Коливальний віскозиметр

1. Коливальний віскозиметр, який містить корпус, контур збудження коливань, який містить спарений електромагніт і датчик в'язкості, який відрізняється тим, що він додатково оснащений підсилювачем збудження, частотно-коливальною ланкою, яка містить двохконсольний вал з жорстко закріпленими на його вільному кінці пластинами, пружини і вузли настроювання жорсткості динамічної системи, індукційними датчиками, постійними 43225 ливальною ланкою, яка містить двохконсольний вал з жорстко закріпленими на його вільному кінці пластинами, пружини і вузли настроювання жорсткості динамічної системи, індукційними датчиками, постійними магнітами, фазоінвертором, частотоміром та джерелом живлення, при цьому частотноколивальна ланка зв'язана з контуром збудження коливань через силопередавальні феромагнітні пластини, жорстко і симетрично закріплені на другій консольній частині вала у площині його осі, виходи індукційних датчиків виконано сполученими, відповідно, з частотоміром та електромагнітами через фазоінвертор, кількість пластин на вільному кінці вала виконано не менше двох, геометричні розміри зазначених пластин виконано рівними між собою, а зазначені пластини на вільному кінці вала встановлено у площині його осі та симетрично зазначеній осі. Порівняльний аналіз з прототипом показує, що коливальний віскозиметр, відрізняється тим, що його додатково оснащено підсилювачем збудження частотно-коливальною ланкою, яка містить двохконсольний вал з жорстко закріпленими на його вільному кінці пластинами, пружини і вузли настроювання жорсткості динамічної системи, індукційними датчиками, постійними магнітами, фазоінвертором, частотоміром та джерелом живлення, при цьому частотно-коливальна ланка зв'язана з контуром збудження кoливань через силопередавальні феромагнітні пластини, жорстко і симетрично закріплені на другій консольній частині вала у площині його осі, виходи індукційних датчиків виконано сполученими, відповідно, з частотоміром та електромагнітами через фазоінвертор, кількість пластин на вільному кінці вала виконано не менше двох, геометричні розміри зазначених пластин виконано рівними між собою, а пластини на вільному кінці вала встановлено у площині його осі та симетрично зазначеній осі. Таким чином, коливальний віскозиметр, відповідає критерію винаходу "новизна". Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 вигляд коливального віскозиметра з розтинами для пояснення конструкції, на фіг. 2 показана конструктивно-компонувальна схема коливального віскозиметра на вигляді збоку, на фіг. 3 показана конструктивно-компонувальна схема динамічної системи пристрою, на фіг. 4 показана конструктивно-компонувальна схема контуру збудження коливань, який містить спарений електромагніт, на фіг. 5 наведена схема збудження крутильних коливань вала з пластинами, що розміщені на вільному кінці вала. на фіг. 6 зображено загальний вигляд коливального віскозиметра з обладнанням, яке використовується, на фіг. 7 наведено блоксхему коливального віскозиметра, яка пояснює його роботу, на фіг. 8 показано номограму залежності частоти авторезонансних коливань f коливальної системи від в'язкості досліджуваного матеріалу (речовини) та температури t оточуючого середовища. Коливальний віскозиметр містить корпус: 1, який встановлюється в процесі роботи на ємкості 2 для досліджуваного матеріалу (речовини) 3. На корпусі 1 виконано вікно 4, на прозорій частині якого нанесена координатна сітка. Усередині корпуса 3 жорстко закріплені електромагніти 5, які вста новлені симетрично і співвісно між собою. Зовні корпуса 3 розташовані регулювальні гвинти 6 і 7. Зазначені гвинти 6 і 7 зв'язані з пристосуванням 8 і 9 для затягування пружини 10 Водночас гвинти 6 і 7 призначені для переміщення індукційних датчиків 11, жорстко скріплених на зазначених пристосуваннях 8 і 9 Усередині корпуса 3 в підшипниках кочення 12 закріплено вал 13 з пластинами 14 на вільному кінці. На другому кінці вала 13 жорстко закріплені силопередавальні феромагнітні пластини 15 і 16. Пластини 15 і 16 розташовані в одній площині, що проходить крізь вісь вала 13 У пластини 15 впираються пружини 10, а на пластинах 16 закріплені постійні магніти 17 (N/S), при цьому пружини 10 впираються одним кінцем у пластини 15, а другим -у пристосування 8 і 9. Індукційні датчики 11 встановлено з можливістю взаємодії з постійним магнітом 17 (N/S) та регулювання відстані між ними за допомогою переміщення пристосувань 8 і 9 (що, у свою чергу, здійснюється шляхом ввертання/вивертання регулювальних гвинтів 6 і 7). Виходи індукційних датчиків зв'язані з входом підсилювача збудження 18. Виходи підсилювача збудження 18 виконано зв'язаними з частотоміром 19 і через фазоінвертор 20 з електромагнітами 5. Входи підсилювача збудження 18 та частотоміра 19 виконано зв'язаними з джерелом живлення 21. Вал 13 з пластинами 14 є датчиком в'язкості коливального віскозиметра. Коливальний віскозиметр працює наступним чином. По-перше, в ємкість 2 заливається досліджуваний матеріал (речовина) 3. При цьому ємкість 2 заповнюється на таку величину щоб пластини 14 були зануреними у досліджуваний матеріал 3 не менш, як на 1/2 довжини вала 13 (див. фіг. 6). Корпус 1 закріплюється на ємкості 2 (див. фіг. 6). При вмиканні джерела живлення 21 до підсилювача збудження 18 і частотоміра 19 пристрій (коливальний віскозиметр) готовий до роботи. При цьому, по-перше, в індукційному датчику 11, який знаходиться в магнітному полі постійного магніту 17 (N/S), відпрацьовується сигнал у вигляді електрорушійної сили (е.р.с.) індукції. Конструктивно індукційні датчики 11 і постійні магніти 17 встановлені так, що е.р.с. відпрацьовується тільки в одному з датчиків 11. Сигнал з цього датчика 11 подається на підсилювач збудження 18, де провадиться його підсилювання, і далі, через фазоінвертор 20, на один з електромагнітів 5 (див. фіг. 7). Електромагніт 5 (до якого підведений підсилений сигнал) починають діяти на сило передавальну феромагнітну пластину 15 силою F відносно осі оберту вала 13. При цьому, вал 13 буде провертатися у підшипниках кочення 12 у напрямку моменту М, створеного силою F від задіяного у перший півперіод коливань електромагніта 5 (див. фіг. 5). Діагонально протилежна (відносно працюючого електромагніта 5) пружина 10 почне стискуватися, накопичуючи енергію. При досягненні положення рівноваги, при якому сила F від електромагніта 5 буде дорівнювати силі затягнення пружини 10, сигнал на працюючому індукційному датчику 11 стане дорівнювали "нулю", а тому і "нулю" на електромагнітах 5. Не отримуючи протидії з боку електромагніта 5 (задіяного у перший півперіод коливань 2 43225 див. фіг. 5), пружина 10 почне розтискатися, намагаючись повернутися до положення рівноваги. Вал 13 з пластинами 14 почне провертатися у зворотний бік. У другий півперіод коливань у роботу вступає другий індукційний датчик 11, сигнал з якого, після підсилення у підсилювачі збудження 18, буде надходити через фазоінвертор 20 на інший (протилежний відносно першого півперіода коливань) електромагніт 5, який буде впливати електромагнітною силою F (іншою знаку) на силопередавальну феромагнітну пластину 15, при цьому зазначений електромагніт 5 буде надавати їй безконтактно додатковий рух у зворотний бік відносно першого півперіода коливань. Таким чином, виникають механічні коливання системи "вал 13 - пластини 14 -пружини 10", що не затухають у часі, і синфазні з ними електричні коливання в системі "індукційний датчик 11 - підсилювач збудження 18 - електромагніти 5" частота яких у точності дорівнює частоті власних коливань системи "вал 13 з пластинами 14 - досліджуваний матеріал 3". Вимірювання частоти власних коливань здійснюється за допомогою електронно-розрахункового частотоміра 19. Залежно від щільності досліджуваного матеріалу 3, тертя між пластинами 14, які занурено у досліджуваний матеріал (речовину) 3, і зазначеним матеріалом (речовиною) 3, буде різним. Наскільки досліджуваний матеріал (речовина) 3 буде близьким до рідкого становища, настільки сила тертя буде менше, а частота власних крутильних коливань f більше. І навпаки, у досліджуваному матеріалі (речовині) 3 більшої щільності сили щеплення речовини 3 і пластин 14 можуть бути настільки значними, що при певній (початковій) жорсткості динамічної системи зусиль F від електромагніта 5 не вистачить, щоб їх подолати. У цьому випадку, за допомогою регулювальних гвинтів 6 і 7 (див. фіг. 1-3), індукційні датчики 11, які конструктивно виконані жорстко закріпленими на пристосуваннях 8 і 9, переміщується у бік постійного магніту 17 (наближаються до зазначеного постійного магніту 17) Зменшення зазору між датчиком 11 і постійним магнітом 17 призводить до того, що збільшується величина сигналу, що виробляється датчиком 11, у вигляді е.р.с. індукції, і, як наслідок, збільшується потужність сигналу, який надходить від підсилювача збудження 18 на електромагніти 5. Водночас, шляхом стиснення за допомогою гвинтів 6 і 7 пружин 10, добиваються деякого збільшення частоти обертання вала 13, і, як наслідок, зменшення амплітуди коливань (кута повороту a див. фіг. 5) зазначеного вала 13. Зменшення кута повороту а вала 13 з пластинами 14 буде сприяти зменшенню сили тертя між досліджуваним матеріалом 3 і зазначеними пластинами 14 та підвищить чутливість частотно-вибіркової ланки даного пристрою. При виконанні контрольного заміру параметрів в'язкості досліджуваного матеріалу 3, яким може бути, наприклад, нафта, бензин, керосин, спирт, фарба та інші речовини, заміряють частоту f авторезонансних (власних) коливань частотно-вибіркової ланки. Тертя між собою пластині 14 та дослі джуваного матеріалу 3 приведе до виникнення дисипативних сил тертя і, як наслідок, до зменшення частоти f авторезонансних коливань системи "вал 13 з пластинами 14 - досліджуваний матеріал 3". Знаючи виміряні раніше еталонні частоти коливань f частотно-вибіркової ланки в ємкості 2 з досліджуваним матеріалом 3 (параметри якого перевірені іншими методами контролю, наприклад, зазначеними в [4]) і порівнюючи їх з показниками частотоміра 19 при контрольному вимірюванні, отримую за номограмою залежності частоти авторезонансних коливань f коливальної системи від в'язкості v досліджуваного матеріалу 3 та температури t оточуючого середовища, величину в'язкості v досліджуваного матеріалу 3 (див. номограму на фіг. 8). Наприклад, при контрольному вимірюванні в'язкості v досліджуваного матеріалу 3 була отримана частота авторезонансних коливань f1. Згідно з номограмою, на осі f знаходять величину f1, проводять перпендикуляр до сімейства кривих t (на фіг. 8 -зазначено t1, t2, t3 та t4), відповідно до температури t3 (як приклад), переходять паралельно базовій осі до графіка зміни в'язкості v, і, опускаючи перпендикуляр з точки перетину графіка на вісь v, отримують величину фактичної в'язкості v1 досліджуваного матеріалу 3 (див, фіг. 8). Підвищення ефективності застосування коливального віскозиметра, у порівнянні з прототипом, досягається за рахунок підвищення точності визначення частоти коливань датчика в'язкості, який є зануреним у досліджуване середовище (речовину), а саме, за рахунок використання авторезонансних режимів коливань динамічної системи, що найбільш точно відображають зміну впливу величини в'язкості на згадану динамічну систему. 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. Використання як-показника щільності досліджуваної речовини значень частоти авторезонансних (власних) коливань дозволить підвищити точність у визначенні щільності (в'язкості) досліджуваного матеріалу (речовини), розширити функціональні можливості приладу шляхом вимірювання щільності не тільки рідких речовин, але й речовин, які мають більші в'язкість та щільність. Використання пропонованого пристрою можливо не тільки у виробничих умовах, але й у польових. Коливальний віскозиметр конструктивно може бути розташованим у баках для зберігання різноманітних речовин, наприклад, у баках для пального літальних апаратів, в ємкостях для зберігання пального на автозаправних станціях, в ємкостях для фарб та інше Контроль за вимірюванням фізикохімічних властивостей вищезазначених речовин, у цьому випадку, може вестися дистанційно. Джерела інформації. 1. А.с. СРСР № 717625, 1980., МПК G01N11/16 – аналог. 2. А.с. СРСР № 238875, 1966., МПК G01N11/16 – аналог. 3. А.с. СРСР № 789704, 1980., МПК G01N11/16 – прототип. 3 43225 4. Орел Н.И., Губачек Э.В., Березин Б.И., Водолазская В.М. Справочник технолога полиграфиста. Печатные краски. – М.: Книга, 1988. – С. 188 202, § 4.3 "Реологические свойства красок для издательских целей". Фіг. 1 4 43225 Фіг. 2 5 43225 Фіг. 3 Фіг. 4 6 43225 Фіг. 5 7 43225 Фіг. 6 8 43225 Фіг. 7 Фіг. 8 9 43225 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 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