БИРОТОРНЫЙ ВИСКОЗИМЕТР

Полезная модель относится к приборам для исследования реологических свойств жидких и двухфазных сред и может использоваться в автомобильной, пищевой, химической промышленности, медицине.
Предлагаемая полезная модель относится к типу ротационных вискозиметров, представляющих собой два коаксиальных цилиндра, при этом вязкость жидкости является функцией момента сопротивления вращению.
Известен ротационный вискозиметр дифференциального типа, содержащий внутренний цилиндр, помещенный в исследуемую жидкость, заполняющую наружный цилиндр, соосный с внутренним, причем оба цилиндра приводятся во вращение от двигателя постоянного тока, при этом момент сопротивления измеряется посредством системы датчиков Холла с встроенными магнитами [1].
Недостатком данного устройства является сложность конструкции системы измерения сопротивления среды.
Известно также измерительное устройство ротационного вискозиметра [2], содержащее диск с прорезями, подвешенный на упругой нити, осветитель и фотоприемник с регистрирующим устройством, причем прорези в диске выполнены дискретными в виде отдельных отверстий, а между фотоприемником и регистрирующим устройством помещен блок обработки информации, выполненный в виде последовательно соединенных счетчика импульсов и цифроаналогового преобразователя.
Данное устройство отличается сложностью практической реализации и недостаточной точностью измерений.
Задачей полезной модели является упрощение схемы измерения момента сопротивления при обеспечении высокой точности и автоматизации измерений.
Поставленная задача решается тем, что бироторный вискозиметр представляет собой систему из двух коаксиальных цилиндров, каждый из которых приводится во вращение от двигателя постоянного тока, дополнительно содержит оптоэлектронную систему на базе оптопар с открытым оптическим каналом, работающим на отражение, фазовый детектор и микроконтроллер, при этом крутящий момент от двигателя к наружному цилиндру передается посредством упругого элемента.
Бесконтактная оптоэлектронная измерительная схема позволяет определить частоту вращения каждого цилиндра и момент сопротивления вращению, который является функцией угла закручивания упругого элемента.
На фиг.1 приведена принципиальная схема вискозиметра.
Бироторный вискозиметр содержит наружный цилиндр 1, заполненный исследуемой средой, приводимый во вращение посредством двигателя постоянного тока 2 и упругой муфты 3, и внутренний цилиндр 4 приводимый во вращение от двигателя 5. Вращение цилиндров может происходить в различных направлениях.
Поверхность цилиндров 1 и 4 и вала 6 представляет собой чередование светлых и темных полос. Источник оптопары 7 ведущего вала 6 подает сигналы на поверхность вала. Отраженные от поверхности сигналы, имеющие различную интенсивность вследствие различия степени отражения сигнала от светлых и темных полос, поступают в приемник оптопары 7.
Аналогично работают оптопара 8 наружного цилиндра 1 и оптопара 9 внутреннего цилиндра 4.
Усиленные с помощью усилителей мощности 10 и 11 сигналы оптопар 7 и 8, поступают в фазовый детектор 12, после чего, проходя через фильтр низких частот 13, поступают в микроконтроллер 14.
Усиленный усилителем мощности 15 сигнал оптопары 9 внутреннего цилиндра 4 также поступает в контроллер 14.
Сигналы с оптопар 7 и 8 представляют собой меандры одинаковой частоты, но сдвинутые по фазе вследствие деформации упругого элемента 3, вызываемой сопротивлением среды. Разфазировка сигналов определяется фазовым детектором 12.
Подсчет импульсов в единицу времени определяет частоту вращения соответственно наружного и внутреннего цилиндра, а разность фаз является величиной, пропорциональной моменту сопротивления среды.
Микроконтроллер 14 обрабатывает полученные сигналы, подсчитывает угловые скорости вращения цилиндров и момент сопротивления. Результаты измерений отображаются индикатором 16.
Конечным результатом является график зависимости разности угловых скоростей Δw от момента сопротивления вращению Мс, который пропорционален сдвигу фаз Δφ.
Δw=f(Mc)
Полученный график фактически отражает зависимость касательных напряжений от скорости сдвига среды.
Микроконтроллер 14, имеющий обратную связь с двигателями 2 и 5, запрограммирован на различные режимы работы и может проводить комплекс непрерывных измерений в широком диапазоне скоростей вращения обоих цилиндров.
Предлагаемая конструкция бироторного вискозиметра позволяет исследовать реологические свойства жидких и двухфазных сред в условиях управляемого центробежного поля в широких пределах градиентов сдвиговых скоростей, а также существенно упростить бесконтактную схему измерения скоростей цилиндров и момента сопротивления среды, увеличить точность измерений при обеспечении их высокой автоматизации.
Используемые источники
1. Патент на полезную модель №36527, кл. G 01 N 11/00. 2004 г.
2. Авторское свидетельство №1224674, кл. G 01 N 11/14. 1986.