SU1157408A1 - Устройство дл измерени поверхностного нат жени жидкости - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГОВЕРХНОСТНОГО НАТЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ, содержащее измерительный рычаг с испытательным кольцом, сосуд дл  исследуемой жидкости, задатчик перемещени  сосуда с злектродвигателем, электрический блок преобразовани  величины нагрузки, соединенный с измерительным рычагом, и регистрирующий блок, отличающеес  тем, что, с целью повьшени  точности и быстродействи , оно дополнительно содержит электромагнитный компенсатор , один конец катушки которого соединен с выходом электрического блока преобразовани  величины нагрузки , второй конец - с регистрирующим устройством, а подвижный сердечник с измерительным рычагом, и блок .. регистрации скорости,изменени  нагрузки , вход которого подключен к (Л второму концу катушки электромагнитного компенсатора, а выход - к блоку управлени , соединенному с .электродвигателем задатчика перемещени . ел к

Description

Изобретение относитс  к контрол но-измерительной технике, а именно к устройствам дл  измерени  поверх ностного нат жени  жидкостей, включа  резины, латексы и другие аналогичные материалы с упругими свойствами и повьшенной эластичностью . Известно устройство дл  определ ни  поверхностного нат жени , соде жащее сосуд с испытьюаемой жидкостью , смесью или гелем,погружаем в жидкость кольцо и измеритель деформации испытуемого вещества I . Однако устройство характеризует с  недостаточной точностью измере ни  и требует значительных затрат времени и ручного труда операторов по определению момента отрыва кольц от поверхности испытуемого вещества одновременным определением импульса возникающего при этом наибольшего усили . Известны тенсиометры типа дю Нуи с платиноиридиевым кольцом, содержа щие измеритель сил с испытательным кольцом, определ ющий усилие в момент отрьта кольца от испытуемой жидкости 2. Однако тенсиометры имеют низкую точность (не более 0,5%), малую производительность (15 мин на одно измерение) и неудобны в работе, так как требуют перед каждым измерением индивидуальной калибровки шкалы. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство дл  измерени  поверхност го нат жени  жидкости, содержащее измерительный рычаг с испытательным кольцом,сосуд дл  исследуемой жидКости , задатчик перемещени  сосуда с электродвигателем, электрический блок преобразовани  величины нагрузки, соединенный с измерительным рычагом, и регистрирующий блозс. В известном устройстве используетс  рычаг, подвешенный на торсионах и снабженный подвеской с испытательным кольцом, электрический блок преобразовани  и регистрации вьталнен в виде индуктивного четырехплечего моста Уитстона , разбалансируемого подвижным флажком,закрепленным на рычаге, причем выход моста подан на регистратор , а в качестве задатчика перемещений используетс  электромеханическа  каретка с направл ющей и фотодатчиком 3, Однако известное устройство имеет недостаточную точность, малое быстродействие и узкий диапазон измере- . ни  поверхностного нат жени , поскольку в нем используетс  способ пр мого измерени  усилий на испытательном кольце в момент его отрыва от исследуемого вещества. Кроме того, в процессе работы необходим ввод оператором поправок на глубину погружени  кольца, величину перемещени  каретки с кольцом и т.д. Указанные недостатки преп тствуют проведе- . нию быстрых и точных экспрессанализов параметров латекса и резины, которые быстро застьшают и тер ют свои качественные характеpиdтики . Целью изобретени   вл етс  повьшение точности и быстродействи . Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство дл  измерени  поверхностного нат жени  жидкости, содержащее измерительный рычаг с испытательным кольцом, сосуд дл  исследуемой жидкости, задатчик перемещени  сосуда с электродвигателем , электрический блок преобразо- вани  величины нагрузки, соединенный с измерительным рьгчагом и регистрирующий блок, дополнительно содержит электромагнитный компенсатор , один конец катушки которого соединен с выходом электрического блока преобразовани  величины нагрузки , второй конец - с регистрирующим устройством, а подвижный сердечник с измерительным рычагом, и блок регистрации скорости изменени  нагрузки, вход которого подключен к второму .концу катушки электромагнитного компенсатора, а выход - к блоку управлени , соединенному с электродвигателем задатчика перемещени . На фиг,1 показана схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - диаграмма изменени  силы поверхностного нат жени  испытуемого латекса в зависимости от перемещени  кольца; на фиг.З - схема взаимодействи  латекса с кольцом. Устройство содержит (фи)-.1) измеритель нагрузок с измерительнь1м рычагом 1-, установленным с помощью опоры 2 а основание 3 и снабженным конце31 вой призмой 4 с подвеской 5, и след  тую систему 6 автоматического уравно вышивани , в состав которой вход т катушка 7, подвижный сердечник 8, образующие совместно с магнитной системой 9 электромагнитный компенсатор 10, и флажок (пластина) 11, образук ций совместно с катушками 12 и 13 возбулсдени  и съема сигнала, электрический блок 14 преобразовани . Кроме того, измеритель нагрузок снабжен арретирующими упорами 15 управл емыми через кулачок 16 и вал 17 от руко тки 18,а подвеска 5 снабжена испытательным кольцом 19 из аитикорродирующего материала, погружае мым в сосуд 20 с исследуемым латексом 21 , который в свою очередь установлен на столик 22, опускаемый с помощью задатчшса перемещени , в состав которого вход т кулачки 23 и двигатель 24, имеюпшй равномерную скорость вращени . В состав след щей системы вход т также синхронный детектор 25,генератор .26 возбуждени  и интегратор-рег л тор 27, при этом выходной сигнал Д Uc преобразовател  14 поступает в синхронный детектор 25, питаемый от генератора 26 возбуждени , где он преобразуетс  и в. виде напр жени  Л Об поступает в ийтеграторрегул тор 27. Выходной ток 1 интегратора 27 поступает через токопод воды в катушку 7 электромагнитного компенсатора 10, а затем подаетс  в сравниваюпц1й измерительный интегратор 28 совместно с импульсами Iоп встречио направленного тока, подавае мого от электронного «люча 29,кото . „ рый питаетс  через буферное устрой- ство 30 от источника 31 опорного ток , Выходной сигнал Un сравнивающего измерительного интегратора 28 поступает совместно с выходным сигналом УПН генератора 32 пилообразного напр жени , управл емого через делитель 33 частоты от генератора 34 опорной частоты в KOMnaipaTop. 35, который в свою очередь управл ет своим выход ньм сигналом UKOM электронным ключом 29 и вентилем 36. Назначение блоков 28-36 - сопр жение след щей системы с входами 37 и 38 регистрирующего устройства- 39 и блока 40 регистрации скорости иэменеии  нагрузки , поскольку они  вл ютс  цифро выми устройствами. 84 Регистрирующее устройство 39 снабжено счетчиком 41, регистром 42 результата, блоком 43 задержки и регистром 44 пам ти, соединенным с блоком 45 индикации, а также регистром 46 тарыл с кнопкой 47 ввода тары и вычитающим счетчиком 48, соединенным соответственно с регистрами результата 42 и пам ти 44 регистрирующего устройства 39. Блок 40 регистрации скорости изменени  нагрузки снабжен счетчиком 49, регистром 50 результата, реверсивным счетчиком 51, блоком 52 задержки и регистром 53 производной, выход 54 которого соединен с блоком 55 управлени , двигател  24, имеющего, кроме того, кнопку 56 ручной остановки. Делитель 57 служит дл  подачи частоты ,, - где К и Kj - коэффициенты делени , на регистры 42 и 50 результата и бло ки 43 и 52 задержки. Устройство работает следующим образом. В исходном положении сосуд 20 с испытуемым латексом 21, установленньтй на столике 22, опущен вниз и кольцо 19 находитс  в во здухе. При этом рычажный измеритель нагрузок вместе с флажком 11 под воздействием веса Р| кольца 19 получает отклонение на угол ЛЧ , и преобразователь 14 выдает сигнал Д Uc , который поступает в синхронкыи детектор 25 и далее после преоб„ разовани  в виде сигнала Д Уь попазон ни  в  ипо гмгн тт  л iJa rrn- интегратор-регул тор 27,формирующий уравновешивающий (компенсационный ток) Iko , который поступает в катушку 7 электромагнитного компенсатора 10, воздействует на подвижный сердечник 8 и возвращает рычаг 1 в положение исходного равновеси , когда 0. Одновременно ток IKO,пропорциональный Р|,после прохождени  через катушку 7 подаетс  в сравнивающий измерительный интегратор 28, в который , кроме того, подаютс  импульсы встречно направленного тока Ion , формируемые электронным ключом 29, буферным устройством 30 и источником 31 опорного тока. 5 Выходной сигнал Un сравнивающего измерительного интегратора 28 подаетс  совместно с пилообразно (линейно) нарастающим напр жением УПЦ формируемым от генератора 32, компаратор 35, который тем самым управл ет процессом открьтани  закрьшани  электронного ключа 29 и вентил  36. Линейно нарастающие импульсы напр жени  UPH имеют частоту следов i НИН - , определ емую коэффициен I том к делени  частоты делител  33, а врем  открытого состо ни  элек ронного ключа 29 и вентил  36 пропорционально величине компенсационн го тока IKO , ,. ,, где IKO - исходное значение компен сационного тока; РК - вес кольца 19 в воздухе; К,) и Кл- масштабные коэффициент Число импульсов Wo частотой I pf, J пропущенное вентилем 36 за врем  Ato его открытого СОСТОЯНИЯ, поступающее на вход 37 регистрирующего у ройства 39, пропорционально весу РК кольца 19. ,., где Ке - масштабный коэффициент. Регистрирующее устройство 39 через счетчик А1, регистр 42 результат регистр 46 тары, вычитающий счетчик .48 и регистр 44 пам ти выдает результирующее значение суммарного числа сосчитанных импульсов No в блок 45 индикации. Далее сосуд 20 с испытуемым латексом 21 подводитс  вверх к кольцу 19, которое захватываетс  латексом 2, причем показани  блока 45 индикации, пропорциональные нагрузке Р рычажного измери тел  после временного уменьшени , вызванного плавучестью кольца 19, снова начинают расти Сфиг.2 и 3)с Когда показани  N снова станут равн ми показани м А/о (весу кольца 19 в воздухе), включают двигатель 24, перемещающий сосуд, 20 с латексом 2 вниз с помощью кулачка 23, При этом нарастает нагрузка Р и пропорционально вырастают значени  компенсационного тока 1к и соответствующие показани  N блока 43 индикации. 8 Одновременно с регистрируншшм устройством 39 блок 40 ре1Ч1страпии скорости измерени  нагрузки через счетчик 49, регистр 50 результата, реверсивный счетчик 51 и регистр 53 производной производит следующие операции. Подсчитываетс  за каждый тлктовый импульс частотой cyMi apHoe количество импульсов N в счетчике 49, пропорциональное текущей нагрузке Р рычажного измерител  от поверхностного нат жени  испытуемого латекса 21. По ие импульсу с выхода делител  57 в регистре 50 запоминаетс  указанное значение А . В начале следующего такта измерени  этот код по импульсу с выхода блока 52 задержки вводитс  в реверсивный счетчик 51. За врем  следующего такта на счетный вход счетчика 51 проходит , А импульсов. Реверсивный счетчик 51 включен в начале такта в режим вычитани . Б момент равенства нулю кода в счетчике он переключаетс  в режим суммировани . В резу тьтате в конце такта код в счетчике 51 равен -.,-%-л N. количество имг(ульсов, поступивших с выхода вентил  36 на 1 -ом такте измерени ; - приращение количества импульсов на 1-ом такте по сравнению с предыдущим. Код, равный Д А/ и пропорциональный изменению нагрузки при перемещении сосуда 20 с латексом 21 за врем  такта измерени  переписБшает- с  в регистр 53 производной, по импульсу с выхода делител  57. Поскольку известно, что ,фиг,2) при перемещении кольца 19 относительно Испытуемого латекса 21, поверхностное нат жение после участка Нарастани  О - х. стабилизируетс  (участок Xj- х.), а затем возникает зона неустойчивого состо ни  латекса 21 (окрестности точки отрыва Xf), измерение и оценка поверхностного на жени  во вновь разработанном стенде роизвод тс  именно на участке стабиизированного состо ни  латекса х -X, В моменты времени, когда текущее риращение Harpy3KFf Л Р постигает

минимума (участок х, - х , а производна  4- функции Р {()с1 изменени нагрузки Р от перемещени  х достигает нулевого значени , 4i;- О, с

хода 54 регистра 53 производной выдаетс  сигнал в блок 55 управлени , производ щий остановку двигател  24.

В указанный момент регистр 44 пам ти вьщает показани  /дд,,. , посту пающие в блок 45 индикации, которые пропорциональны измер емому поверхностному нат жению РЛ/ЮКС испытуемого латекса21

Л/ Р

«икс 5 I (4)

где - масштабный коэффициент. Относительна  величина усили  отрьюа латекса 2 определ етс  по выражению

1 макс 0 ( Мйис о )

Градуировка стенда по показани м W блока 45 индикации ведетс  непосрественно в единицах силы, в ньютонах или граммах-силы, путем нагружени  подвески 5 грузами известного веса (массы) .

Регистр 46 тары с кнопкой 47 ввода тары используетс  дл  удобства работы оператора путем сброса начальных показаний Wo- блок а 45 индикации в положение нул , например, при взвешивании кольца 19 в воздухе или при начальном погружении его в латекс 21,

Как показывают предварительные экспериментальные исследовани  и данные испытаний опытных образцов и макетов предлагаемого устройства, его использование по сравнению с известным позвол ет повысить точност измерени  с 0,5 до 0,05 -0,01%, т.е. в 5-10 раз, и увеличить быстродействие с 15 до 5 мин, т.е. в 3 раза.

Кроме того, предлагаемое устройство позвол ет автоматизировать процесс определени  поверхностного нат жени  латекса и избавитьс  в знчительной степени от субъективных и методических погрешностей используемых в насто щее врем  дп  аналогичных целей приборов и устройств.

Указанное преимущество определ етс  тем, что в известных приборах за результат измерени  поверхностного нат жени  принимаетс  последнее перед отрьшом кольца от поверхности латеКса показание измерител  нагрузки. При зтом на точность результата оказьшают вли ние субъективные ошибки оператора, преждевременный отрьш кольца может произойти из-за колебаний подвески с кольцом вибраций волн на поверхности латекса. Процесс измерени  приходитс  производить многократно, процесс плохо поддаетс  автоматизации .

В предлагаемом устройстве в дополнительном блоке счета автоматичеки формируетс  сигнал, обеспечивающий остановку задатчика перемещений Сстолик 22) сосуда 20 с латексом 21 при достижении участка Xj -Х4 кривой (фиг.2). Усилие, вызьшаемое поверхностным нат жением, определ етс  после остановки двигатл  24, успокоени  колебаний подвески 5 и поверхности латекса 21.

Предлагаемое устройство дл  измерени  поверхностного нат жени  латекса найдет широкое применение в резинотехнической, химической, нефтеперер батывающей и других отрасл х промьшшенности в качестве эффективного и точного устройства рд  экспресс-анализа механических свойств латекса.

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ, содержащее измерительный рычаг с испытательным кольцом, сосуд для исследуемой жидкости, задатчик перемещения сосуда с электродвигателем, электрический блок преобразования величины нагрузки, соединенный с измерительным рычагом, и регистрирующий блок, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, оно дополнительно содержит электромагнитный компенсатор, один конец катушки которого соединен с выходом электрического блока преобразования величины нагрузки, второй конец — с регистрирующим устройством, а подвижный сердечник с измерительным рычагом, и блок регистрации скорости.изменения нагрузки, вход которого подключен к второму концу катушки электромагнитного компенсатора, а выход — к блоку управления, соединенному с электродвигателем задатчика перемещения.

   SU „ 1157408