ВИБРАЦИОННЫЙ РЕОМЕТР
OSCILLATORY FLOW METRE

Изобретение относится к устройствам для непрерывного контроля процесса образования молочно-белкового сгустка при производстве кисло-молочных продуктов, сыров. Кроме того, реометр может быть использован для измерений вязкости в лакокрасочной, химической промышленности и др.
Известен камертонный измеритель концентрации растворов (может также использоваться для измерения вязкости) солевого, сахарного, дрожжевого молока (белкового сгустка) [1]. Он имеет основание, на котором установлен камертон, к ветвям которого прикреплены чувствительные элементы, выполненные из тонких пластинок и погруженные в сосуд с исследуемой жидкостью. На концах каждой ветви камертона установлены магнитопроводы с постоянными магнитами, каждый из которых взаимодействует с соответствующими обмотками: один с управляющей, а другой - с обмоткой привода. Для измерения амплитуды реометр снабжен датчиком, состоящим из постоянного магнита с магнитопроводом и измерительной обмотки. Электрическая схема включает блок питания, частотомер, регулирующий задаваемую частоту автоколебаний, а также вольтметр, подключенный к датчику амплитуды.
Недостатки реометра - сложность конструкции, высокая частота задаваемых колебаний рабочих (измерительных) пластинок - (250-350) Гц, что приведет к разрушению образующейся структуры сгустка в процессе его упрочнения и, как следствие, снизит точность определения его готовности.
Наиболее близким по техническому решению, выбранному в качестве прототипа, является вибрационный вискозиметр, описанный в работе [2]. Он состоит из стального термостатируемого корпуса, электромагнитного вибратора, смонтированного на основании корпуса, и электрической измерительной схемы, включающей звуковой генератор, полупроводниковые диоды, два ламповых милливольтметра, потенциометры с термопарами.
Электромагнитный вибратор набран из железа армко, в котором установлены две катушки, и закреплен к основанию реометра. Якорь вибратора выполнен также из железа армко в виде колец, надетых на полый якорь - дюралевую трубу, свободно проходящую соосно через вибратор и закрепленную своими концами при помощи пружин к основанию реометра. Соосно и внутри якоря свободно проходит дюралюминиевый шток, в свою очередь, подвешенный на двух плоских бериллиевых пружинах, также прикрепленных к основанию. На верхнем конце дюралюминиевого штока закреплена катушка электромагнитного датчика измерения амплитуды его перемещения вместе с рабочим телом, помещенным в исследуемый материал, которая взаимодействует цилиндрическим постоянным магнитом, закрепленным соосно катушке сверху на кронштейн к основанию. Все упомянутые выше подвижные детали вибрационной системы изготовлены максимально облегченными.
Недостатками данного прибора является сложность конструкции, а также использование большого числа упругих элементов, что потребует частого их калибрования для поддержания точности измерений.
Задачей изобретения является упрощение конструкции реометра и повышение точности измерений.
Сущность изобретения заключается в том, что вибрационный реометр содержит основание, корпус, чувствительный элемент, нагружающее устройство, измерительное устройство, нагружающее устройство включает закрепленный на основании мотор-редуктор, на валу которого установлен кривошип, с продольным пазом, в котором параллельно валу мотор-редуктора зафиксирована ось, на которую надет верхний шарнир рычага, а его нижний шарнир прикреплен к полому штоку, установленному с возможностью поступательного перемещения в двух подшипниках, установленных в центральной втулке, прикрепленной перпендикулярно к основанию. Измерительный блок выполнен в виде стальной калиброванной цилиндрической пружины, верхним концом соосно прикрепленной к нижнему концу полого штока, а на его нижнем конце соосно полому штоку зафиксирован стержень с навинченным на его нижний конец чувствительным элементом в виде полого шара. Измерительный узел выполнен в виде прозрачного диска, на котором с равным шагом по окружности нанесена контрастным цветом радиально расположенная штриховая шкала, напротив которой с одной стороны диска установлен источник постоянного света, а с другой стороны и напротив этого источника света расположен приемник света, причем прозрачный диск зафиксирован на измерительном валике, который установлен в прецизионном шарикоподшипнике, корпус которого зафиксирован на основании. При этом вращение прозрачного диска осуществляется замкнутой гибкой связью, виток к витку намотанной на измерительный валик и переброшенной через одноручьевой шкив, вращающийся в подшипнике кронштейна, установленного на основании. Причем для натяжения гибкой связи предусмотрен упругий элемент. Вращение одноручьевого шкива осуществляется также гибкой связью, закрепленной одним концом соосно к стержню чувствительного элемента, а другим концом - к одноручьевому шкиву, снабженному противовесом, для уравновешивания веса стержня с чувствительным элементом.
На чертеже изображена схема реометра.
Реометр имеет основание 1, закрепленное на кронштейне (условно не показано), с установленной на нем центральной втулкой 2, с прецизионными подшипниками 3, 4, в которых поступательно перемещается полый шток 5, на нижнем конце которого расположен кронштейн 6, к которому прикреплен верхний конец калиброванной цилиндрической пружины 7, а другой ее конец при помощи кронштейна 8 прикреплен соосно к стержню 9, на нижний конец которого навинчен чувствительный элемент 10 в виде полого шара.
На верхнем конце центральной втулки 2 на пластине 11 установлен кронштейн 12 с мотор-редуктором 13. Перемещение полого штока 5 с частотой 10 Гц создается мотор-редуктором 13, на валу которого зафиксирован кривошип 14 с продольным пазом, в котором параллельно валу мотор-редуктора зафиксирована ось 15, на которую надет верхний шарнир 16 рычага 17, а нижний его шарнир 18 надет на рычаг 19, прикрепленный к полому штоку 5. Линейное перемещение чувствительного элемента 10 регистрируется по нанесенной на прозрачный диск 24 радиально расположенной штриховой шкале, выполненной контрастным цветом, напротив которой с одной стороны прозрачного диска 24 установлен щелевой источник постоянного света 26, щель которого расположена параллельно штрихам прозрачного диска 24, а с другой стороны и напротив этого щелевого источника света расположен счетчик импульсов 27, передающий сигнал для обработки данных измерений в модуль управления.
Вращение прозрачного диска 24 осуществляется гибкой связью 20, виток к витку намотанной на измерительный валик 23 и зафиксированной на одноручьевом шкиве 21, вращающемся в подшипнике кронштейна, установленного на основании, причем для натяжения гибкой связи 20 предусмотрен упругий элемент 22, а вращение одноручьевого шкива 21 осуществляется гибкой связью 28, закрепленной одним концом и соосно к стержню чувствительного элемента 9, а другим концом - к одноручьевому шкиву 21, снабженному противовесом 25, для уравновешивания веса стержня 9 с чувствительным элементом 10.
Вся система закрыта корпусом 29, установленным на основании 1, а снизу основания 1 имеется крышка 30 с ручками 31 и резиновым вкладышем 32, служащим для фиксации штока за счет поворота крышки 30 ручками 31 и установки ее в верхнем положении, после выключения реометра. Причем передаточное отношение одноручьевой шкив 21 - измерительный валик 23 составляет 1:20, а соотношение радиуса крепления гибкой связи 28 и радиуса одноручьевого шкива 21 - 1:2. Реометр снабжен пузырьковым уровнем для установки в вертикальном положении (условно не показано).
Реометр работает следующим образом. При помощи кронштейна (условно не показан) реометр крепится строго вертикально на стенке термостатируемой технологической ванны, таким образом, чтобы чувствительный элемент 10 полностью погрузился в исследуемую среду. После этого подключают реометр к блоку управления.
На панели управления (условно не показано) включают тумблер «Сеть». При этом напряжение подается на мотор-редуктор 13, выходной вал которого приводит во вращение кривошип 14, с постоянной угловой скоростью, который, в свою очередь, через рычаг 17 передает возвратно-поступательные колебания полому штоку 5. От полого штока 5 через калиброванную цилиндрическую пружину 7 эти колебания передаются с частотой 10 Гц чувствительному элементу 10, погруженному в исследуемую среду. В начале процесса измерения молоко находится в жидком состоянии и не оказывает сопротивления перемещению шара 10. По мере упрочнения молочно-белкового сгустка сопротивление движению шара 10 будет нарастать, что приведет к отставанию его линейных перемещений. Это вызовет деформацию калиброванной пружины 7. В свою очередь, эта деформация будет передана через стержень 9, гибкую связь 28 на одноручьевой шкив 21 и вызовет его угловое смещение. В результате гибкая связь 22 приведет во вращение прозрачный диск 24 устройства счетчика импульсов, которые будут зафиксированы в блоке регистрации и обработки результатов измерений.
По мере упрочнения сгустка перемещение шара 10 будет уменьшаться, и в момент готовности сгустка показания реометра в течение дальнейших измерений становятся неизменными. Цикл измерения окончен.
Источники информации
1. Казаков П.В. Новый метод определения концентрации растворов / П.В.Казаков // Хлебопекарная и кондитерская промышленность. - 1978, №9, с.34-36.
2. Скрябин В.Г. Вибрационный вискозиметр для окисных расплавов / В.Г.Скрябин, И.А.Новохатский // Журнал физической химии, том XLVI, 3, Москва. - 1972, с.784-787.