PL221070B1 - Urządzenie do wytwarzania pola elektrycznego zwłaszcza w reometrze cylindrycznym stosowanym do badania właściwości cieczy elektroreologicznych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wytwarzania pola elektrycznego, zwłaszcza w reometrze cylindrycznym stosowanym do badania właściwości cieczy elektroreologicznych.

Rozwój techniki wiąże się głównie z zastosowaniem nowych materiałów. Do takich materiałów należą między innymi ciecze zmieniające swoje właściwości fizyczne pod wpływem pola elektrycznego lub magnetycznego. Ciecze te dzielą się na ciecze: elektroreologiczne (ER) oraz magnetoreologiczne (MR).

Ciecze ER reagują zmianą właściwości fizycznych na zmiany natężenia pola elektrycznego, a ciecze MR reagują zmianą tych właściwości na zmiany natężenia pola magnetycznego. Zaletą stosowania w technice cieczy ER w porównaniu z cieczami MR jest łatwość wywoływania pola elektrycznego, gdyż elektrodami, między którymi jest wytwarzane pole elektryczne mogą być elementy zbiornika, w którym ciecz się znajduje.

Ciecz ER składa się z cząstek stałych zawieszonych w cieczy bazowej. Cząstkami stałymi są zazwyczaj celuloza, skrobia, guma arabska, polimery oraz tlenki metali a cieczą bazową głównie oleje mineralne, nafta, benzen i toluen.

Podstawowy model oddziaływania cieczy ER z polem elektrycznym zakłada, że w cieczy ER, pod wpływem pola elektrycznego, tworzą się łańcuchy cząstek stałych. Przesuwanie warstw cieczy, podczas jej przepływu laminarnego, wymaga zerwania tych łańcuchów, co powoduje zwiększenie naprężeń stycznych w cieczy ER znajdującej się w polu elektrycznym.

Zastosowanie cieczy ER w technice wymaga badania ich właściwości za pomocą różnego rodzaju urządzeń pomiarowych. W wyniku tych badań uzyskuje się charakterystyki reologiczne cieczy ER dla wybranych wartości natężenia pola elektrycznego. Metody badania cieczy ER wywodzą się ze sposobów badań cieczy technicznych, w których stosowane są reometry.

Reometry, przeznaczone do badań cieczy technicznych, mogą mieć różną konstrukcje, najczęściej jednak stosowanym jest reometr, w którym głowica pomiarowa składa się z dwóch umieszczonych jeden w drugim cylindrów, przy czym cylinder wewnętrzny jest wprawiany w ruch obrotowy, a zewnętrzny nieruchomy. W szczelinie między cylindrami znajduje się badana ciecz.

Podczas pomiaru mierzy się: wartości momentu obrotowego M i prędkości kątowej ω, na podstawie których z odpowiednich wzorów oblicza się naprężenie styczne τ oraz prędkość ścinania y. Następnie sporządza się charakterystyki τ = f(y), zwane krzywymi płynięcia. Krzywe płynięcia są określane dla wybranej, stałej wartości natężenia pola elektrycznego E.

Podczas badania cieczy ER do utworzenia charakterystyki τ = f(y) dla różnych, stałych wartości natężenia pola elektrycznego E konieczne jest wytworzenie pola elektrycznego o regulowanym natężeniu w szczelinach między cylindrami. W znanych stosowanych konstrukcjach reometrów do badania cieczy ER jest to realizowane tak, że biegun ujemny wysokiego napięcia jest połączony z nieruchomym cylindrem zewnętrznym, a biegun dodatni z ruchomym cylindrem wewnętrznym za pomocą komutatora, w którym metalowa szczotka jest dociskana do osi obracającego się cylindra za pomocą sprężyny. Zasadniczą wadą takiego rozwiązania jest występowanie siły tarcia między dociskaną szczotką, a osią cylindra, która zakłóca pomiar momentu obrotowego.

Urządzenie do wytwarzania pola elektrycznego, zwłaszcza w reometrze cylindrycznym stosowanym do badania właściwości cieczy elektroreologicznych zawierające zbiornik na ciecz elektroreologiczną według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera metalowe obrotowe wrzeciono, umieszczone wewnątrz zbiornika składającego się z dwóch metalowych półpierścieni oddzielonych od siebie przekładkami i dnem wykonanymi z materiału izolacyjnego, przy czym jeden z metalowych półpierścieni podłączony jest poprzez przewód do ujemnego bieguna źródła wysokiego napięcia, a drugi z metalowych półpierścieni jest podłączony poprzez przewód do dodatniego bieguna źródła wysokiego napięcia.

Zaletą urządzenia według wynalazku jest uproszczenie konstrukcji i zwiększenie dokładności pomiaru reometru do badania właściwości cieczy ER przez pominięcie uciążliwego, stosowanego w stanie techniki, komutatora.

W rozwiązaniu konstrukcyjnym reometru według wynalazku nieruchomy cylinder zewnętrzny składa się z dwóch metalowych półpierścieni odizolowanych od siebie przekładką, z których jeden jest podłączony do dodatniego bieguna, a drugi do ujemnego bieguna źródła wysokiego napięcia oraz metalowego cylindra wewnętrznego. Pole elektryczne powstaje w szczelinie reometru między

PL 221 070 B1 półpierścieniami, a cylindrem wewnętrznym. Wartość natężenia pola elektrycznego oblicza się wtedy z wzoru:

u

E = -—- [V/mm]

D — a gdzie: U - wartość napięcia zasilania źródła w [V],

D - średnica wewnętrzna cylindra zewnętrznego [mm], d - średnica zewnętrzna cylindra wewnętrznego [mm].

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym urządzenie do wytwarzania pola elektrycznego, zwłaszcza w reometrze cylindrycznym stosowanym do badania właściwości cieczy elektroreologicznych według wynalazku.

Obrotowe wrzeciono 1, pełniące funkcję znanego ze stanu techniki cylindra wewnętrznego, jest umieszczone w zbiorniku, pełniącym funkcję znanego ze stanu techniki cylindra zewnętrznego, którego ściany boczne składają się z metalowych półpierścieni 2a i 2b oddzielonych przekładką z materiału izolacyjnego 3. Dno zbiornika 4 jest wykonane także z materiału izolacyjnego. W szczelinie 5 umieszczona jest badana ciecz ER. Po podłączeniu metalowych półpierścieni 2a i 2b do źródła wysokiego napięcia 6 za pomocą izolowanych przewodów 7 i 8 pole elektryczne jest wytwarzane w szczelinie 5 między wrzecionem 1, a metalowymi półpierścieniami 2a i 2b stanowiącymi ściany zbiornika.

Claims (1)

1. Urządzenie do wytwarzania pola elektrycznego, zwłaszcza w reometrze cylindrycznym stosowanym do badania właściwości cieczy elektroreologicznych zawierające zbiornik na ciecz elektroreologiczną, znamienne tym, że zawiera metalowe obrotowe wrzeciono (1), umieszczone wewnątrz zbiornika składającego się z dwóch metalowych półpierścieni (2a i 2b) oddzielonych od siebie przekładkami (3) i dnem (4) wykonanymi z materiału izolacyjnego, przy czym jeden z metalowych półpierścieni (2a) podłączony jest poprzez przewód (7) do ujemnego bieguna źródła wysokiego napięcia (6), a drugi z metalowych półpierścieni (2b) jest podłączony poprzez przewód (8) do dodatniego bieguna źródła wysokiego napięcia (6).