Віскозиметр

Корисна модель відноситься до віскозиметрів, які засновано на переміщенні тіла в матеріалі, і може бути використаний в автоматизованих системах управління судновими енергетичними установками, нафтохімічній галузі промисловості. Для вимірювання в потоці в'язкості палива в тонких (~10мкм) прошарках, властивості яких при плині змінюються [1, 2, 3]. Відомий віскозиметр, який містить систему керування і вимірювальний зонд, що включає дві циліндричні камери, які заглушені кожна з одного торця, двигун у виді дво х електромагнітних котушок, упори і поршенькапсулу, при цьому в першу камеру співвісно заглушками в один бік поміщена менша за розмірами друга камера з поршнем у середині, який вільно переміщується, зазор між відкритими торцями камер заглушений, у першій камері послідовно розміщені електромагнітні котушки, що охоплюють другу камеру, керують рухом поршня і контролюють його положення між упорами на заглушці та відкритому торці другої камери, при цьому перший і другий ви ходи системи керування паралельно з'єднані з обмотками електромагнітних котушок, які з'єднані також із входами системи керування [4]. Недоліки пристрою, які обумовлені використанням в якості двигуна електромагнітних котушок, наступні: - низька швидкість переміщення поршню - 0,03м/с, в наслідок чого неможливо побудува ти трибологічні характеристики тиксотропних рідин (палива й олії); - відсутність можливості регулювання лінійної швидкості переміщення поршню; - велика погрішність вимірів унаслідок виникнення електромагнітних полів від зовнішніх пристроїв; - виготовлення обмоток котушок з дорогих матеріалів: міді й алюмінію; - неможливість використання віскозиметра в умовах вакуум у, наприклад, при його експлуатації в нафтогазовій промисловості, тому що обмотки просочені складами, що склеюють; - великі габарити та маса. Найбільш близьким за технічною сутністю та результатом, що досягається, до корисної моделі, що пропонується, є віскозиметр, який містить систему керування, датчик положення поршня, RS-тригер і вимірювальний зонд, що включає дві циліндричні камери з заглушеним торцем кожна, розташовані співвісно, поршень, два упори для обмеження його руху і двигун, який встановлено у першій камері для керування рухом поршня, при цьому інформаційний вихід RS-тригера підключено до входу системи керування, відповідно до винаходу введено: другий датчик положення поршня, підсилювач потужності, який регулюється, впускний і випускний клапани, система керування виконана зі схеми "&" та генератора прямокутних імпульсів, який управляється, перша камера виконана з ізоляційного матеріалу, при цьому камери поєднані відкритими торцями через, наприклад, сальник, у безпосередній близькості від якого у стінці другої камери установлено випускний клапан, а на її заглушці - впускний, поршень виконано у вигляді деталі, що перекриває поперечний переріз другої камери між клапанами, зі штоком, що проходить через сальник і з'єднаний з центром заглушки першої камери пружиною, що забезпечує вихідне положення поршня поблизу випускного клапана, упори для забезпечення контролю положення поршня виконані кожний у вигляді двох стр умопровідних пластин, закріплених одним боком на стінці циліндра першої камери та охоплюючих між пружиною і сальником протилежними недотичними боками шток, на якому між упорами виконані перший і другий виступи, для перекриття при крайніх положеннях поршня зазорів між пластинами відповідно першого і другого упорів, в якості двигуна використані два п'єзоелементи, які жорстко закріплені кожен одним кінцем до стінки циліндра під гострим кутом до неї між упорами з можливістю вигину до сальника протилежного кінця для переміщення поршня до впускного клапана ударними рухами по штоку між виступами, одна з пластин першого і другого упорів підключена відповідно до входу першого і другого датчиків положення поршня, виходи яких підключені відповідно до S і R входів RS-тригера, вихід якого подано на вхід системи керування - перший вхід схеми "&", на другий вхід якої подано вихід генератора імпульсів, який управляється, вихід схеми "&" - вихід системи керування - через регульований підсилювач потужності підключено паралельно до п'єзоелементів двигуна [5]. Недоліки пристрою, які обумовлені використанням п'єзоелектричного лінійного зворотно-поступального двигуна, наступні: - наявність пружини; - низькі в порівнянні з нереверсивним п'єзоелектричним двигуном з пасивним ротором пусковий момент, надійність та ресурс; - контактні пари датчиків положення; - наявність сальника, що розділяє першу і др угу камери; - наявність впускного і випускного клапанів. Задачею корисної моделі є створення віскозиметра, у якому використання нереверсивного п'єзоелектричного двигуна з пасивним ротором дозволяє підвищити та регулювати лінійну швидкість переміщення поршня і здійснювати вимір в'язкості палива в діапазоні 20...190 стокс. Поставлена задача вирішується тим, що у віскозиметр, який містить систему керування, Г-подібну основу, п'єзоелектричний двигун, датчик обертів ротора, кривошипний механізм і вимірювальний зонд, що включає циліндричну камеру зі штуцером в торці, поршень, який відрізняється тим, що в нього введені система керування, яка виконана на базі регульованого перетворювача напруги, сигнал з якого подається на нереверсивний п'єзоелектричний двигун з пасивним ротором, встановлений на Г-подібній основі і який за допомогою кривошипного механізму приєднаний до поршню вимірювального зонду, встановленого на іншому боці Г-образної основи, і забезпечує зворотно-поступовий рух, швидкість якого вимірюється за допомогою оптичного датчика обертів ротора і пропорційна в'язкості палива, яке поступає у вимірювальну камеру через штуцер. Технічний результат досягається завдяки тому, що нереверсивний п'єзоелектричний двигун з пасивним ротором забезпечує: - високий пусковий момент; - регулювання лінійної швидкості переміщення поршня можливе завдяки зміні швидкості обертання ротора шляхом зміни напруги та частоти, подаваних на осцилятор двигуна, що забезпечує швидкість обертів ротору в діапазоні 0...8 об/сек; - можливість побудови трибологічних характеристик тиксотропних рідин; - високу надійність і ресурс (більш 5000ч); - мале енергоспоживання; - іскровибухонебезпечність; - відсутність випромінюваних магнітних полів; - безшумну роботу; - економію міді в зв'язку з відсутністю обмоток; - відсутність редуктора та додаткових зондів для вимірювання різних за фракційним составом рідин; - малі масу і габарити. На Фіг.1 зображено конструкцію віскозиметру (розріз у діаметральній площині): 1 - Г-подібна основа, 2 перетворювач напруги разом з нереверсивним п'єзоелектричним двигуном з пасивним ротором, 3 - оптичний датчик, 4 - ротор двигуна, 5 - кривошипний механізм, 6 - вимірювальний зонд, 7 - штуцер, 8 - виступ ротора; на Фіг.2 - розріз за А-А, 1 - Г-подібна основа, 2 - перетворювач напруги разом з нереверсивним п'єзоелектричним двигуном з пасивним ротором, 3 - оптичний датчик, 4 - ротор двигуна, 5 - кривошипний механізм, 6 вимірювальний зонд, 7 - штуцер; 9 - вимірювальна камера; 10 - поршень. Віскозиметр містить Γ-подібну основу 1, на одному боці якої встановлено виготовлені в одному корпусі систему керування та п'єзоелектричний двигун 2, оптичний датчик 3 регіструє швидкість обертання ротора 4 при перетинанні мітки 8 оптичного каналу, який за допомогою кривошипного механізму 5 забезпечує зворотнопоступовий рух поршня 10 усередині вимірювальної камери 9 вимірювального зонду 6, з другого торця якого зроблено штуцер 7 для подачі палива. У вихідному стані при вимкнутому живленні у вимірювальному зонді 6 поршень 10 знаходиться у будь якому місці. Через штуцер 7 подається рідина, яка проникає в вимірювальну камеру 9 і далі стікає на Г-подібну основу. При вмиканні живлення перетворювач напруги перетворює постійну напругу у високочастотні імпульси, які подаються на осцилятор п'єзодвигуна, ротор якого починає рухатися і за допомогою кривошипного механізму рухає поршень усередині вимірювальної камери. В'язкість палива, впливаючи на швидкість переміщення поршня і гальмуючи ротор двигуна, пропорційна швидкості обертання ротора. Сигнал, що знімається з виходу оптичного датчика, є інформаційним сигналом. Елементи віскозиметра може бути реалізовано згідно з відомими схемами: - нереверсивний п'єзоелектричний двигун з пасивним ротором - [6, 7, 8]. - перетворювач напруги - [6]. - оптичний датчик обертів - [9]. - вимірювальний зонд зроблений на базі стандартного розпилювача форсунки. Джерела інформації: 1. Ахматов Α.Α. Молекулярная физика граничного трения. - Μ.: Физматгиз, 1963. - 472с. 2. Поповский Ю.М., Берникова Н.Б. Исследование оптической анизотропии граничных слоев полидиметилсилоксилана и его смесей с тетрадеканом. // Вопросы физики формообразования и фазовых превращений. - Калинин: КГУ. - 1983. - С.25-32. 3. Алтоиз Б.А., Поповский Ю.М. Физика приповерхностных слоев. - Одесса: Астропринт, 1995. - 153с. 4. Cambridge Applied Systems, Inc. 196 Boston Ave, Medford, MA 02155 USA 781 393-6500 (voice), 781 393-6515 (Fax) SPC372J FLOW-THROUGH VISCOMETER http://www.cambridgeapplied.com/tech/viscometers.html 05.05.2003. 5. Нікольський В.В. Деклараційний патент України, МКІ 7 G01N11/10 Віскозиметр. - №2003054350; Заявл. 15.05.2003; Опубл. 15.01.2004, Бюл. №1. 6. Лавриненко В.В., Карташев И.А., Вишневский B.C. Пьезоэлектрические двигатели. - Μ.: Энергия, 1980. 112с. 7. PI Ceramic GmbH Lindenstrasse / www.piceramic.de. 8. Коваль B.C., Лавріненко В.В., Тишко О.О., Хор унжий В.М. - П'єзоелектричний двигун та спосіб його виготовлення. Патент України №69663А, від 2004p. 9. Щербаков В.И., Грездов Г.И. Электронные схемы на операционных усилителях: Справочник. - К.: Техніка, 1983. 213с., ил.