Коливальний віскозиметр

Коливальний віскозиметр, що містить корпус, контур збудження коливань, який містить спарений електромагніт і датчик в'язкості, який відрізняється тим, що він додатково оснащений підсилювачем збудження коливань, частотно-коливальною 3 36820 частотно-коливальною ланкою, яка містить двоконсольний 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 коливань через силопередавальні феромагнітні пластини, закріплені жорстко і симетрично на другій консольній частині вала у площині його осі, виходи індукційних датчиків виконані сполученими, відповідно, з частотоміром та електромагнітами через фазоінвертор, кількість пластин на вільному кінці вала становить не менше двох, геометричні розміри зазначених пластин виконані рівними між собою, а зазначені пластини на вільному кінці вала встановлені у площині його осі та симетрично зазначеній осі. Порівняльний аналіз технічного рішення з найближчим аналогом дозволяє зробити висновок, що коливальний віскозиметр, що заявляється, відрізняється тим, що його додатково оснащено підсилювачем збудження коливань, частотноколивальною ланкою, яка містить двоконсольний вал з жорстко закріпленими на його вільному кінці пластинами, пружинами і вузлами настроювання жорсткості динамічної системи, індукційними датчиками, постійними магнітами, фазоінвертором, частотоміром та джерелом живлення, при цьому частотно-коливальна 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 виконані сполученими, відповідно, з частотоміром та електромагнітами через фазоінвертор, кількість пластин на вільному кінці вала становить не менше двох, геометричні розміри зазначених пластин виконані рівними між собою, а пластини на вільному кінці вала встановлені у площині його осі та симетрично зазначеній осі. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де на Фіг.1 наведено вигляд коливального віскозиметра з розтинами для пояснення конструкції, на Фіг.2 показана конструктивнокомпонувальна схема коливального віскозиметра на вигляді збоку, на Фіг.3 показана конструктивнокомпонувальна схема динамічної системи пристрою, на Фіг.4 показана конструктивнокомпонувальна 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 блок-схему коливального віскозиметра, яка пояснює його роботу, на Фіг.8 показано номограму залежності частоти авторезонансних коливань f коливальної сис 4 теми від в'язкості n досліджуваного матеріалу (речовини) та температури t оточуючого середовища. Коливальний віскозиметр містить корпус 1, який встановлюється в процесі роботи на ємності 2 для досліджуваного матеріалу (речовини) 3. На корпусі 1 виконано вікно 4, на прозорій частині якого нанесена координатна сітка. Усередині корпусу 3 жорстко закріплені електромагніти 5, які встановлені симетрично і співвісно між собою. Зовні корпусу 3 розташовані регулювальні гвинти 6 і 7. Зазначені гвинти 6 і 7 зв'язані з пристосуваннями 8 і 9 для затягування пружини 10. Водночас гвинти 6 і 7 призначені для переміщення індукційних датчиків 11, жорстко закріплених на зазначених пристосуваннях 8 і 9. Усередині корпусу 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. На пластини 15 опираються пружини 10, а на пластинах 16 закріплені постійні магніти 17 (N/S), при цьому пружини 10 опираються одним кінцем на пластини 15, а другим - на 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 вкручування/викручування регулювальних гвинтів 6 і 7). Виходи індукційних датчиків зв'язані з входом підсилювача 18 збудження коливань. Виходи підсилювача 18 збудження коливань виконані зв'язаними з частотоміром 19 і через фазоінвертор 20 з електромагнітами 5. Входи підсилювача 18 збудження коливань та частотоміра 19 виконані 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 ємність 2 заливається досліджуваний матеріал (речовина) 3. При цьому ємність 2 заповнюється на таку величину, щоб пластини 14 були зануреними у досліджуваний матеріал 3 не менше як на 1/2 довжини вала 13 (див. Фіг.6). Корпус 1 закріплюється на ємності 2 (див. Фіг.6). При вмиканні джерела живлення 21 до підсилювача 18 збудження коливань 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 (ЕРС) індукції. Конструктивно індукційні датчики 11 і постійні магніти 17 встановлені так, що ЕРС відпрацьовується тільки в одному з датчиків 11. Сигнал з цього датчика 11 подається на підсилювач 18 збудження коливань, де здійснюється 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 силопередавальну феромагнітну пластину 15 силою F відносно осі обертання вала 13. При цьому, вал 13 буде обертатися у підшипниках кочення 12 у напрямку 5 36820 моменту М, створеного силою F від задіяного у перший напівперіод коливань електромагніту 5 (див. Фіг.5). Діагонально протилежна (відносно працюючого електромагніту 5) пружина 10 почне стискуватися, накопичуючи енергію. При досягненні положення рівноваги, при якому сила F від електромагніту 5 буде дорівнювати силі затягування пружини 10, сигнал на працюючому індукційному датчику 11 буде дорівнювати "нулю", а тому і "нулю" на електромагнітах 5. Не отримуючи протидії з боку електромагніту 5 (задіяного у перший напівперіод коливань - див. Фіг.5), пружина 10 почне розжиматися, намагаючись повернутися до положення рівноваги. Вал 13 з пластинами 14 почне провертатися у зворотний бік. У другий напівперіод коливань у роботу вступає другий індукційний датчик 11, сигнал з якого, після підсилення у підсилювачі 18 збудження коливань, буде надходити через фазоінвертор 20 на інший (протилежний відносно першого напівперіода 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 напівперіода 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 18 збудження коливань - електромагніти 5", частота яких точно 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 занурені 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 меншою, а частота власних крутильних коливань f більшою. І навпаки, у досліджуваному матеріалі (речовині) 3 більшої щільності сили зчеплення речовини 3 і пластин 14 можуть бути настільки значними, що при певній (початковій) жорсткості динамічної системи зусиль F від електромагніту 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, переміщуються у бік постійного магніту 17 (наближуються 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 ЕРС індукції, і, як наслідок, збільшується потужність сигналу, який надходить від підсилювача 18 збудження коливань 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. Зме 6 ншення кута повороту a 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 частотновибіркової ланки. Тертя між собою пластин 14 та досліджуваного матеріалу 3 призведе 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 ємності 2 з досліджуваним матеріалом 3 (параметри якого перевірені іншими методами контролю, наприклад, зазначеними в [4]) і порівнюючи їх з показами частотоміра 19 при контрольному вимірюванні, отримують за номограмою залежності частоти авторезонансних коливань f коливальної системи від в'язкості n досліджуваного матеріалу 3 та температури t навколишнього середовища, величину в'язкості n досліджуваного матеріалу 3 (див. номограму на Фіг.8). Наприклад, при контрольному вимірюванні в'язкості n досліджуваного матеріалу 3 отримана частота авторезонансних коливань f1 Згідно з номограмою, на осі f знаходять величину f1 проводять перпендикуляр до сімейства кривих t (на Фіг.8 -зазначено t1t2, t3 та t4), відповідно до температури t3 (як приклад), переходять паралельно базовій осі до графіка зміни в'язкості n, і, опускаючи перпендикуляр з точки перетину графіка на вісь n, отримують величину фактичної в'язкості n 1досліджуваного матеріалу 3 (див, Фіг.8). Підвищення ефективності застосування коливального віскозиметра, що заявляється, 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 запропонованого пристрою можливе не тільки у виробничих умовах, але й у польових. Коливальний віскозиметр конструктивно може бути розташованим у баках для зберігання різноманітних речовин, наприклад, у 7 баках для пального літальних апаратів, в ємностях для зберігання пального на автозаправних станціях, в ємностях для фарб та інше. Контроль за вимірюванням фізико-хімічних властивостей вищезазначених речовин, у цьому випадку, може вестися дистанційно. Джерела інформації. 1. A.c. СРСР №717625, 1980., МПК G01N11/16 - аналог. 36820 8 2. A.c. СРСР №238875, 1966., МПК G01N11/16 - аналог. 3. A.c. СРСР №789704, 1980., МПК G01N11/16 - прототип. 4. Орел Н.И., Губачек Э.В., Березин Б.И., Водолазская В.М. Справочник технолога полиграфиста. Печатные краски. -Μ.: Книга, 1988. -С.188-202, § 4.3 "Реологические свойства красок для издательских целей". 9 Комп’ютерна в ерстка Л.Литв иненко 36820 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601