Спосіб визначення в’язкості дисперсного середовища

Спосіб визначення в'язкості дисперсного середовища, що включає занурення чутливого елемента, виконаного у вигляді зонда, у досліджуване середовище збудження коливань зонда з наступним виміром амплітуди коливань зонда, що відрізняється тим, що збуджують коливання зонда з власною частотою, a величину в'язкості досліджуваного середовища визначають за параметрами зміни, амплітуди коливань. (19) (21) 2000053122 (22) 31.05.2000 (24) 15.05.2001 (33) UA (46) 15.05.2001, Бюл. № 4, 2001 р. (72) Никифорук Богдан Васильович, Єршова Емма Олександрівна, Комаров Володимир Олександрович (73) Український науково-дослідний інститут спеціальних видів др уку 38126 визначають за параметрами зміни амплітуди коливань. Таким чином, спосіб визначення в'язкості дисперсного середовища за винаходом відповідає критерію винаходу "новизна". Суть способу визначення в'язкості дисперсного середовища пояснюється за допомогою креслень, де на фіг. 1 наведено конструктивнокомпонувальну схему приладу, за допомогою якого проводять визначення в'язкості дисперсного середовища, на фіг. 2-3 наведені схеми роботи зонда, відповідно, у першому і другому півперіодах його коливань, на фіг. 4 наведено схему розміщення устатк ування для реалізації способу визначення в'язкості дисперсного середовища (як варіант конструктивного виконання), на фіг. 5 наведена блок-схема приладу, за допомогою якого проводять визначення в'язкості дисперсного середовища, на фіг. 6 наведена залежність амплітуди А коливань зонда від в'язкості n досліджуваного середовища. Суть способу визначення в'язкості дисперсного середовища пояснюється за допомогою устаткування для цієї мети, наприклад, вібраційного віскозиметра, конструкція якого описана у [3], [4], або за допомогою інших приладів. Кожний з вищезазначених приладів містить зонд, закріплений із можливістю вчинення маятникових коливань, і систему збудження коливань зонда, що містить електровібратори, індукційні датчики, магніт, закріплений на зонді з можливістю взаємодії з індукційними датчиками, підсилювач низькочастотних коливань і прилад, який реєструє амплітуду коливань. Як прилад, який реєструє амплітуду коливань, може бути використаний реєстратор лінійних переміщень зонда. При цьому зонд і електровібратори включені в частотно-вибіркову ланку системи збудження коливань, що реагують на зміну в'язкості середовища, у якому занурений зонд. Попередньо проводять тарування вібраційного віскозиметра за еталонними значеннями величин в'язкості n матеріалу (речовини) 22, що отримані за допомогою інших відомих методів контролю, описаних, наприклад, у [5]. Для цього збуджують коливання датчика в'язкості з власною частотою і приводять до відповідності амплітуду А власних коливань датчика в'язкості з в'язкістю n матеріалу (речовини) 22 для кожного з численних досліджуваних матеріалів (речовин) 22. За одержаними у наслідок контролю значеннями амплітуди А власних коливань і відомих величин в'язкості n матеріалу (речовини) 22, будують графік залежності амплітуди A власних коливань датчика в'язкості від в'язкості n матеріалу (речовини) 22 (див. фіг. 6). Відповідно до графіка залежності A=f(n). Кожному із значень А амплітуди власних коливань датчика в'язкості буде відповідати визначене значення n в'язкості матеріалу (речовини) 22. Маючи тарувальний графік залежності амплітуди А власних коливань датчика в'язкості від в'язкості n матеріалу (речовини) 22, приступають до досліджень з використанням приладу, за допомогою якого проводились контрольні вимірювання амплітуди А власних коливань датчика в'язкості. Для пояснення суті винаходу вибране устатк ування, наприклад, у вигляді вібраційного віскозиметра, який містить, як варіант конструкції (див. фіг. 1), корпус 1 із торцевими кришками 2 і внутрішніми перегородками 3, до яких кріпляться підшипники ковзання 4, які виконані, наприклад, з фторопласту (матеріалу, що має один з найменших коефіцієнтів тертя), і електровібратори 5, які виконані, наприклад, у вигляді електромагнітних котушок. Усередині котушок (електровібраторів 5) проходить магнітний якір 6, що конструктивно виконаний двополюсним. На торцях магнітного якоря 6 закріплені жорстко втулки 7, які виконані, наприклад, із бронзи з полірованою зовнішньою поверхнею. У торці кришок 2 і магнітного якоря 6 упираються пружини 8, які повинні мати однакові характеристики жорсткості. На рухомому магнітному якорі 6 (у його геометричній середині) закріплені кронштейни 9 і 10. На вільному кінці кронштейна 9 закріплений робочий орган 11 датчика в'язкості, а на кронштейні 10 - постійний магніт 12 (N/S). Кронштейни 9 і 10 проходять крізь прорізи 13, що виконані у корпусі 1. Індукційні датчики 14 закріплені на рухомих основах 15 (як варіант конструктивного виконання). Переміщення рухомих основ 15 із закріпленими на них індукційними датчиками 14 відносно постійного магніту 12 провадиться за допомогою регулювальних гвинтів 16 (як варіант конструктивного виконання). Збудження коливань датчика в'язкості з робочим органом 11 провадиться за допомогою подачі живлення з підсилювача збудження низької частоти 17 на електровібратори 5. До схеми виміру вихідного сигналу датчика в'язкості входить прилад 18, який реєструє. Як прилад, який реєструє амплітуду коливань, може бути використаний реєстратор лінійних переміщень зонду. Прилад 18, який реєструє амплітуду коливань зонда, виконаний сполученим з блоком (джерелом) живлення 19 і електровібратором 5 електричними ланцюгами 20. При цьому виходи індукційних датчиків 14 виконані сполученими з підсилювачем збудження 17, а виходи останнього (позиція 17) - з електровібратором 5, блоком живлення 19 і приладом 18 (реєстратором лінійних переміщень зонду) електричними ланцюгами 20 (див. фіг. 4-5). Для проведення досліджень додатково використовують ємність 21 для досліджуваного матеріалу (речовини) 22. Як варіант конструкції, ємність 21 може містити кришку 23 з отвором 24 для проходження кронштейну 9 із закріпленим на ньому робочим органом 11. Вібраційний віскозиметр працює таким чином. Перед початком досліджень заповнюють ємність 21 досліджуваним матеріалом (речовиною) 22 до визначеного рівня і закривають кришкою 23. Після цього вібраційний віскозиметр установлюють на кришці 23, що закриває ємність 21 з досліджуваним матеріалом (речовиною) 22 так, щоб кронштейн 9 із закріпленим на ньому робочим органом 11 проходив в отвір 24 на згаданій кришці 23. Електричні ланцюги 20 від індукційних датчиків 14 і електровібраторів 5 вібраційного віскозиметра з'єднують із входами, відповідно, підсилювача збудження низької частоти 17 і приладу 18, який реєструє (реєстратора лінійних переміщень зонду). Ви ходи підсилювача збудження низької частоти 17 і приладу 18, який реєструє лінійні переміщення зонду, з'єднують електричним ланцюгом 20 із входом блока живлення 19 (див. фіг. 4-5). 2 38126 Проводять перевірку занурення робочого органа 11 у досліджуваний матеріал (речовину) 22. Робочий орган 11 датчика в'язкості повинен бути цілком зануреним у згаданий досліджуваний матеріал (речовину) 22. Вмикають блок (джерело) живлення 19 і подають живлення на підсилювач збудження 17 і прилад 18, який реєструє. При взаємодії магнітного поля постійного магніту 12 з індукційними датчиками 14 в одному з них (наприклад, лівому - відповідно до фіг. 1) буде вироблятися сигнал у вигляді електрорушійної сили (е. р. с.) індукції. З цього індукційного датчика 14 сигнал у вигляді е. р. с. індукції буде подаватися на підсилювач збудження 17 і з останнього (вже підсилений) - на обмотки котушки електровібратора 5 (наприклад, лівої - відповідно до фіг. 1) та на вхід приладу 18, який реєструє (див. фіг. 4-5). При цьому обмотки котушки електровібратора 5 утворюють електромагнітне поле. Під дією електромагнітного поля, яке утворено обмотками котушки електровібратора 5, рухомий магнітний якір 6, що конструктивно виконаний двополюсним, буде виштовхуватися зі згаданої котушки 5 у напрямку іншої котушки 5 (правої - відповідно до схеми на фіг. 1), яка не працює у перший півперіод коливань. Рухомий магнітний якір 6, що спирається на підшипники ковзання 4 втулками 7, буде ковзати по них практично без тертя (у зв'язку з тим, що матеріал підшипників ковзання 4 вибирається з мінімальним коефіцієнтом тертя, наприклад, фторопласт, а визначені підшипники ковзання 4 додатково контактують із полірованою поверхнею втулок 7). Переміщення рухомого магнітного якоря 6 буде викликати стиск пружини 8 (правої - відповідно до схеми на фіг. 1). Зазначена пружина 8 при своєму стиску буде накопичувати енергію. Наприкінці переміщення рухомого магнітного якоря 6 (див. фіг. 2), коли буде досягнуте рівноважне положення (коли сила впливу електромагнітного поля на магнітний якір 6 буде дорівнювати силі затягування пружини 8), згаданий магнітний якір 6 зупиниться. У цей момент індукційний датчик 14 (лівий - відповідно до схеми на фіг. 1) припинить виробляти сигнал у вигляді е. р. с. індукції (сигнал стане дорівнювати нулю), а задіяний електровібратор 5 знеструмиться. Рухомий магнітний якір 6 під дією пружини 8 (правої - відповідно до схеми на фіг. 1), яка є упертою одним кінцем у рухому кришку 2, а другим - у торець магнітного якоря 6, почне переміщатися у зворотний бік. При цьому постійний магніт 12 почне взаємодіяти з іншим індукційним датчиком 14 (правим - відповідно до схеми на фіг. 1). Визначений датчик 14 почне виробляти сигнал у вигляді е. р. с. індукції і за вищевказаною схемою подавати його на підсилювач збудження 17, а потім, вже підсилений, на котушку електровібратора 5 (праву - відповідно до схеми на фіг. 1), що буде працювати у др угий півперіод коливань, та на вхід приладу 18, який реєструє. Під дією електромагнітного поля зазначеної котушки 5 (правої - відповідно до схеми на фіг. 1) рухомий магнітний якір 6 почне переміщатися убік іншої котушки 5 (лівої - відповідно до схеми на фіг. 1), стискаючи пружину 8 (ліву - відповідно до схеми на фіг. 1). Наприкінці переміщення рухомого магнітного якоря 6 (див. фіг. 2), коли буде досягну те рівноважне положення (коли сила впливу електромагнітного поля на магнітний якір 6 буде дорівнювати силі затягування пружини 8), згаданий магнітний якір 6 знову зупиниться. У цей момент індукційний датчик 14 (правий - відповідно до схеми на фіг. 1) припинить виробляти сигнал у вигляді е. р. с. індукції (сигнал стане дорівнювати нулю), а задіяний електровібратор 5 знеструмиться. Рухомий магнітний якір 6 під дією пружини 8 (лівої відповідно до схеми на фіг. 1), яка є упертою одним кінцем у рухому кришку 2, а другим - у торець магнітного якоря 6, почне переміщатися в зворотний бік. Таким чином, виникають незатухаючі у часі механічні коливання динамічної системи "магнітний якір 6 - пружини 8" і пов'язаного з нею датчика в'язкості з робочим органом 11, що занурений у досліджуваний матеріал (речовину) 22. Залежно від в'язкості n досліджуваного матеріалу (речовини) 22 амплітуда А власних коливань буде різноманітною за усіх інших рівних умов (сили попереднього затягування пружин 8, визначеному вигляду робочого органа 11, відстані між індукційними датчиками 14 і постійним магнітом 12, параметрами котушки 5). При дотриманні усіх вищевказаних умов амплітуда А власних коливань динамічної системи "магнітний якір 6 - пружини 8" і пов'язаного з нею датчика в'язкості з робочим органом 11 буде відповідати визначеній величині в'язкості n досліджуваного матеріалу (речовини) 22. За допомогою приладу 18, який реєструє (наприклад, електронно-обчислювального частотоміра), визначають фактичну амплітуду А1 власних коливань датчика з робочим органом 11, що буде відповідати фактичному значенню в'язкості v1 досліджуваного матеріалу (речовини) 22. Для цього на графіку залежності A=f(v) на осі А вибирають фактичне значення амплітуди А1 власних коливань, проводять перпендикуляр до перетину з графіком і з точки перетину з графіком опускають перпендикуляр на вісь v. Отримане значення в'язкості буде відповідати фактичній в'язкості v1 досліджуваного матеріалу (речовини) 22 (див. фіг. 6). Для спрощення операції визначення фактичної величини в'язкості v, прилад 18, який реєструє амплітуду коливань, може бути поградуйованим за розмірністю в'язкості. Підвищення ефективності застосування способу визначення в'язкості дисперсного середовища за винаходом порівняно з прототипом досягається за рахунок підвищення точності визначення амплітуди коливань чутливого елемента, зануреного у досліджуване середовище, а саме, за рахунок використання авторезонансних режимів коливань динамічної системи, що найбільш точно відображають зміну впливу на згадану динамічну систему. У способі визначення в'язкості дисперсного середовища, що заявляється, використовується коливальна система самоналагоджувального типу, динамічні характеристики якої залежать тільки від жорсткості вмонтованих пружних елементів (пружин) і від реологічних характеристик досліджуваного середовища, зокрема, від в'язкості. Джерела інформації 1. А.с. СРСР № 775667 від 30.10.80., (бюл. № 40), МПК G01N11/16 - аналог. 3 38126 2. А.с. СРСР № 685957 від 18.09.79., МПК G01N11/16 - прототип. 3. А.с. СРСР № 212615, МПК G01N11/16, 1967. 4. A.c. CPCP № 238875, МПК GN11/16, 196 5. Орел H.И., Губачек Э.В., Березин Б.И., Водолазская В.М. Справочник технологаполиграфиста. – Ч. 5. Печатные краски. - М.: Книга, 1988. - С. 188-202, § 4.3. Реологические свойства красок для издательских целей. 4 Фіг. 1 38126 5 Фіг. 2 Фіг. 3 38126 6 Фіг. 4 38126 7 Фіг. 5 38126 8 Фіг. 6 38126 9 38126 ___________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 10