра при исследовани х реологических и деформациO ныx характеристик неньютоновских жидкостей повышает точность измерени  мз-за отсутдтви  скоростной ошибки, что обеспечиваетс  повышением астатизма системы уравновешива - ,и  измер емого момента. Распределение индукции вдоль дуги кольцевого магнита намагниченного в диаметральном направлении, описываетс  зависимостью 3 - где BjYf максимальное значение индукции в направлении оси намагниченности; в угол, отсчитываемый по дуге от этой оси. Поскольку 0 измер етс  в тех же единицах, что . то и , угловой градиент магнитного пол  (Ф/вЧ, вход щий в выражение дл  момента уравновешивани  (), определ етс  W (8) Отсюда видно, что момент уравновешиваний зависит от положени  подвижной части чувствительного элемента и эта зависимость сказываетс  на переходном процессе уравновешивани . Чтобы исключить вли ние зависимости момента уравновешивани  от угла поворота подвижной части на круглой пластинке 6 сделаны вырезы таким образом, чтобы разность частот автогенераторов зависела от угла поворота согласно уравнению 4f arcsin4(9) Этим повышаетс  устойчивость и точность вискозиметра в переходных режимах уравновешивани . Указанна  зависимость С) момента уравновешивани  от угла поворота подвижной части используетс  дл  ста билизации скорости деформации при из мерении момента в зкостного трени  жидкостей с высокой скоростью релаксации напр жени  сдвига. Обмотка Ц уравновешивани  и кольцевой магнит 3 расположены таким образом, что при движении внутреннего цилиндра под действием момента в зкостного трени  угловой градиент магнитного пол  полюсов кольцевого магнита, раз ноименных с близлежащими полюсами обмотки уравновешивани , увеличиваетс , т.е. dФ/d возрастает с увеличением Ми. Это обсто) тельство приводит к тому, что даже при неизменном токе уравновешивани , который из-за инерционности системы уравновешивани  не может мгновенно измен тьс , подвижна  система обладает жесткостью , необходимой дл  стабилизации скорости деформации. Погрешность вискозиметра в устано вившемс  режиме и в режимах реальных скоростей изменени  напр жени  сдвиг исследуемых жидкостей определ етс  только погрешностью преобразовател  цифрового кода в ток. При использова нии типовых цифро-аналоговых преобра зователей, построенных на интегральных схемах, эта погрешность находитс  в пределах 0,05. Таким образом, в предлагаемом изобретении значительно повышена точность измерени  в зкости и обеспечено улучшение динамических характеристик . Данный электровискозиметр предназ начен дл  изучени  реологических характеристик структурированных жидкостей . Наличие цифрового выхода результатов измерений позвол ет использовать дл  обработки этих результатов цифровую вычислительную ма-шину . Формула изобретени  Ротационный электровискозиметр, содержащий вращаемый внешний цилиндр, внутренний цилиндр, преобразователь неравновеси , преобразователь уравновешивани  и отсчетное устройство, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений в зкости и улучшени  динамических характеристик, преобразователь неравновеси  содержит два автогенератора , частотНО задающие элементы которых выполнены в виде двух пар пластин, между которыми помещена закрепленна  на оси внутреннего цилиндра кругла  пластинка с симметричными вырезами, два тактирующих устройства, генератор тактовых импульсов и реверсивный счетчик, причем выход каждого автогенератора соединен с одним из входов соответствующего тактирующего устройства , другие входы которого соединены с выходом генератора тактовых импульсов , а выходы тактирующих устройств подключены к разным входам реверсивного счетчика, выход которого соединен с входом отсчетного устройства , преобразователь уравновешивани  содержит преобразователь цифрового кода в ток, выход которого соединен с обмоткой уравновешивани , расположенной под углом к оси полюсов кольцевого магнита, закрепленного на одной оси с внутренним цилиндром, вход преобразовател  цифрового кода в ток подключен к выходу реверсивного счетчика. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР f 301598. кл, G 01N:11/14, 1971.
2. 2.Авторское свидетельство СССР N- 702269, кл. G 01 N 11/14, 1972 (прототип).

   /v

   fO

   16

   17

   ,

   G3

   13