Вібраційний віскозиметр

Вібраційний віскозиметр, який містить корпус із закріпленим на ньому датчиком в'язкості, блок живлення, генератор звукових коливань і схему вимірювань вихідного сигналу датчика, який відрізняється додатковим спорядженням його двома підшипниками ковзання, симетрично закріпленими на корпусі, розміщенням усередині зазначених підшипників ковзання магнітного якоря електрові U 1 3 36049 Рішення технічної задачі у вібраційному віскозиметрі, який містить корпус із закріпленим на ньому датчиком в'язкості, блок живлення, генератор звукових коливань і схему вимірювань вихідного сигналу датчика, досягається додатковим спорядженням його двома підшипниками ковзання, симетрично закріпленими на корпусі, розміщенням усередині зазначених підшипників ковзання магнітного якоря електровібратора, що входить до схеми генерації звукових коливань, індукційними датчиками, постійним магнітом, закріпленим на магнітному якорі, розміщенням постійного магніту у зазорі між індукційними датчиками осесиметрично останнім, пружинами, які розміщені між торцями магнітного якоря і корпуса, підсилювачем збудження низької частоти і електровібратором, спорядженням датчика в'язкості робочим органом у вигляді двоопуклого диска з отворами, закріпленням датчика в'язкості з робочим органом у середній частині магнітного якоря, встановленням індукційних датчиків з можливістю переміщення один відносно одного і відносно постійного магніту, виконанням виходів індукційних датчиків сполученими з підсилювачем збудження низької частоти, а виходів останнього - з електровібратором, блоком живлення і реєстраційним приладом, виконанням датчика в'язкості з можливістю зміни робочого органа, виконанням стінок корпусу, що контактують з пружинами, з можливістю переміщення відносно осі магнітного якоря. Порівняльний аналіз корисної моделі з прототипом показує, що вібраційний віскозиметр, що заявляється, відрізняється тим, що він додатково містить два підшипники ковзання, симетрично закріплених на корпусі, усередині яких розміщений магнітний якір електровібратора, що входить у схему генерації звукових коливань, індукційні датчики, постійний магніт, закріплений на магнітному якорі, який розміщений у зазорі між індукційними датчиками осесиметрично останнім, пружини, які розміщені між торцями магнітного якоря і корпусом, підсилювач збудження низької частоти і електровібратор, при цьому датчик в'язкості споряджений робочим органом у вигляді двоопуклого диска з отворами і виконаний закріпленим у середній частині магнітного якоря, індукційні датчики встановлені з можливістю переміщення один відносно одного і відносно постійного магніту, виходи індукційних датчиків виконані сполученими з підсилювачем збудження, а виходи останнього - з електровібратором, блоком живлення і реєстраційним приладом, датчик в'язкості виконаний з можливістю заміни робочого органа, а стінки корпуса, що контактують з пружинами, виконані з можливістю переміщення останніх відносно осі магнітного якоря. Таким чином, вібраційний віскозиметр, що пропонується, відповідає критерію «новизна». Суть корисної моделі пояснюється за допомогою креслень, де на Фіг.1 наведена конструктивнокомпонувальна схема вібраційного віскозиметра; на Фіг.2 наведена схема вібраційного віскозиметра, яка пояснює його роботу та конструкцію; 4 на Фіг.3 наведений робочий орган датчика в'язкості (у положенні, поверненому на 90° щодо осі магнітного якоря); на Фіг.4 наведена схема розміщення устатк ування для визначення реологічних характеристик досліджуваного матеріалу (речовини); на Фіг.5 наведена блок-схема вібраційного віскозиметра, яка пояснює його роботу і взаємодію конструктивних елементів, на Фіг.6 наведена (як варіант) конструкція магнітного якоря; на Фіг.7 наведена залежність частоти f власних коливань датчика в'язкості від в'язкості v досліджуваного матеріалу (речовини). Вібраційний віскозиметр містить, як варіант конструкції (див. Фіг.2), 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 (як варіант конструктивного виконання). У торці кришок 2 і магнітного якоря 6 опираються 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 здійснюється за допомогою регулювальних гвинтів 16 (як варіант конструктивного виконання). Збудження коливань датчика в'язкості з робочим органом 11 здійснюється за допомогою подачі живлення з підсилювача збудження низької частоти 17 на електровібратори 5. До схеми виміру ви хідного сигналу датчика в'язкості входить реєстраційний прилад 18, що виконаний у вигляді, наприклад, електронно-обчислювального частотоміра. Реєстраційний прилад 18 виконаний сполученим з блоком (джерелом) живлення 19 і електровібратором 5 електричним колом 20. При цьому ви ходи індукційних датчиків 14 виконані сполученими з підсилювачем збудження 17, а виходи останнього (позиція 17) - з електровібратором 5, блоком живлення 19 і реєстраційним приладом 18, електричним колом 20 (див. Фіг.4). 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 кронштейна 9 із закріпленим на ньому робочим органом 11. Вібраційний віскозиметр працює таким чином. Попередньо проводять тарування вібраційного віскозиметра за еталонними значеннями величин 5 36049 в'язкості n матеріалу (речовини) 22, що отримані за допомогою інших відомих методів контролю, описаних, наприклад, у [4]. Для цього збуджують коливання датчика в'язкості з власною частотою і приводять частоту власних коливань f датчика в'язкості до відповідності з в'язкістю n матеріалу (речовини) 22 для кожного з численних досліджуваних матеріалів (речовин) 22. За одержаними внаслідок контролю значеннями частоти f власних коливань і відомих величин в'язкості n матеріалу (речовини) 22 будують графік залежності частоти f власних коливань датчика в'язкості від в'язкості n матеріалу (речовини) 22 (див. Фіг.7). Відповідно до графіка залежності f = f (n) , кожному із значень f частоти власних коливань датчика в'язкості буде відповідати визначене значення n в'язкості матеріалу (речовини) 22. Маючи тарувальний графік залежності частоти f власних коливань датчика в'язкості від в'язкості n матеріалу (речовини) 22 (див. Фіг.7), приступають до досліджень. 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 у отвір 24 на згаданій кришці 23. Електричне коло 20 від індукційних датчиків 14 і електровібраторів 5 вібраційного віскозиметра з'єднують із входами, відповідно, підсилювача збудження низької частоти 17 і реєстраційного приладу 18 (частотоміра). Виходи підсилювача збудження низької частоти 17 і реєстраційного приладу 18 (частотоміра) з'єднують електричним колом 20 із входом блоку живлення 19. 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 реєстраційний прилад 18 (частотомір). При взаємодії магнітного поля постійного магніту 12 з індукційними датчиками 14 в одному з них (наприклад, лівому - відповідно до Фіг.2) буде вироблятися сигнал у вигляді електрорушійної сили (ЕРС) індукції. З цього індукційного датчика 14 сигнал у вигляді ЕРС індукції буде подаватися на підсилювач збудження 17 і з останнього (вже підсилений) - на обмотки котушки електровібратора 5 (наприклад, лівої - відповідно до Фіг.2) і на вхід реєстраційного приладу 18 (частотоміра). При цьому обмотки котушки електровібратора 5 утворюють електромагнітне поле. Під дією електромагнітного поля, яке утворене 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.2), яка не працює у перший напівперіод коливань. Рухомий магнітний якір 6, що опирається на 6 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.2). Зазначена пружина 8 при своєму стиску буде накопичувати енергію. Наприкінці переміщення рухомого магнітного якоря 6, 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.2) припинить виробляти сигнал у вигляді ЕРС індукції (сигнал буде дорівнювати «нулю»), а задіяний електровібратор 5 знеструмиться. Рухомий магнітний якір 6 під дією пружини 8 (правої - відповідно до схеми на Фіг.2), яка є опертою одним кінцем у р ухому кришку 2, а др угим - у торець магнітного якоря 6, почне переміщатися в початкове положення. При цьому постійний магніт 12 почне взаємодіяти з іншим індукційним датчиком 14 (правим - відповідно до схеми на Фіг.2). Визначений датчик 14 почне виробляти сигнал у вигляді ЕРС 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.2), що буде працювати у другий напівперіод коливань, і на вхід реєстраційного приладу 18 (частотоміра). Під дією електромагнітного поля зазначеної котушки 5 (правої - відповідно до схеми на Фіг.2) рухомий магнітний якір 6 почне переміщатися убік іншої котушки 5 (лівої - відповідно до схеми на Фіг.2), стискаючи пружину 8 (ліву - відповідно до схеми на Фіг.2). 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. У залежності від в'язкості v досліджуваного матеріалу (речовини) 22 частота f власних коливань буде різною за усіх інши х 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 ви щезазначених умов частота f 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 реєстраційного приладу 18 (наприклад, електронно-обчислювального частотоміра) визначають фактичну частоту f1 власних коливань датчика з робочим органом 11, що буде відповідати фактичному значенню в'язкості n 1 досліджуваного матеріалу (речовини) 22. Для цього на графіку залежності f = f (n) (див. Фіг.7) на осі f вибирають фактичне значення частоти f1 власних коливань, проводять перпендикуляр до пере 7 36049 тину з графіком і з точки перетину з графіком опускають перпендикуляр на вісь n . Отримане значення в'язкості n (буде відповідати фактичній в'язкості n 1 досліджуваного матеріалу (речовини) 22 (див. Фіг.7). Для спрощення операції з визначення фактичної величини в'язкості n реєстраційний прилад 18 може бути відградуйованим за розмірністю в'язкості. З метою підвищення чутливості динамічної системи «магнітний якір 6 - пружини 8» і з'єднаного з нею датчика в'язкості з робочим органом 11 (що необхідно при досліджуванні матеріалу з великою в'язкістю, наприклад, смоли, бетону, фарби) передбачене регулювання (затягування) пружин 8 шляхом закручування/викручування торцевих кришок 2 корпусу 1. При збільшенні ступеня затягування пружин 8 підвищується чутливість вищезгаданої динамічної системи вібраційного віскозиметра при досліджуванні речовин, що мають велику в'язкість. Для цих же цілей використовується переміщення (зближення) індукційних датчиків 14 відносно постійного магніту 12. Зближення за допомогою регулювальних гвинтів 16 (як варіант конструктивного виконання) індукційних датчиків 14, закріплених на пристосуванні 15, відносно постійного магніту 12, призводить до посилення сигналу, що виробляється згаданими індукційними датчиками 14. Внаслідок цього відбувається збільшення сигналу з підсилювача збудження низької частоти 17, що подається на електровібратор 5. Це призводить до зростання величини електромагнітного поля, яке буде впливати на магнітний якір 8 6. При цьому провадиться визначене коригування у реєстраційному приладі 18. Вибір типу змінної насадки (робочого органа 11) визначається у залежності від передбачуваної в'язкості досліджуваного матеріалу (речовини) 22. При цьому також провадиться визначене коригування у реєстраційному приладі 18. Підвищення ефективності застосування вібраційного віскозиметра, що заявляється, у порівнянні з прототипом, досягається за рахунок підвищення точності визначення частоти 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. 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 №1242763, 1985, МПК G01N11/16 - аналог. 2. А. с. СРСР №1043525, 1983, МПК G01N11/16 - аналог. 3. А. с. СРСР №685957, 1979, МПК G01N11/16-прототип. 4. Н.И.Орел, Э.В.Губачек, Б.И.Березин, В.М.Водолазская. Справочник технологаполиграфиста. - Ч. 5. - Печатные краски. - М.: Книга, 1988. - С.188-202, §4.3. Реологические свойства красок для издательских целей. 9 36049 10 11 Комп’ютерна в ерстка Н. Лисенко 36049 Підписне 12 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