Вібраційний віскозиметр

1. Вібраційний віскозиметр, який містить корпус із закріпленим у ньому датчиком в'язкості, джерело живлення, генератор звукових коливань і схему виміру ви хідного сигналу датчика, що відрізняється тим, що він додатково містить не менш ніж два електровібратори, виконані у ви гляді котушок збудження, симетрично закріплених усередині корпусу на віддалі між собою, не менш ніж два підшипники ковзання, виконані симетрично закріпленими в отворі електровібраторів, магнітний якір, виконаний розміщеним в отворі електровібраторів з можливістю поздовжнього переміщення відносно поздовжньої осі електровібратора та зазначених підшипників ковзання, постійний магніт, закріплений жорстко у геометричній середині зазначеного магнітного якоря, індукційні датчики, закріплені на стінці корпусу, кожний з яких виконано симетрично розміщеним, з зазором щодо постійного магніту, пружини, які розміщені між торцем магнітного якоря і торцевою стінкою корпусу, при цьому генератор звукових коливань виконано у вигляді підси A (54) ВІБРАЦІЙНИЙ ВІСКОЗИМЕТР 38711 коливань і схему виміру ви хідного сигналу датчика [3]. Недоліками відомого вібраційного віскозиметра, який обрано як прототип, є низька чутливість приладу і низька точність одержуваних результатів вимірів параметрів коливань і, як наслідок, реологічних властивостей досліджуваного матеріалу (речовини). Технічною задачею, яка розв'язується цим винаходом, є підвищення точності вимірювань. Суттю винаходу у вібраційному віскозиметрі, який містить корпус із закріпленим у ньому датчиком в'язкості, джерело живлення, генератор звукових коливань і схему вимірювань вихідного сигналу датчика, є додаткове розміщення у ньому не менш ніж двох електровібраторів, виконаних у вигляді котушок збудження, симетрично закріплених усередині корпусу на відстані між собою, додаткове розміщення не менш ніж двох підшипників ковзання, виконаних симетрично закріпленими в отворі електровібраторів, магнітного якоря, виконаного розміщеним в отворі електровібраторів з можливістю поздовжнього переміщення відносно поздовжньої осі електровібратора та зазначених підшипників ковзання, постійного магніту, закріпленого жорстко у геометричній середині зазначеного магнітного якоря, індукційних датчиків, закріплених на стінці корпусу, виконання кожного із симетрично розміщених датчиків із зазором щодо постійного магніту, пружин, розміщених між торцем магнітного якоря і торцевою стінкою корпусу, виконання генератора звукових коливань у вигляді підсилювача збудження низької частоти, виконання датчика в'язкості у вигляді диска, закріплення диску на торцевій частині магнітного якоря перпендикулярно до його поздовжньої осі, виконання пружин контактуючими з торцевою стінкою корпусу і датчиком в'язкості, виконання схеми виміру вихідного сигналу датчика такою, що містить частотомір та реєстратор контрольованих параметрів, виконання виходів індукційних датчиків сполученими з підсилювачем збудження низької частоти, виконання виходів підсилювача збудження низької частоти сполученими з електровібраторами через фазоінвертор, виконання постійного магніту у вигляді кільця, виконання на корпусі та на торцевій стінці корпуса отворів, виконання стінок корпусу такими, що контактують з пружинами та мають можливість переміщення відносно поздовжньої осі корпусу та магнітного якоря, виконання виходів джерела живлення сполученими з входами підсилювача збудження низької частоти, частотоміра та реєстратора контрольованих параметрів, оснащення магнітного якоря втулкою, яка виконана з полірованою поверхнею та жорстко закріпленою на зазначеному магнітному якорі. Порівняльний аналіз технічного рішення з прототипом доводить, що вібраційний віскозиметр, згідно з винаходом, відрізняється тим, що він додатково містить не менш ніж два електровібратори, виконані у вигляді котушок збудження, симетрично закріплених усередині корпусу на відстані між собою, не менш ніж два підшипники ковзання, виконані симетрично закріпленими в отворі електровібраторів, магнітний якір, виконаний розміщеним в отворі електровібраторів з можливістю поздовжнього переміщення відносно поздовжньої осі електровібратора та зазначених підшипників ковзання, постійний магніт, закріплений жорстко у геометричній середині зазначеного магнітного якоря, індукційні датчики, закріплені на стінці корпусу, кожний з яких виконано симетрично розміщеним із зазором щодо постійного магніту, пр ужини, які розміщені між торцем магнітного якоря і торцевою стінкою корпусу, при цьому генератор звукових коливань виконано у вигляді підсилювача збудження низької частоти, датчик в'язкості виконано у вигляді диска і закріпленим на торцевій частині магнітного якоря перпендикулярно до його поздовжньої осі, пружини виконано контактуючими з торцевою стінкою корпусу і датчиком в'язкості, схема виміру вихідного сигналу датчика виконана такою, що містить частотомір та реєстратор контрольованих параметрів, виходи індукційних датчиків виконані сполученими з підсилювачем збудження низької частоти, а виходи останнього - з електровібраторами через фазоінвертор, постійний магніт виконано у вигляді кільця, 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 низької частоти, частотоміра та реєстратора контрольованих параметрів, а магнітний якір оснащено втулкою, яка виконана з полірованою поверхнею та жорстко закріпленою на зазначеному магнітному якорі. Таким чином, вібраційний віскозиметр, згідно з винаходом, відповідає критерію винаходу "новизна". Суть винаходу 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 зовнішнього виду пристрою, на фіг. 4 наведена блок-схема вібраційного віскозиметра, яка пояснює його роботу і взаємодію конструктивних елементів, на фіг. 5 наведений загальний вигляд магнітного якоря з розміщеним на ньому датчиком в'язкості та схема розміщення індукційних датчиків, на фіг. 6 надана схема розміщенні 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); на фіг. 8 надано схему прокачування рідини. Вібраційний віскозиметр, як варіант конструкції (див. фіг. 1 та фіг. 2), містить корпус 1 із торцевими стінками 2. Усередині корпусу 1 встановлено (жорстко закріплено) електровібратори 3, які виконані, наприклад, у вигляді електромагнітних котушок. При цьому, електровібратори 3 конструктивно встановлені усередині корпусу 1 так, щоб між ними був зазор. Усередині котушок (електровібраторів 3) жорстко закріплено не менш ніж два підшипники ковзання 4, які виконані, наприклад, з фторопласту (матеріалу, що має один з найменших коефіцієнтів тертя). Усередині котушок (електровібраторів 3) та підшипників ковзання 4 проходить магнітний якір 5, що конструктивно виконаний двополюсним. Як варіант конструктивного виконання, магнітний якір 5 виконано з двох частин, які з'єд 2 38711 нані між собою за допомогою різьби 6, а на краях зазначеного магнітного якоря 5 встановлено з натягом втулки 7. При цьому, втулки 7 виконано з полірованою поверхнею. Як матеріал для втулок 7 використовується бронза, при цьому, зовнішня поверхня втулок 7 виконується полірованою для зменшення коефіцієнта тертя між підшипниками ковзання 4 та поверхнею втулок 7. На торцях магнітного якоря 5 закріплені жорстко датчики в'язкості 8. Як варіант конструктивного виконання, датчик в'язкості 8 виконано у вигляді диску, який закріплено перпендикулярно поздовжній осі магнітного якоря 4. У геометричній середині магнітного якоря 5 жорстко закріплено постійний магніт 9 (N/S). При цьому магнітний якір 5 виконано з можливістю поздовжнього переміщення відносно поздовжньої осі електровібратора 3 та зазначених підшипників ковзання 4. Між торцем магнітного якоря 5 і торцевою стінкою корпусу 1 розміщені пружини 10, при цьому пружини 10 виконано контактуючими з торцевою стінкою 2 корпусу 1 і датчиком в'язкості 8. Генератор звукових коливань 11 виконано у вигляді підсилювача збудження низької частоти, а схема виміру вихідного сигналу датчика в'язкості 8 виконана такою, що містить частотомір 12 та реєстратор 13 контрольованих параметрів (Е*). У зазорі між електровібраторами 3 встановлені індукційні датчики 14. Зазначені індукційні датчики 14 встановлені без можливості переміщення відносно постійного магніту 9 (N/S). Кожний з датчиків 14 виконаний розміщеним із зазором щодо постійного магніту 9. Виходи індукційних датчиків 14 виконано сполученими з підсилювачем збудження 11 низької частоти, а виходи підсилювача збудження 11 низької частоти виконано сполученими з електровібраторами 3 черезфазоінвертор 15. Фазоінвертор 15 служить для подачі посиленого сигналу з підсилювача збудження 11 низької частоти почергово на кожний з двох електровібраторів 3 для приведення у дію магнітного якоря 5. На корпусі 1 та на торцевій стінці 2 корпусу 1 виконано, відповідно, отвори 16 і 17, при цьому кількість отворів 16 і 17 з однієї частини корпусу 1 повинна дорівнювати кількості отворів 16 і 17 з другої частини корпусу 1. С умарна поверхня отворів 16 і 17 з однієї частини корпусу 1 повинна дорівнювати сумарній поверхні отворів 16 і 17 з другої частини корпусу 1. Стінки 2 корпусу 1, що контактують з пружинами 10, виконані з можливістю переміщення відносно поздовжньої осі корпусу 1 та магнітного якоря 5. Виходи джерела живлення 18 виконано сполученими з входами підсилювача збудження 11 низької частоти, частотоміра 12 та реєстратора 13 контрольованих параметрів (Е*) за допомогою електричних ланцюгів 19. 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 20 (речовиною), є ємкість 21. При контрольних дослідженнях у ємкість 2 наливають рідку речовину 20 і розміщують пристрій (вібраційний віскозиметр). Переміщення індукційних датчиків 14 відносно постійного магніту 9 провадиться за допомогою регулювальних (торцевих) стінок 2 корпусу 1, які (як варіант конструктивного виконання) виконано у вигляді кришок з можливістю повертання відносно осі корпусу 1 по різьбі 22 на зазначеному корпусі 1. Збудження коливань датчика в'язкості 8 провадиться за допомогою подачі живлення з генератора звукових коливань (підсилювача збудження 11 низької частоти) на електровібратори 4. Вібраційний віскозиметр працює таким чином. Попередньо проводять тарування вібраційного віскозиметра за еталонними значеннями величин в'язкості n досліджуваного матеріалу (речовини) 20, що отримані 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 досліджуваного матеріалу (речовини) 20 для кожного з численних досліджуваних матеріалів (речовин) 20. За одержаними внаслідок контролю значеннями частоти f власних коливань і відомих величин в'язкості n матеріалу (речовини) 20 будують графік залежності частоти f власних коливань датчика в'язкості від в'язкості n матеріалу (речовини) 20 (див. фіг. 7). Відповідно до графіка залежності f=¦(n), кожному із значень f частоти власних коливань датчика в'язкості 8 буде відповідати визначене значення n в'язкості матеріалу (речовини) 20. Маючи тарувальний графік залежності частоти f власних коливань датчика в'язкості 8 від в'язкості n досліджуваного матеріалу (речовини) 20 (див. фіг. 7), приступають до досліджень. Перед початком досліджень заповнюють ємкість 21 досліджуваним матеріалом (речовиною) 20 до визначеного рівня (див. фіг. 6). Після цього вібраційний віскозиметр занурюють у ємкість 21 з досліджуваним матеріалом (речовиною) 20 так, щоб корпус 1 пристрою був повністю занурений у досліджуваний матеріал 20 на глибину не менш ніж дві величини корпусів (див. фіг. 8, на якій наведено схему прокачування рідини в один з періодів коливань). Електричні ланцюги 19 від індукційних датчиків 14 і електровібраторів 3 вібраційного віскозиметра з'єднують з входами, відповідно, підсилювача збудження 11 низької частоти (генератора звукових коливань) і частотоміра 12 (приладу, який реєструє). Виходи підсилювача збудження 11 низької частоти і приладу, який реєструє (частотоміра 12), з'єднують електричним ланцюгом 19 з входом джерела живлення 18 (див. фіг. 3, 4). Проводять перевірку занурення пристрою у досліджуваний матеріал (речовину) 20 і проникнення досліджуваного матеріалу (речовини) 20 у порожнини корпусу 1 пристрою. Робочий орган (диск) датчика в'язкості 8 повинен бути цілком зануреним у згаданий досліджуваний матеріал (речовину) 20, а порожнини корпусу 1 повністю заповненими досліджуваним матеріалом 20 (див. фіг. 6). Вмикають джерело живлення 18 і подають живлення на підсилювач збудження 11 низької частоти і прилад, який реєструє (частотомір 12). При взаємодії магнітного поля постійного магніту 9 з індукційними датчиками 14 в одному з них (наприклад, лівому - відповідно до фіг. 1 та фіг. 2) буде вироблятися сигнал у вигляді електрорушійної сили (е.р.с.) індукції. З цього індукційного дат 3 38711 чика 14 сигнал у вигляді е.р.с. індукції буде подаватися на підсилювач збудження 11 і з останнього (вже підсилений) - через фазоінвертор 15 на обмотки котушки електровібратора 3 (наприклад, лівої - відповідно до фіг. 1 та фіг. 2) і на вхід приладу, який реєструє (частотомір 12). При цьому обмотки котушки електровібратора 3 утворюють електромагнітне поле. Під дією електромагнітного поля, яке утворено обмотками котушки електровібратора 3, рухомий магнітний якір 5, що конструктивно виконаний двополюсним, буде виштовхуватися зі згаданої котушки 3 у напрямку іншої котушки 3 (правої - відповідно до схеми на фіг. 1 та фіг. 2), яка не працює у перший півперіод коливань. Рухомий магнітний якір 5, що спирається на підшипники ковзання 4, буде ковзати по них практично без тертя (у зв'язку з тим, що матеріал для підшипників ковзання 4 вибирається з мінімальним коефіцієнтом тертя, наприклад, фторопласт, а визначені підшипники ковзання 4 додатково контактують із полірованою поверхнею втулки 7 рухомого магнітного якоря 5). Переміщення рухомого магнітного якоря 5 буде викликати стиск пружини 10 (правої - відповідно до схеми на фіг. 1 та фіг. 2). При цьому досліджуваний матеріал 20 буде всмоктуватися крізь отвори 17 на торцевій стінці 2 корпусу 1 (лівої частини корпусу 1 згідно зі схемою на фіг. 1 та фіг. 2) у порожнину, яка створена зазначеною стінкою 2, внутрішньою стінкою корпусу 1 та зовнішньою поверхнею датчика в'язкості 8, і одночасно виштовхується з порожнини, яка створена внутрішньою поверхнею датчика в'язкості 8, внутрішньою стінкою корпусу 1 та торцем електровібратора 3, через отвори 16 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 20 буде всмоктуватися крізь отвори 16 на корпусі 1 в порожнину, яка створена внутрішньою поверхнею датчика в'язкості 8, внутрішньою стінкою корпусу 1 та торцем електровібратора 3 і виштовхуватись з порожнини, яка створена зазначеною стінкою 2, внутрішньою стінкою корпуса 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 5, коли буде досягнуте рівноважне положення (коли сила впливу електромагнітного поля на магнітний якір 5 буде дорівнювати силі затягування пружини 10), згаданий магнітний якір 5 зупиниться. У цей момент індукційний датчик 14 (лівий - відповідно до схеми на фіг. 1 та фіг. 2) припинить виробляти сигнал у вигляді е.р.с. індукції (сигнал стане дорівнювати "нулю"), а задіяний електровібратор 3 знеструмиться. Рухомий магнітний якір 5 під дією пружини 10 (правої - відповідно до схеми на фіг. 2), яка спирається одним кінцем у рухливу стінку 2 корпусу 1, а другим - у датчик в'язкості 8 (диск), почне переміщатися в обернену сторону. При цьому постійний магніт 9 почне взаємодіяти з іншим індукційним датчиком 14 (правим - відповідно до схеми на фіг. 1 та фіг. 2). Визначений датчик 14 почне виробляти сигнал у вигляді е.р.с. індукції і за вищевказаною схемою подавати його на підсилювач збудження 11 низької частоти (генератор звукових коливань), а потім, вже підсилений, на котушку електровібратора 3 (праву - відповідно до схеми на фіг. 1 та фіг. 2) через фазоінвертор 15, яка буде працювати у др угий півперіод коливань, і на вхід приладу, який реєструє (частотоміра 12). Під дією електромагнітного поля зазначеної котушки 3 (правої - відповідно до схеми на фіг. 1 та фіг. 2) рухомий магнітний якір 5 почне переміщатися убік іншої котушки 3 (лівої - відповідно до схеми на фіг. 1 та фіг. 2), стискаючи пружину 10 (ліву - відповідно до схеми на фіг. 1 та фіг. 2). При цьому досліджуваний матеріал 20 буде всмоктуватися крізь отвори 17 на торцевій стінці 2 корпуса 1 (правої частини корпуса 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 виштовхується з порожнини, яка створена внутрішньою поверхнею датчика в'язкості 8, внутрішньою стінкою корпусу 1 та торцем електровібратора 3, через отвори 16 на корпусі 1. У цей же момент часу в іншій (у лівій частині корпусу 1, згідно зі схемою на фіг. 1 та фіг. 2) досліджуваний матеріал 20 буде всмоктуватися крізь отвори 16 на корпусі 1 в порожнину, яка створена внутрішньою поверхнею датчика в'язкості 8, внутрішньою стінкою корпусу 1 та торцем електровібратора 3, 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). Таким чином, виникають незатухаючі у часі механічні коливання динамічної системи "магнітний якір 5 - пружини 10" і пов'язаного з нею датчика в'язкості 8, що занурений у досліджуваний матеріал (речовину) 20. Залежно від в'язкості n досліджуваного матеріалу (речовини) 20 частота перекачування рідини 20 крізь отвори 16 та 17 буде відмінною. При цьому і частота f власних коливань зазначеної динамічної системи буде відмінною за всіх інших рівних умов (сили попереднього затягування пружин 10, визначеного вигляду датчика в'язкості 8, відстані між індукційними датчиками 14 і постійним магнітом 9, параметрами котушки 3, сумарної площі отворів в обох частинах корпусу приладу). При дотриманні усіх вищевказаних умов частота f власних коливань динамічної системи "магнітний якір 5 - пружини 10" і пов'язаного з нею датчика в'язкості 8 буде відповідати визначеній величині в'язкості n досліджуваного матеріалу (речовини) 20. За допомогою приладу, який реєструє (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) 20. Для цього на графіку залежності 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) 20 (див. фіг. 7). Для спрощення операції з визначення фактичної величини в'язкості n, прилад, який реєструє (частотомір 12), може бути відградуйованим за значеннями в'язкості. 4 38711 З метою підвищення чутливості динамічної системи "магнітний якір 5 - пружини 10" і з'єднаного з нею датчика в'язкості 8 (що необхідно при досліджуванні матеріалу з великою в'язкістю, наприклад, смоли, фарби) передбачене регулювання (затягування) пружин 10 шляхом завертання/вивертання торцевих стінок 2 корпусу 1 по різьбі 22 на корпусі 1. При збільшенні ступеня затягування пружин 10 підвищується чутливість вищезгаданої динамічної системи вібраційного віскозиметра при досліджуванні речовин, що мають велику в'язкість n. Зближення за допомогою рухомих стінок 2 (як варіант конструктивного виконання) пружин 10 призводить до підвищення жорсткості динамічної системи "магнітний якір 5 - пружини 10" і з'єднаного з нею датчика в'язкості 8 та, у свою чергу, до посилення сигналу, що виробляється згаданими індукційними датчиками 14. Унаслідок цього відбувається збільшення величини сигналу з підсилювача збудження низької частоти 11, що подається на електровібратор 3. Це призводить до зростання величини електромагнітного поля, яке буде впливати на магнітний якір 5. При цьому провадиться визначене коригування у приладі, який реєструє (у частотомірі 12). Підвищення ефективності застосування вібраційного віскозиметра, згідно з винаходом, порівняно з прототипом, досягається за рахунок підви щення точності визначення частоти коливань магнітного якоря із закріпленим на ньому датчиком 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 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 технолога-полиграфиста. Ч. 5. Печатные краски. - М.: Книга, 1988. - С. 188-202, § 4.3. Реологические свойства красок для издательских целей. Фіг. 1 5 38711 Фіг. 2 Фіг. 3 6 38711 Фіг.4 Фіг.5 7 38711 Фіг. 6 Фіг. 7 8 38711 Фіг. 8 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 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 ___________________________________________________________ 9