Устройство и принцип работы ротационного вискозиметра

На рисунке 5.1. изображен вискозиметр ПОЛИМЕР РПЭ-1М. Прибор предназначен для экспресс-анализа вязкости в заводских и лабораторных условиях. Вискозиметр обеспечивает измерение вязкости в диапазоне до Па·с с воспринимающими элементами типа «цилиндр-цилиндр», а так же способным работать с воспринимающими элементами «конус-плоскость», рифлеными элементами «цилиндр-цилиндр» и др. Прибор имеет три модификации.

Вискозиметр, применяемый в данной лабораторной работе имеет модификацию ПОЛИМЕР РПЭ-1М.2Э и имеет диапазон измерения до Па·с.

Рис.5.1. Вискозиметр ротационный ПОЛИМЕР РПЭ-1М   Рис. 5.2. Общий вид прибора.

 

На рисунке 5.2. представлен общий вид вискозиметра. Для установки значения скорости сдвига предназначен цилиндрический переключатель 4 слева, значения геометрического коэффициента прибора – цилиндрический переключатель 4 справа, кнопка пуска/останова прибора расположена под цифровым индикатором. Цифровой индикатор предназначен для отображения рассчитанной вязкости в ед. СИ. Для поддержания постоянной температуры материала 7 вискозиметр оборудован термостатирующей камерой 9, в которую помещаются наружный 8 и внутренний 6 цилиндры. Размеры цилиндров приводятся в табл. 5.1., эскизы помещены в приложении 1. рис.3.

 

Табл. 5.1. Размеры воспринимающих элементов

Измерительные поверхности	Обозначение системы воспринимающих элементов
Т1-В1	Т1-В3	Т1-В10	Т2-В30	Т1-В100
Внутренний диаметр наружного цилиндра, мм	40 +0,032	40 +0,032	40 +0,032	24 +0,021	24 +0,021
Наружный диаметр внутреннего цилиндра, мм	38,828-0,008	36,373-0,016	31,253-0,016	19,863-0,013	17,479-0,011
Длина измерительной поверхности внутреннего цилиндра, мм	80-0,074	80-0,074	80-0,074	48-0,07	30-0,07

Привод прибора (рис.5.3.) состоит из электродвигателя постоянного тока 4, коробки скоростей 2, датчика скорости и вала 15. Электродвигатель 4 развивает на выходном валу скорость от 10,5 до 334,9 рад/с (100-3200 об/мин) в зависимости от напряжения, поступающего с регулятора скорости.

Рис. 5.3. Привод прибора.

 

Принцип действия вискозиметра основан на измерении момента сопротивления сдвигу испытываемого материала, помещенного в зазор между воспринимающими элементами, при вращении одного из них (внутреннего) с постоянной угловой скоростью, путем преобразования угла закручивания упругого элемента во временной интервал, пропорциональной вязкости.

Вискозиметр приводится в движение двигателем, питающимся от блока питания, регулирования скорости осуществляется коробкой скоростей. Привод прибора обеспечивает получение двенадцати фиксированных скоростей вращения ротора – табл. 5.2.

На валу двигателя установлен датчик скорости. Он представляет собой диск 8 со 180-ю отверстиями по окружности, жестко закрепленный на валу электродвигателя 4. При вращении диска его край с отверстиями проходит в зазоре оптронной пары 3 фотодатчика, вырабатывающего электрические импульсы, частота которых пропорциональна скорости вращения. Импульсы поступают на вход фотодиода и передаются на регулятор скорости.

Внизу, на валу коробки скоростей установлена шторка, которая проходит в зазор оптронной пары фотоэлементов 13. Ниже следует ограничитель 10, к которому прикреплен упругий элемент – спиральная пружина 11 (торсион). Нижняя часть пружины крепится к упору 12 установленном на выходном валу 15. На валу (после пружины) имеется вторая шторка, которая так же входит в зазор оптронной пары 14. Эти две шторки с двумя оптронными парами составляют датчик угла закручивания пружины установленной между ними.

При наличии вязкого трения в зазоре между цилиндрами происходит деформация упругого элемента и шторки разворачиваются друг относительно друга на некоторый угол, в результате импульсы с фотодатчиков, перекрываемых шторками, поступают с интервалом во времени, пропорциональному моменту сопротивления, т.е. вязкости жидкости.

Кинетическая схема прибора находится в приложении 1, рис.1.

 

 

Табл. 5.2. Скорости вращения шпинделя.

Положение переключателя скоростей	Скорость вращения шпинделя
Рад/с	Об/мин
	20,940
	10,470
	5,2360
	2,6180
	1,3090	12,5
	0,6545	6,3
	0,3272	3,1
	0,1636	1,6
	0,0818	0,8
	0,0409	0,4
	0,0204	0,2
	0,0102	0,1

 

Маркировка внутреннего цилиндра – табл. 5.1., содержит буквы Т – которая обозначает тип воспринимающего элемента (гладкий, цилиндрический), В (внутренний) и цифры, которые соответствуют коэффициенту воспринимающего элемента по отношению к коэффициенту геометрии системы Т1-В1. Коэффициенты рассчитываются по формуле (7). Значения коэффициентов приводятся в табл. 5.3.

 

Табл. 5.3. Значения коэффициентов геометрии о соответствующие им положения переключателя.

Маркировка воспринимающих элементов			Положение переключателя
Т1-В1	156,20			1,03
Т1-В3	520,67	3,33		1,10
Т1-В10				1,28
Т2-В30		33,33		1,21
Т2-В100				1,37

 

Проведение эксперимента.

 

Режим измерения и цилиндры должны выбираться в зависимости от вязкости исследуемого материала.

С помощью переключателя скорости (слева) установите выбранный режим измерений. С помощью переключателя коэффициента (справа) необходимо произвести установку в соответствии с выбранными воспринимающими элементами (см. раздел 5.).