METHOD OF MEASUREMENT VISCOSITY OF THE MOTOR SPEED

Full Text

Ротационный способ определения свойств материалов в вязкотекучем состоянии нашел широкое применение при определении показателей качества различных видов готовой продукции. В цеховых и лабораторных условиях контролируется вязкость различных смол, полимерных материалов, мастик, продуктов пищевой промышленности и т. п. На предприятиях с непрерывным циклом выпуска продукции автоматизация технологических процессов по параметру вязкости выполняется с помощью ротационных вискозиметров [1]. Ротационные вискозиметры могут быть дискретного или непрерывного действия с механическим или электрическим чувствительным элементом. Специфика исследования жидких сред предъявляет к вискозиметрам особые требования. В том числе вискозиметры должны быть изготовлены таким образом, чтобы обеспечить удобство работы в исследуемой среде, а также необходимую точность измерения вязкости исследуемого материала. Кроме того, необходимо так или иначе решить вопрос стабилизации температуры, от которой зависит вязкость, например путем помещения в термостат исследуемого материала. При разработке данных приборов основные требования, предъявляемые к вискозиметрам, решаются, если удается разработать прибор, обладающий значительной простотой и обеспечивающий высокую точность измерения вязкости. Принцип работы известных ротационных вискозиметров основан на зависимости вращающего момента, который приложен к ротору, погруженному в исследуемую массу, от вязкости этой массы [2]. Крутящий момент, приложенный к ротору, определяется соотношением , (1) где Мкр - крутящий момент на роторе; F - сила, приложенная к ротору; r - радиус ротора. Сила, приложенная к ротору, для ньютоновских жидкостей определяется законом Ньютона: , (2) где ω - угловая скорость вращения ротора; S - рабочая площадь ротора; l - зазор между измерительным цилиндром и ротором. Подставив соотношение (2) в формулу (1), получим: , (3) где η - вязкость исследуемой массы; - постоянная, зависящая от конструкции вискозиметра. Таким образом, зная значения крутящего момента на роторе, можно определить динамическую вязкость исследуемой массы. При этом скорость вращения ротора обычно поддерживается постоянной: ω = const. Определение крутящего момента Мкр сопряжено со значительным усложнением схемы вискозиметра, т. к. требуется преобразовать Мкр в промежуток времени, затем заполнить его импульсами стабильной частоты и совершить дальнейшие преобразования с целью выразить вязкость η. Эта цепочка преобразователей обладает определенными погрешностями, ухудшающими точностные показатели прибора. На кафедре «Информационно-измерительная техника» СамГТУ разработан новый тип вискозиметра, в котором не требуется измерять крутящий момент и скорость вращения ротора не поддерживается постоянной, она зависит от вязкости исследуемой массы. Этот метод может быть применен для ньютоновских жидкостей. Большинство жидкостей являются ньютоновскими. Известно, что у всех типов двигателей постоянного тока и у асинхронных двигателей угловая скорость вращения на холостом ходу самая большая. С увеличением нагрузки на вал скорость вращения уменьшается, особенно сильно эта зависимость проявляется у двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением, у которого механическая характеристика выражается функцией где k - коэффициент, определяемый параметрами электродвигателя. Это свойство двигателей положено в основу построения вискозиметра нового типа, внешний вид которого и основные узлы приведены на рисунке. Порядок работы вискозиметра может быть описан следующим образом. Сначала двигатель включают на холостом ходу, с помощью штока 9 ротор 4 поднят, измеряется угловая скорость вращения ротора на холостом ходу, и это значение измеряется блоком 6 и записывается в блоке 7. Затем ротор 4 опускается в цилиндр с исследуемой массой, двигатель 5 вновь запускают, и в блоке 6 измеряется, а в блоке 7 записывается значение ω1. Блок 7 производит вычисление вязкости η в соответствии с зависимостью 6, после чего блок 8 индицирует значение η. Внешний вид и основные узлы вискозиметра: 1 - основание; 2 - стойка; 3 - измерительный цилиндр; 4 - ротор; 5 - двигатель; 6 - блок измерения скорости вращения; 7 - вычислительный блок; 8 - индикатор вязкости; 9 - шток Когда ротор вискозиметра помещается в измерительный цилиндр с исследуемой массой, скорость вращения двигателя ω уменьшается. Из выражения (3) имеем , с учетом (4) получим . (5) Из выражения (5) видно, что вязкость определяется только по одному параметру - скорости вращения вала электродвигателя. Коэффициенты k и γ зависят от конструкции электродвигателя, измерительных параметров ротора и цилиндра и являются постоянными. Так как скорость вращения входит в выражение в квадрате, то это обеспечивает высокую чувствительность метода измерения, что особенно важно при исследовании маловязких жидкостей. Методы измерения угловой скорости вращения хорошо известны, и этот параметр измеряется с высокой степенью точности. Скорость вращения может быть определена двумя способами: - посредством измерения частоты вращения меток, нанесенных на вал двигателя; - посредством измерения периода вращения вала двигателя. Режим электродвигателя устанавливается таким, чтобы обеспечить мягкую тормозную характеристику. Тормозная характеристика двигателя снимается заранее и вводится в память вычислительного блока. Таким образом, точность работы вискозиметра существенно повышается, а его конструкция упрощается, т. к. исключается необходимость измерения крутящего момента и создания канала преобразования вязкости. Тормозная характеристика электродвигателя снимается с помощью специальной установки, включающей в себя торсиометр. На этой установке получают зависимость . Для стабилизации температуры исследуемой жидкости используется термостат.

About the authors

Olga G Korganova

Samara State Technical University

(Ph.D. (Techn.)), Associate Professor. 244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100, Russia

Vladimir A Kuznetsov

Samara State Technical University

(Ph.D. (Techn.)), Associate Professor. 244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100, Russia

References

Supplementary files