SU940007A1 - Ротационный вискозиметр - Google Patents

Description

Изобретение относится к измерениям реологических характеристик жидкостей и вязкопластичных материалов и может быть использовано как в автоматических технологических линиях по переработке пластмасс, так и в лабораторных условиях.

Известен ротационный вискозиметр, содержащий расположенный в исследуемой среде цилиндр, соединенный с ю одним из звеньев дифференциального механизма, второе звено которого связано с электродвигателем, а третье- с измерительным устройством fl ].

Недостатки указанного вискози- 15 метра - невысокая точность измерений и суженый диапазон измерений из-за внутренних потерь в измерительном узле.

Наиболее близким к предлагаемому является ротационный вискозиметр, звенья которого связаны соответственно с электромотором, измеритель2 ным прибором, помещенным в исследуемую среду, и через импульсатор - с инерционным звеном и с регистрирующим устройством С 2].

Недостатком известного вискозиметра является то, что с расширением диапазона исследования уменьшается точность измерения. Зто обусловлено тем, что с изменением вязкости исследуемого материала изменяется скорость вращения входного вала импульсатора, следовательно, и частота пульсирующего вращения инерционного звена. Непостоянство частоты пульсирующего вращения относительно скорости вращения измерительного цилиндра приводит к разным динамическим характеристикам прибора в диапазоне исследований, что приводит к разной величине погрешности, вносимой в показания прибора.

Цель изобретения - повышение точности измерений при расширении дилона всем тем, со3 апаэона измерения (сохранение стоянной яеличины погрешности диапазоне измерения) .

Указанная цель достигается что в ротационном вискозиметре, держащем дифференциальный механизм, звенья которого связаны соответственно с электромотором, измерительным цилиндром, помещенньм в исследуемую среду, и инерционным звеном, регистрирующее устройство в виде счетчика числа оборотов инерционного звена и импульсатор, импульсатор установлен между электромотором и входным звеном дифференциального механизма.

На чертеже изображен ротационный вискозиметр, разрез.

Ротационный вискозиметр содержит подвижный цилиндр 1, соединенный через дифференциальный механизм с синхронным двигателем 2 и с инерционным звеном 3. Дифференциальный механизм состоит из центральных колес 4 и 5, сателлитов 6, свободно посаженных на крестовину 7, водила 8, связанного через шестерни 9 и 10 и через импульсатор в виде двойного универсального шарнира - с электромотором 2. Двойной универсальный шарнир состоит из ведущего звена 11. промежуточного звена 12, .вилки которого расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях, и ведомого звена 13. Оси ведомого 13 и ведущего 11 звеньев параллельны. Перемещение оси вращения ведущего звена 11 параллельно оси вращения ведомого звена 13 универсального шарнира осуществляется с помощью опорного диска 14, свободно установленного в расточке корпуса прибора и снабженного на своей боковой поверхности зубьями 15, взаимодействующими с червяком трично с точке 17 опорного ведомого нира и отстоит от нее на некоторое расстояние о , равное величине эксцентриситета крепления двигателя 2 в опорном диске 14. Вал соединен с ведущим звеном 11 универсального шар‘нира посредством шлицевого соединения 18. Число оборотов инерционного звена 3 измеряется, например, фотоэлектрическим способом, с помощью

16. В опорном диске эксценэксцентриситетом а в раскрепится двигатель 2. Ось диска 14 параллельна оси вала 13 универсального шар10

940007 4 осветителя 19, перфорированного диска 20 и фотоэлемента 21.

Вискозиметр работает следующим образом.

Если к цилиндру 1 приложен момент сопротивления , (т.е. цилиндр погружен в исследуемую среду), а угол γ между звеньями универсального шарнира равен нулю, то сателлиты 6, свободно обкатывая центральное колесо 7, вращаются вокруг своих осей и вращают инерционное звено 3 с где

W₃20 максимальной угловой скоростью угловая скорость вращения инерционного звена 3; угловая скорость вращения водила 8.

При этом вращение цилиндру 1 не передается. Далее посредством вращения червяка 16, который, поворачивая опорный диск 14, смещает ось вращения ведущего 11 относительно оси ведомого 13 звеньев универсального шарнира, изменяет угол'J' между звеньями шарнира. В связи с наличием угла между звеньями универсального шарнира ведомое звено 13 совершает вращательное движение с переменной угловой скоростью. Амплитуда переменной угловой скорости зависит от угла и пропорциональна ему. Вращательное с переменной угловой скоростью движение звена 13 создает вращение с переменной угловой скоростью инерционному звену 3, на котором возникает инерционный момент л* - η. SW?

где 3 - момент инерции инерционного звена относительно оси вращения;

dWi/d'-t- изменение угловых скоростей инерционного звена.

С увеличением угла 'JC увеличивается изменение угловой скорости dV^/dt, а следовательно, и инерционного момента и когда он превосходит М₄ , цилиндр 1 получает вращательное движение. В силу того, что моменты на центральных колесах 4 и 5 симметричного конического дифференциала_равны, то WiH

ΛΛ^-М^ИАМ -J ι где угловая скорость измерительного цилиндра 1;

dW-io

- вязкость исследуемого материала ·,.

К. - константа прибора, зависящая от его геометрических параметров.

Из сопоставления значения равновесных моментов видно, что величина вязкости исследуемого материала прямопропорциональна угловой скорости вращения инерционного звена 3, которую определяют фотоэлектрическим прибором 19-29-21 со шкалой, проградуированной в единицах вязкости. Изменяя уголТ между звеньями универсаль• ного шарнира, изменяют скорость вращения измерительного цилиндра 1, а значит и деформацию сдвига в исследуемом материале. При этом сохраняется частота пульсирующего вращения, равная частоте пульсирующего вращения ведомого вала 13 универсального шарнира.

Таким образом, в известном ротационном вискозиметре частота пульсирующего вращения инерционного звена и измерительного цилиндра является величиной переменной и изменяется пропорционально изменению средней угловой скорости инерционного звена. Следовательно и погрешности, вносимые динамическими характеристиками в показания прибора, разные, что уменьшает точность измерений при расширении диапазона измерений. В предлагаемом вискозиметре частота пульсирующего вращения инерционного звена и измерительного цилиндра является величиной постоянной и пропорциональной угловой скорости приводного вала двигателя. Следовательно, погрешности, связанные с частотой пульсирующего вращения в по

940007 4 казаниях прибора, не зависят от скорости вращения измерительного цилиндра и являются величиной постоянной, что повышает точность показаний во всем диапазоне измерений.

Предлагаемый вискозиметр позволяет получить полную информацию по реологическим свойствам полимеров с высокой точностью измерений, что весьма важно при выборе оптимальных технологических параметров переработки полимеров и композиций на их основе, а также для расчета энергетических затрат перерабатывающего оборудования .

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к измерени м реологических характеристик жидкостей и в зкопластичных материалов и может быть использовано как в автоматических технологических лини х по переработке пластмасс, так и в лабораторных услови х. Известен ротационный вискозиметр, содержащий расположенный в исследуемой среде цилиндр, соединенный с одним из звеньев дифференциального механизма, второе звено которого св зано с электродвигателем, а тре;;;; тье - с измерительным устройством fl. Недостатки указанного вискозиметра - невысока  точность измерений и сужень1й диапазон измерений из-за внутренних потерь в измерительном узле. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  ротационный вискозиметр, звень  которого св заны соответственно с электромотором, измерительным прибором, помещенным в исследуемую среду, и через импульсатор - с инерционным звеном .и с регистрирую щ устройством 2. Недостатком известного вискозиметра  вл етс  то, что с расширением диапазона исследовани  уменьшаетс  точность измерени . Это обусловлено тем, что с изменением в зкости исследуемого материала изме 1 етс  скорость вращени  входного вала импульсатора, следовательно, и частота пульсирующего вращени  инерционного звена. Непосто нство пульсирующего вращени  относительно скорости вращени  измерительного цилиндра приводи, к разным динамическим характеристикам прибора в диапазоне исследований, что приводит к разной величине погрешности, вносимой в показани  прибора. Цель изобретени  - повышение точ- ности измерений при расширении диапаэона измерени  (сохранение посто нной неличины погрешности на вс диапазоне измерени ) . Указанна  цель достигаетс  тем, что в ротационном вискозиметре, содержащем дифференциальный механизм, звень  которого св заны соответственно с электромотором, измерительным цилиндром, помещенньм в исследуемую среду, и инерционным звеном, регистрирующее устройство в виде счетчика числа оборотов инерционного звена и импульсатор, импульсатор установлен между электромотором и входным звеном дифференциального механизма. На чертеже изображен ротационный вискозиметр, разрез Ротационный вискозиметр содержит подвижный цилиндр 1, соединенный че рез дифференциальный механизм с син ронным двигателем 2 и с инерционным звеном 3. Дифференциальный механизм состоит из центральных колес t и 5, сателлитов 6, свободно посаженных на крестовину 7, водила 8, св занного через шестерни 9 и 10 и через импульсатор в виде двойного универсального шарнира - с электромотором 2. Двойной yнивepcaлtЛ ый шарнир состоит из ведущего звена 11 промежуточного звена 12, вилки которого расположены во взаимно перпендикул рных плоскост х, и ведомого звена 13. Оси ведомого 13 и веду щего 11 звеньев параллельны. Перемещение оси вращени  ведущего звена 11 параллельно оси вращени  ведомого звена 13 универсального шарнир осуществл етс  с помощью опорного диска , свободно установленного в расточке корпуса прибора и снабженного на своей боковой поверхност зубь ми 15,. взаимодействующими с черв ком 16. В опорном диске эксцен трично с эксцентриситетом а в расточке 17 крепитс  двигатель 2. Ось опорного диска 14 параллельна оси ведомого вала 13 универсального шар нира и отстоит от нее на некоторое рассто ние о, равное величине эксце триситета креплени  двигател  2 в опорном диске Т. Вал соединен с ведущим звеном 11 универсального ша нира посредством шлицевого соединени  18. Число оборотов инерционного звена 3 измер етс , например, фотоэлектрическим способом, с помощью осветите   19, перфорированного диска 20 и фотоэлемента 21. Вискозиметр работает следующим образом. Если к цилиндру 1 приложен момент сопротивлени  М, (т.е. цилиндр погружен в исследуемую среду), а угол между звень ми универсального шарнира равен нулю, то сателлиты 6, свободно обкатыва  центральное колесо 7, вращаютс  вокруг своих осей и вращают инерционное звено 3 с максимальной угловой скоростью , где углова  скорость вращени  инерционного звена 3; Wo- углова  скорость вращени  водила 8 о При этом вращение цилиндру 1 не передаетс . Далее посредством вращени  черв ка 1б, который, поворачива  опорный диск , смещает ось вращени  ведущего 11 относительно оси ведомого 13 звеньев универсального шарнира, измен ет угол-Jf между звень ми шарнира. В св зи с наличием угла между звень ми универсального шарнира ведомое звено 13 совершает вращательное движение с переменной угловой скоростью. Амплитуда переменной угловой скорости зависит от угла и пропорциональна ему. Вращательное с переменной угловой скоростью движение звена 13 создает вращение с переменной угловой скоростью инерционному звену 3, на котором возникает инерционный момент Mj «1 л ( M --3--g. где Э - момент инерции инерционного звена относительно оси вращени  j (3Wj, изменение угловых скоростей инерционного звена. С увеличением угла JT увеличиваетс  изменение угловой скорости dWdt, а следовательно, и инерционного момента Мо, и когда он превосходит М , цилиндр 1 получает вращательное движение. В силу того, что моменты на центральных колесах t и 5 симметричного конического дифференциала равны , то т dWio ,,млм к где углова  скорость измерительного цилиндра 1; 1 - ВЯЗКОСТЬ исследуемого материала , . К - константа прибора, завис ща  от его геометрических параметров. Из сопоставлени  значени  равнове ных моментов видно, что величина в з кости исследуемого материала пр мопропорциональна угловой скорости вра щени  инерционного звена 3, которую определ ют фотоэлектрическим прибором 19-29-21 со шкалой, проградуированной в единицах в зкости. Измен   уголТ между звень ми универсаль ного шарнира, измен ют скорость вращени  измерительного цилиндра 1, а значит и деформацию сдвига в исследуемом материале. При этом сохран етс  частота пульсирующего вращени  равна  частоте пульсирующего вращени  ведомого вала 13 универсального шарнира. Таким образом, в известном ротационном вискозиметре частота пульсирующего вращени  инерционного звена и измерительного цилиндра  вл етс  величиной переменной и измен  етс  пропорционально изменению средней угловой скорости инерционного звена. Следовательно и погрешности, вносимые динамическими характеристи ками в показани  прибора, разные, что уменьшает точность измерений пр расширении диапазона измерений, В предлагаемом вискозиметре частота пульсирующего вращени  инерционного звена и измерительного цилиндра  вл етс  величиной посто нной и пропорциональной угловой скорости приводного вала двигател . Следователь но, погрешности, св занные с частотой пульсирующего вращени  в по7 казани х прибора, не завис т от скорости вращени  измерительного цилиндра и  вл ютс  величиной посто нзаний во всем диапазоне измерений. Предлагаемый вискозиметр позвол ет получить полную информацию по реологическим свойствам полимеров с высокой точностью измерений, что весьма важно при выборе оптимальных технологических параметров переработки полимеров и композиций на их основе, а также дл  расчета энергетических затрат перерабатывающего оборудовани . Формула изобретени  Ротационный вискозиметр, содержащий дифференциальный механизм, звень  которого св заны соответственно с электромотором, измерительным цилиндром , помещенным в исследуемую среду, и инерционным звеном, регистрирующее устройство в виде счетчика числа оборотов инерционного звена, импульсатор, отличающийс   тем, что, с целью повышени  точности измерений при расширении диапазона измерений, импульсатор установлен между электромотором и входным звеном дифференциального механизма . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 225591, кл. G 01 N 11/U, 1968.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № , кл G 01 N 11/1, 1976 (прототип). 15 1