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 тим, що додатково містить не менш ніж два електровібратори, які виконані у вигляді котушок збудження коливань та симетрично закріплені усередині корпуса, не менш ніж два підшипники ковзання, що виконані закріпленими симетрично в отворах електровібраторів, магнітний якір, виконаний розміщеним в отворах електровібраторів з можливістю поздовжнього переміщення відносно поздовжньої осі електровібратора та зазначених підшипників ковзання, постійний магніт, закріпле U 2 (19) 1 3 36053 Недоліками відомого вібраційного віскозиметра, який обрано за прототип, є низька чутливість приладу, недостатня точність одержуваних результатів вимірів параметрів коливань і, як наслідок, недостатня точність вимірювань реологічних властивостей досліджуваного матеріалу (речовини). В основу корисної моделі покладено задачу підвищення точності визначення реологічних характеристик і розширення асортименту матеріалів, що досліджуються. Рішення технічної задачі у вібраційному віскозиметрі, який містить корпус із закріпленим у ньому датчиком в’язкості, джерело живлення, генератор звукових коливань і схему вимірювань вихідного сигналу датчика, досягається шляхом додаткового спорядження його не менш ніж двома електровібраторами, виконаними у вигляді котушок збудження коливань, що закріплені симетрично усередині корпуса, встановленням не менш ніж двох підшипників ковзання, що закріплені симетрично в отворах електровібраторів, введенням до конструкції магнітного якоря, виконаного розміщеним в отворах електровібраторів з можливістю поздовжнього переміщення відносно поздовжньої осі електровібратора та зазначених підшипників ковзання, постійних магнітів, що закріплені на торцях магнітного якоря, індукційних датчиків, що закріплені на торцевих стінках корпусу із зазором щодо постійного магніту, пружин, розміщених між торцем магнітного якоря та торцевою стінкою корпусу, виконанням генератора звукових коливань у вигляді підсилювача збудження коливань низької частоти, датчика в’язкості закріпленим у вигляді диска на торцевій частині магнітного якоря перпендикулярно до його поздовжньої осі, виконанням пружин такими, що контактують з торцевою стінкою корпусу і датчиком в’язкості, схеми виміру вихідного сигналу датчика такою, що містить частотомір та реєстратор контрольованих параметрів, встановленням індукційних датчиків з можливістю переміщення відносно постійного магніту, виконанням виходів індукційних датчиків сполученими з підсилювачем збудження коливань низької частоти, а ви ходів останнього - з електровібраторами через фазоінвертор, виконанням на корпусі та на торцевій стінці корпусу отворів, виконанням стінок корпуса, що контактують з пружинами, з можливістю переміщення відносно поздовжньої осі корпусу та магнітного якоря, виконанням виходів джерела живлення сполученими з входами підсилювача збудження коливань низької частоти, частотоміра та реєстратора контрольованих параметрів. Порівняльний аналіз корисної моделі з прототипом показує, що вібраційний віскозиметр, що заявляється, відрізняється тим, що він додатково містить не менш ніж два електровібратори, що виконані у вигляді котушок збудження коливань та симетрично закріплені усередині корпуса, не менш ніж два підшипники ковзання, що виконані закріпленими симетрично в отворах електровібраторів, магнітний якір, виконаний розміщеним в отворах електровібраторів з можливістю поздовжнього переміщення відносно поздовжньої осі електровібратора та зазначених підшипників ковзання, по 4 стійний магніт, закріплений на торцях магнітного якоря, індукційні датчики, закріплені на торцевих стінках корпусу, кожний з яких виконано розміщеним із зазором щодо постійного магніту, пружини, які розміщені між торцем магнітного якоря та торцевою стінкою корпусу, при цьому генератор звукових коливань виконано у вигляді підсилювача збудження коливань низької частоти, датчик в’язкості виконано закріпленим у вигляді диска на торцевій частині магнітного якоря перпендикулярно до його поздовжньої осі, пружини виконано такими, що контактують з торцевою стінкою корпусу і датчиком в’язкості, схема виміру вихідного сигналу датчика виконана такою, що містить частотомір та реєстратор контрольованих параметрів, індукційні датчики встановлені з можливістю переміщення відносно постійного магніту, виходи індукційних датчиків виконані сполученими з підсилювачем збудження коливань низької частоти, а виходи останнього - із електровібраторами через фазоінвертор, на корпусі та на торцевій стінці корпусу виконано отвори, стінки корпусу, що контактують з пружинами, виконані з можливістю переміщення відносно поздовжньої осі корпусу та магнітного якоря, виходи джерела живлення виконані сполученими зі входами підсилювача збудження коливань низької частоти, частотоміра та реєстратора контрольованих параметрів. Таким чином вібраційний віскозиметр, що заявляється, 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 і конструкцію, на Фіг.3 наведена схема розміщення устаткування для визначення реологічних характеристик досліджуваного матеріалу (речовини), на Фіг.4 наведена блок-схема вібраційного віскозиметра, яка пояснює його роботу і взаємодію конструктивних елементів, на Фіг.5 наведена (як варіант) конструкція магнітного якоря з розміщеним на ньому датчиком в’язкості, на Фіг.6 надана схема розміщення пристрою у ємкості з досліджуваним матеріалом, на Фіг.7 наведена залежність частоти f власних коливань датчика в’язкості від в’язкості n досліджуваного матеріалу (речовини). Вібраційний віскозиметр містить, як варіант конструкції (див. Фіг.1 та Фіг.2), корпус 1 з торцевими стінками 2, до яких кріпляться індукційні датчики 3. Усередині корпусу 1 встановлено (жорстко закріплено) електровібратори 4, які виконані, наприклад, у вигляді електромагнітних котушок. Усередині котушок (електровібраторів 4) жорстко закріплено не менш ніж два підшипники ковзання 5, які виконані, наприклад, з фторопласту (матеріалу, що має один з найменших коефіцієнтів тертя). Усередині котушок (електровібраторів 4) та підшипників ковзання 5 проходить магнітний якір 6, що конструктивно виконаний двополюсним. На торцях магнітного якоря 6 закріплені жорстко втулки 7, а на зазначених втулках 7 жорстко закріплений датчик в’язкості 8. Як варіант конструктивного виконання, датчик в’язкості 8 виконано у вигляді диска, який закріплено на втулках 7 перпендикулярно 5 36053 поздовжній осі магнітного якоря 6. Усередині втулок 7 закріплено постійний магніт 9 (N/S). При цьому магнітний якір 6 виконано з можливістю поздовжнього переміщення відносно поздовжньої осі електровібратора 4 та зазначених підшипників ковзання 5. Між торцем магнітного якоря і торцевою стінкою корпуса розміщені пружини 10, при цьому пружини 10 виконано такими, що контактують з торцевою стінкою 2 корпуса 1 і датчиком в’язкості 8. Генератор звукових коливань 11 виконано у вигляді підсилювача збудження коливань низької частоти, а схема виміру вихідного сигналу датчика в’язкості 8 виконана такою, що містить частотомір 12 та реєстратор 13 контрольованих параметрів (Е*). Зазначені індукційні датчики 3 встановлені з можливістю переміщення відносно постійного магніту 9 (N/S) при його статичному положенні, при цьому кожний з датчиків 3 виконано розміщеним із зазором щодо постійного магніту 9. Виходи індукційних датчиків 3 виконано сполученими з підсилювачем збудження 11 коливань низької частоти, а виходи підсилювача збудження 11 коливань низької частоти виконано сполученими із електровібраторами 4 через фазоінвертор 14. Фазоінвертор 14 служить для подачі посиленого сигналу з підсилювача збудження 11 коливань низької частоти почергово на кожний з двох електровібраторів 4 для приводу в дію магнітного якоря 6. На корпусі 1 та на торцевій стінці 2 корпусу 1 виконано, відповідно, отвори 15 і 16, при цьому кількість отворів 15 і 16 з однієї частини корпуса 1 повинна дорівнювати кількості отворів 15 і 16 з іншої частини корпусу 1. Сумарна площа отворів 15 і 16 з однієї частини корпусу 1 повинна дорівнювати сумарній площі отворів 15 і 16 з іншої частини корпусу 1. Стінки 2 корпусу 1, що контактують з пружинами 10, виконані з можливістю переміщення відносно поздовжньої осі корпуса 1 магнітного якоря 6. Виходи джерела живлення 17 виконано сполученими з входами підсилювача збудження 11 коливань низької частоти, частотоміра 12 та реєстратора 13 контрольованих параметрів (Е*) за допомогою електричних дротів 18. Додатковим обладнанням для проведення технологічних операцій щодо визначення фізичних властивостей речовин, наприклад, в’язкості n, шляхом виміру параметрів коливань динамічної системи (частоти f власних коливань), що взаємодіє з досліджуваним матеріалом 19 (речовиною), є ємкість 20. При контрольних дослідженнях у ємкість 20 наливають рідку речовину 19 і розміщують пристрій (вібраційний віскозиметр). Переміщення індукційних датчиків 3 відносно постійного магніту 9 здійснюється за допомогою регулювальних стінок 2 корпусу 1, які (як варіант конструктивного виконання) виконані у вигляді кришок з можливістю повертання відносно осі корпусу 1 по нарізах на зазначеному корпусі 1. Збудження коливань датчика в’язкості 8 коливань за допомогою подачі живлення з підсилювача збудження 11 коливань низької частоти на електровібратори 4. Вібраційний віскозиметр працює таким чином. Попередньо проводять тарування вібраційного віскозиметра за еталонними значеннями величин в’язкості n матеріалу (речовини) 19, що отримані 6 за допомогою інших відомих методів контролю, описаних, наприклад, у [4]. Для цього збуджують коливання датчика в’язкості 8 з власною (авторезонансною) частотою і приводять до відповідності частоту власних коливань f датчика в’язкості 8 з в’язкістю n матеріалу (речовини) 19 для кожного з численних досліджуваних матеріалів (речовин) 19. За одержаними внаслідок контролю значеннями частоти f власних коливань і відомих величин в’язкості n матеріалу (речовини) 19 будують графік залежності частоти f власних коливань датчика в’язкості від в’язкості n матеріалу (речовини) 19 (див. Фіг.7). Відповідно до графіка залежності f=f(n) кожному із значень f частоти власних коливань датчика в’язкості 8 буде відповідати визначене значення v в’язкості матеріалу (речовини) 19. Маючи тарувальний графік залежності частоти f власних коливань датчика в’язкості 8 від в’язкості n матеріалу (речовини) 19 (див. Фіг.7), приступають до досліджень. Перед початком досліджень заповнюють ємкість 20 досліджуваним матеріалом (речовиною) 19 до визначеного рівня (див. Фіг.6). Після цього вібраційний віскозиметр занурюють у ємкість 20 з досліджуваним матеріалом (речовиною) 19, так, щоб корпус 1 пристрою був повністю зануреним у досліджуваний матеріал 19 на глибину не менш ніж дві величини діаметра корпусу (див. Фіг.6). Електричні дроти 18 від індукційних датчиків 3 і електровібраторів 4 вібраційного віскозиметра з’єднують із входами, відповідно, підсилювача збудження 11 коливань низької частоти (генератора звукових коливань) і частотоміра 12 (реєстраційного приладу). Ви ходи підсилювача збудження 11 коливань низької частоти та реєстраційного приладу (частотоміра 12) з’єднують електричними дротами 18 з входом джерела живлення 17 (див. Фіг.3). Проводять перевірку занурення пристрою у досліджуваний матеріал (речовину) 19 і проникнення досліджуваного матеріалу (речовини) 19 у порожнини корпусу 1 пристрою. Робочий орган (диск) датчика в’язкості 8 повинен бути цілком зануреним у згаданій досліджуваний матеріал (речовину) 19 (див. Фіг.6). Вмикають джерело живлення 17 і подають живлення на підсилювач збудження 11 коливань низької частоти і реєстраційний прилад (частотомір 12). При взаємодії магнітного поля постійного магніту 9 з індукційними датчиками 3 в одному з них (наприклад, лівому - відповідно до Фіг.2) буде вироблятися сигнал у вигляді електрорушійної сили (ЕРС) індукції. З цього індукційного датчика 3 сигнал У вигляді ЕРС індукції буде подаватися на підсилювач збудження 11 коливань низької частоти і з останнього (вже підсилений) - через фазоінвертор 14 на обмотки котушки електровібратора 4 (наприклад, лівої - відповідно до Фіг.2) і на вхід реєстраційного приладу (частотоміра 12). При цьому обмотки котушки електровібратора 4 утворюють електромагнітне поле. Під дією електромагнітного поля, яке утворено обмотками котушки електровібратора 4, рухомий магнітний якір 6, що конструктивно виконаний двополюсним, буде ви 7 36053 штовхуватися зі згаданої котушки 4 у напрямку іншої котушки 4 (правої - відповідно до схеми на Фіг.2), яка не працює у перший напівперіод коливань. Рухомий магнітний якір 6, що опирається на підшипники ковзання 5, буде ковзати по них практично без тертя (у зв’язку з тим, що матеріал для підшипників ковзання 5 вибирається з мінімальним коефіцієнтом тертя, наприклад, фторопласт, а визначені підшипники ковзання 5 додатково контактують із полірованою поверхнею рухомого магнітного якоря 6). Переміщення рухомого магнітного якоря 6 буде викликати стискання пружини 10 (правої - відповідно до схеми на Фіг.2). При цьому досліджуваний матеріал 19 буде всмоктуватися через отвори 16 на торцевій стінці 2 корпусу 1 (лівої частини корпусу 1 згідно зі схемою на Фіг.1 та Фіг.2) в порожнину, яка створена зазначеною стінкою 2, внутрішньою стінкою корпусу 1 та зовнішньою поверхнею датчика в’язкості 8, і одночасно виштовхуватися з порожнини, яка створена внутрішньою поверхнею датчика в’язкості 8, внутрішньою стінкою корпуса 1 та торцем електровібратора 4, через отвори 15 на корпусі 1. У цей же момент часу в іншій (правій частині корпусу 1, згідно зі схемою на Фіг.1 та Фіг.2) досліджуваний матеріал 19 буде всмоктуватися крізь отвори 15 на корпусі 1 в порожнину, яка створена внутрішньою поверхнею датчика в’язкості 8, внутрішньою стінкою корпусу 1 та торцем електровібратора 4 і виштовхуватись з порожнини, яка створена зазначеною стінкою 2, внутрішньою стінкою корпусу 1 та зовнішньою поверхнею датчика в’язкості 8 (див. Фіг.1 та Фіг.2). Зазначена пружина 10 при своєму стиску буде накопичувати енергію. Наприкінці переміщення рухомого магнітного якоря 6, коли буде досягнуто рівноважного положення (коли сила впливу електромагнітного поля на магнітний якір 6 буде дорівнювати силі затягування пружини 10), згаданий магнітний якір 6 зупиниться. У цей момент індукційний датчик 3 (лівий - відповідно до схеми на Фіг.2) припинить виробляти сигнал у вигляді ЕРС індукції (сигнал буде дорівнювати "нулю"), а задіяний електровібратор 4 знеструмиться. Рухомий магнітний якір 6 під дією пружини 10 (правої - відповідно до схеми на Фіг.2), яка є опертою одним кінцем у рухливу стінку 2 корпуса 1, а другим - у датчик в’язкості 8 (диск), почне переміщуватися в зворотну сторону. При цьому постійний магніт 9 почне взаємодіями з іншим індукційним датчиком 3 (правим - відповідно до схеми на Фіг.2). Визначений датчик 3 почне виробляти сигнал у вигляді ЕРС індукції та за вищевказаною схемою подавати його на підсилювач збудження 11 коливань низької частоти, а потім, вже підсилений, на котушку електровібратора 4 через фазоінвертор 14 (праву - відповідно до схеми на Фіг.2), що буде працювати у другий напівперіод коливань, і на вхід реєстраційного приладу (частотоміра 12). Під дією електромагнітного поля зазначеної котушки 4 (правої - відповідно до схеми на Фіг.2) рухомий магнітний якір 6 почне переміщуватися у бік іншої котушки 4 (лівої - відповідно до схеми на Фіг.2), стискаючи пружину 10 (ліву - відповідно до схеми на Фіг.2). При цьому досліджуваний матеріал 19 буде всмоктуватися через отвори 8 16 на торцевій стінці 2 корпусу 1 (правої частини корпусу 1 згідно з схемою на Фіг.1 та. Фіг.2) в порожнину, яка створена зазначеною стінкою 2, внутрішньою стінкою корпусу 1 та зовнішньою поверхнею датчика в’язкості 8, і одночасно виштовхуватися з порожнини, яка створена внутрішньою поверхнею датчика в’язкості 8, внутрішньою стінкою корпусу 1 та торцем електровібратора 4, через отвори 15 на корпусі 1. У цей же момент часу в іншій (лівій частині корпусу 1, згідно зі схемою на Фіг.1 та Фіг.2) досліджуваний матеріал 19 буде всмоктуватися через отвори 15 на корпусі 1 в порожнину, яка створена внутрішньою поверхнею датчика в’язкості 8, внутрішньою стінкою корпусу 1 та торцем електровібратора 4 і виштовхува тись з порожнини, яка створена зазначеною стінкою 2, внутрішньою стінкою корпусу 1 та зовнішньою поверхнею датчика в’язкості 8 (див. Фіг.1 та Фіг.2). Таким чином, виникають незатухаючі у часі механічні коливання динамічної системи "магнітний якір 6 - пружини 10" і пов’язаного з нею датчика в’язкості 8, що занурений у досліджуваний матеріал (речовину) 19. Залежно від в’язкості n досліджуваного матеріалу (речовини) 19 частота f власних коливань буде різною за всіх інших рівних умов (сили попереднього затягування пружин 10, визначеному вигляду датчика в’язкості 8, відстані між індукційними датчиками 3 і постійним магнітом 9, параметрами котушки 4). При дотриманні усіх вищевказаних умов частота f власних коливань динамічної системи "магнітний якір 6 - пружини 10" і пов’язаного з нею датчика в’язкості буде відповідати визначеній величині в’язкості n досліджуваного матеріалу (речовини) 19. За допомогою реєстраційного приладу (наприклад, електронно-обчислювального частотоміра 12), визначають фактичну частоту f 1 власних коливань датчика в’язкості 8, що буде відповідати фактичному значенню в’язкості n 1 досліджуваного матеріалу (речовини) 19. Для цього на графіку залежності f=f(n) (див. Фіг.7) на осі f вибирають фактичне значення частоти f1 власних коливань, проводять перпендикуляр до перетину з графіком і з точки перетину з графіком опускають перпендикуляр на вісь n. Отримане значення в’язкості n 1 буде відповідати фактичній в’язкості n 1 досліджуваного матеріалу (речовини) 19 (див Фіг.7). Для спрощення операції з визначення фактичної величини в’язкості n, реєстраційний прилад (частотомір 12) може бути відградуйованим за розмірністю в’язкості. З метою підвищення чутливості динамічної системи "магнітний якір 6 - пружини 10" і з’єднаного з нею датчика в’язкості 8 (що необхідно при дослідженні матеріалу з великою в’язкістю, наприклад, смоли, фарби) передбачене регулювання (затягування) пружин 10 шляхом закручування/викручування торцевих стінок 2 корпусу 1. При збільшенні ступеня затягування пружин 10 підвищується чутливість вищезгаданої динамічної системи вібраційного віскозиметра при досліджуванні речовин, що мають велику в’язкість n. При цьому відбувається переміщення (зближення) індукційних датчиків 3 відносно постійного магніту 9. 9 36053 Зближення за допомогою рухомих стінок 2 (як варіант конструктивного виконання) індукційних датчиків 3, закріплених на зазначених стінках 2, відносно постійного магніту 9, призводить до посилення сигналу, що виробляється згаданими індукційними датчиками 3. Внаслідок цього відбувається збільшення сигналу з підсилювача збудження коливань низької частоти 11, що подається на електровібратор 4. Це призводить до зростання величини електромагнітного поля, яке буде впливати на магнітний якір 6. При цьому здійснюється визначене коригування у реєстраційному приладі (частотомірі 12). Підвищення ефективності застосування вібраційного віскозиметра, що заявляється, порівняно з прототипом досягається за рахунок підвищення точності визначення частоти коливань магнітного якоря із закріпленим на ньому датчиком в’язкості, який занурений у досліджуване середовище (речовину), а саме за рахунок використання авторе 10 зонансних 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. Орел Н.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. 11 36053 12 13 Комп’ютерна в ерстка А. Рябко 36053 Підписне 14 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