курсовая работа / Ротационный магнитожидкостный вискозиметр

МИНИСТЕРСТВО РФ ПО ВЫСШЕМУ И ПРОФЕССИОНАЛЬНОМУ ОБРАЗОВАНИЮ

САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

БАЛАКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИКИ, ТЕХНОЛОГИИ И УПРАВЛЕНИЯ

КАФЕДРА УИТ

КУРСОВАЯ РАБОТА

По курсу: «Основы патентоведения»

Тема: «Заявление на выдачу патента РФ на изобретение»

Выполнил: ст. гр. УИТ-42

Ефремов Р. В.

Принял: преп. каф.

Знамцев Ю. М.

Балаково 1999

Содержание Введение…………………………………………………………………… 1. Заявление на выдачу патента Российской Федерации………………..				3 4
2.Описание изобретения…………………………………………………..			6
2.1. Название изобретения……………………………………………			-
2.2. Область техники, к которой относится изобретение…………..			-
	2.3. Уровень техники…………………………..………………………		7
	2.4. Сущность изобретения…………………………………………...		10
		2.4.1. Сущность изобретения и существенные признаки ……..	-
		2.4.2. Сведения раскрывающие сущность изобретения……….	11
	2.5. Перечень фигур, чертежей и иных материалов…………………		13
	2.6. Сведения подтверждающие возможность осуществления изобретения……………………………………………………….……		-
3. Формула изобретения…………………………………………………..			15
4. Реферат…………………………………………………………………..			16
Литература………………………………………………………………...			19
Приложение (чертежи и иные материалы)………………………………			20
Список использованных источников…………………………………….			23

Введение

Защита интеллектуальной собственности в современной России для инженера, вынужденного быть еще и предпринимателем, поскольку его инженерная деятельность является для него основным источников дохода, очевидна. Современные технологии – это та область деятельности, где сейчас вероятнее всего обрести экономическую независимость. Но именно здесь же сосредотачиваются усилия не только ученых и инженеров, но и крупных фирм и финансовых воротил, с целью получения максимальных доходов, и именно здесь прогрессирует воровство чужих решений и идей. Поэтому молодым инженерам надо уметь защищать созданное от жуликов. Защищать в своей экономической, промышленной, географической и прочих нишах. Во всем цивилизованном мире такая система защиты интеллектуальной собственности давно работает и защищает авторские интересы и права. Теперь и у нас складывается правовая база защиты продуктов своего интеллектуального труда. Но охрана своего интеллектуального продукта требует очень продуманного подхода к составлению заявок, соблюдения нормативных актов и юридической стороны оформления защиты интеллектуальной собственности.

2. Описание изобретения

2.1. Название изобретения

Ротационный магнитожидкостный вискозиметр.

2.2. Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к ротационным вискозиметрам проточного типа и может быть использовано в различных устройствах автоматики, системах автоматического регулирования и контроля технологических процессов.

Вискозиметр – это прибор, служащий для измерения вязкости контролируемой среды.

Вязкость – это свойство текучих тел оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой, обуславливающее возникновение в них при их движении касательных напряжений (см. лит. 9,11, 13, 14).

В производстве полимеров, пластических масс, нефтепродуктов, синтетических красок, смазочных материалов и многого другого вязкость является важнейшим показателем, характеризующим качество получаемой продукции. Вязкость является одним из важнейших параметров, точность и надежность измерения которого определяют достоверность результатов экспериментальных исследований, качество технологических процессов, оптимальные режимы работы объектов в энергетике, транспорте, эффективность добычи и переработки нефти и нефтепродуктов. На основании показателя вязкости можно оценивать способность жидкого диэлектрика отводить тепло от нагревательных элементов электрического оборудования. В связи с этим во многих случаях важно непрерывное автоматическое измерение вязкости.

Идеальный вискозиметр должен отвечать следующим требованиям:

1. Независимость точности показаний от физико-химических свойств контролируемой среды и содержания в ней примесей и включений;

2. Широкий диапазон измеряемой величины;

3. Широких диапазон контролируемых сред (без осуществления существенной переналадки);

4. Массо-габаритные показатели приборного класса;

5. Возможность применения не в лабораторных условиях, а непосредственно на производстве;

6. Проточный тип вискозиметра;

7. Электрический выходной сигнал:

8. Максимально достижимая точность показаний.

Многообразие требований к технической реализации измерения вязкости, различные физико-химические свойства контролируемых сред способствуют появлению, разработке и внедрению в практику множества вискозиметров различной конструкции.

2.3. Уровень техники

Существует довольно много различных видов вискозиметров и их конструкций (см. лит. 1-6, 10, 12).

Принцип работы вискозиметров с падающим шариком основан на зависимости времени свободного падения шарика в среде с измеряемой вязкостью от вязкости этой среды. Но данный тип вискозиметров весьма чувствителен к загрязнениям контролируемой среды и к наличию в ней пузырьков газа, поэтому их применяют только для контроля однородных жидкостей. Кроме того данный тип требует вертикального участка трубопровода и мало приспособлен для контроля вязкости проточных сред.

Ультразвуковые вискозиметры работают за счет зависимости скорости ультразвука от вязкости проводящей ультразвук среды. Их широкому применению препятствуют как более высокая стоимость по сравнению с другими типами вискозиметров, так и зависимость скорости ультразвука от температуры среды. Они обладают ограниченным диапазоном измерения, ограниченной точностью. На показания влияют примеси в среде и загрязнение приемников и излучателей ультразвука.

Вибрационные вискозиметры сравнивают скорость распространения вибрации в измеряемой и эталонной жидкости. Их показания также зависят от целого ряда физико-химических параметров, наличия примесей.

Новые модели вискозиметров созданы на основе электрогидродинамического эффекта, так как произведение удельной проводимости и вязкости для данной жидкости остается постоянным при различных температурах (если пренебречь током тепловой диссоциации) или линейно возрастает с ростом температуры. Другими словами между удельной проводимостью и вязкостью среды диэлектрика существует зависимость, выделив которую можно проектировать вискозиметры проточного типа для непрерывного контроля вязкости, относительно простой конструкции и высокой надежности и точности. Но и здесь существует целый ряд еще не разрешенных проблем, которые препятствуют широкому внедрению этого типа вискозиметров на производстве.

В приборах для автоматического контроля и измерения вязкости жидких продуктов наибольшее применение в производственных условиях получили ротационные вискозиметры, работа которых основана на методе вращающихся поверхностей и зависимости скорости вращения от вязкости среды. Однако наличие большого количества подвижных частей, различного рода вспомогательных электроагрегатов, сложность конструкции являются существенными недостатками этого типа вискозиметров. Существующие вискозиметры, как отечественного производства (ВЗМ – 5,ВАП – 2, АКВ – 2, УВВ – 59 и прочие), так и зарубежного (VISKORATOR, VISKOSITY MOWITOR, JEIJCOUR и прочие) обладают достаточно большими (не приборного класса) габаритами и весом, либо предназначены для лабораторного контроля. Наличие устройства термостабилизации в зоне измерения является обязательным условием, обеспечивающим точность измерения.

Таким образом, можно отметить, что проблема автоматического измерения и контроля вязкости проточной среды решена не полностью.

В качестве прототипа данного изобретения можно указать ротационный вискозиметр для измерения вязкости чернил, созданный фирмой “Crosfield” (см. лит. 10), содержащий постоянный цилиндрический магнит 1 (см. рис.1 приложения), который вместе с полюсными наконечниками 7 жестко крепится к внешнему немагнитному цилиндру 3, приводимому во вращение со скоростью n = 2000 об/мин электродвигателем 2.

Магнитная жидкость 4 удерживается в кольцевом зазоре между полюсными наконечниками и цилиндрическим корпусом 8 из магнитомягкого материала. Корпус в свою очередь жестко связан со второй частью внешнего цилиндра 5, внутри которого располагается тонкий цилиндрический торсион, передающий момент вращения от цилиндра 3 коническому элементу 6. По углу закручивания торсиона рассчитывают вязкость чернил.

Данная модель вискозиметра обладает тем недостатком, что выходная величина является механической по своей природе – механическое угловое перемещение стрелки указателя, прикрепленной к торсиону, и для дальнейшего использования показаний вискозиметра в САР технологического процесса их необходимо преобразовывать в электрический сигнал, что связано с применением дополнительных устройств, привнесением в сигнал дополнительной погрешности. Дополнительный недостаток – узкий диапазон измеряемой величины, а следовательно и узкий набор контролируемых сред, для которых можно обойтись без механической переналадки вискозиметра.

2.4. Сущность изобретения

2.4.1. Сущность изобретения и существенные признаки

Сущность изобретения в использовании зависимости величины приложенного к магнитной жидкости внешнего магнитного поля (а следовательно и тока создающего это магнитное поле) от величины возникающего в магнитной жидкости электромагнитного момента, равного по величине моменту сил вязкого трения контролируемой проточной среды.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей ротационного магнитожидкостного вискозиметра и улучшение его технических характеристик.

Как было уже отмечено выше, измерение и контроль вязкости проточных сред играет большую роль во многих динамических процессах с развитыми системами автоматического контроля и регулирования, поэтому это прежде всего повышение быстродействия и чувствительности вискозиметра; расширение диапазона измеряемой величины и рода контролируемых сред; получение электрического выходного сигнала, пригодного для дальнейшего использования в системах автоматики без дополнительных преобразований рода сигнала, что более удобно, а также способствует повышению точности и надежности измерений; снижение зависимости показаний прибора от физико-химических факторов среды, повышение точности измерения контролируемой величины.

С этой целью в конструкцию внесены существенные принципиальные изменения, а именно: роль преобразователя контролируемой величины (вязкости) в выходной электромагнитный сигнал возложена непосредственно на магнитную жидкость, а в конструкцию вискозиметра включен электромагнит.

2.4.2. Сведения раскрывающие сущность изобретения

Ротационный магнитожидкостный вискозиметр содержит два цилиндрических магнита в форме стакана 1 и 2 (см. рис.2 приложения), первый из которых жестко крепится к валу электродвигателя 4 и приводится им во вращение. Магнит 2 в свою очередь жестко связан с коническим элементом 5, погруженным в проточную часть трубопровода 6 с контролируемой средой. Между магнитами 1 и 2 находится магнитная жидкость 3, к которой через электромагнит 8 приложено управляемое магнитное поле. Она осуществляет передачу вращающего момента от магнита 1 к магниту 2, а следовательно и коническому элементу. Магнит 2, соединенный с коническим элементом фиксируется шарикоподшипником. Прибор помещается в корпус 7 из оргстекла во избежание влияния внешних магнитных полей на показания прибора. Ток через электромагнит является функцией вязкости протекающей по трубопроводу жидкой среды.

Возможность удерживать неоднородным магнитным полем объем магнитной жидкости, на которую действует сторонняя сила известна давно и широко применяется. Также широко применяется и возможность управления величиной передаваемого момента от величины приложенного внешнего магнитного поля. В данном устройстве взята за основу обратная зависимость величины внешнего магнитного поля от величины возникающего в магнитной жидкости электромагнитного момента, равного по величине моменту сил вязкого трения в контролируемой проточной среде.

Под действием внешнего магнитного поля магнитные частицы жидкости в зазоре между полюсами постоянных магнитов ориентируются вдоль силовых линий (см. рис. 3а приложения) и вектор намагниченности направлен строго вертикально (то есть имеет только нормальную составляющую F_n).Возникающие магнитная сила и ее момент также направлены нормально. Магнитная сила, действующая на слой магнитной жидкости в этом положении, равна

где S – площадь свободной поверхности слоя жидкости;

к₀ – коэффициент характеризующий род магнитной жидкости;

М – магнитный вектор;

Н – электрический вектор.

При приведении верхнего магнита во вращение электродвигателем вектор силы смещается и появляется тангециальная составляющая силы F_ и момента (см. рис. 3б приложения), уравновешивающая силу вязкого трения конического элемента в контролируемой проточной среде. Величина тангенциальной составляющей зависит от момента вязкого трения (от коэффициента вязкости). С другой стороны

где  - коэффициент.

Так как ток I=f(H), а Н=f(₀), то I=f(₀). То есть в магнитной жидкости возникает внутреннее магнитное поле, тангенциальная составляющая которого взаимодействует с внешним магнитным полем электромагнита, вызывая изменение протекающего через его обмотку постоянного тока (см. рис. 4 приложения).

При изменении рода контролируемой проточной среды изменение компенсируется все тем же током электромагнита и выходной градуировочный график всего лишь смещается, что легко учесть соответствующим коэффициентом, что позволяет легко изменять род контролируемой проточной среды, без конструктивной переналадки вискозиметра. Сам же график практически линейный и обладает большим рабочим участком, что существенно расширяет диапазон контролируемой величины.

2.5.Перечень фигур, чертежей и иных материалов

В приложении на чертежах представлены прототип и предлагаемая модель вискозиметра, график зависимости коэффициента вязкости от величины тока, протекающего через катушку электромагнита, рисунок отображающий возникновение электромагнитного момента в магнитной жидкости.

На рис.1 представлена модель – прототип фирмы “Crosfield”.

На рис.2 чертеж предлагаемой модели, содержащей электродвигатель постоянного тока МИ – 11 (с номинальной частотой вращения выходного вала 2000 об/мин, мощностью 100 Вт, напряжением питания U=110 В и номинальным моментом 0,49 Н*м), электромагнит и корпус из оргстекла.

На рис.3 приведены пояснения к принципу работы вискозиметра (возникновение электромагнитных сил в магнитной жидкости).

На рис.4 изображены экспериментально полученные зависимости коэффициента вязкости от величины постоянного тока, протекающего через обмотку электромагнита.

2.6. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

В слабых магнитных полях намагниченность жидкости линейно зависит от величины поля, поэтому выражение для силы, действующей на каплю магнитной жидкости объемом V, принимает вид:

Очевидно, что величина тангенциальной составляющей зависит от момента вязкого трения (от коэффициента вязкости) по третьему закону Ньютона, а следовательно и Н=f(₀). Тогда очевидно, что и ток I=f(H)=f(₀).

Действующая модель данного вискозиметра была собрана при кафедре УИТ БИТТУ СГТУ (чертежи прилагаются).

3. Формула изобретения

Данное устройство представляет собой ротационный магнитожидкостный вискозиметр проточного типа содержащий два цилиндрических магнита в форме стакана 1 и 2 (см. рис.2 приложения), первый из которых жестко крепится к валу электродвигателя 4 и приводится им во вращение, а второй в свою очередь жестко связан с коническим элементом 5, погруженным в проточную часть трубопровода 6 с контролируемой средой и на который воздействует момент сил вязкого трения, отличающееся тем, что с целью расширения функциональных возможностей вискозиметра, улучшения его технических характеристик и получения электрического выходного сигнала, магнитная жидкость 3 введена для передачи вращающего момента между магнитами и к ней приложено управляемое магнитное поле введенного в конструкцию вискозиметра электромагнита 8, ток через катушку которого является функцией вязкости протекающей по трубопроводу жидкой среды.

4. Реферат

Название изобретения - ротационный магнитожидкостный вискозиметр.

Изобретение относится к ротационным вискозиметрам проточного типа и может быть использовано в различных устройствах автоматики, системах автоматического регулирования и контроля технологических процессов.

В качестве прототипа данного изобретения можно указать ротационный вискозиметр для измерения вязкости чернил, созданный фирмой “Crosfield” (см. лит. 10), содержащий постоянный цилиндрический магнит 1 (см. рис.1 приложения), который вместе с полюсными наконечниками 7 жестко крепится к внешнему немагнитному цилиндру 3, приводимому во вращение со скоростью n = 2000 об/мин электродвигателем 2.

Магнитная жидкость 4 удерживается в кольцевом зазоре между полюсными наконечниками и цилиндрическим корпусом 8 из магнитомягкого материала. Корпус в свою очередь жестко связан со второй частью внешнего цилиндра 5, внутри которого располагается тонкий цилиндрический торсион, передающий момент вращения от цилиндра 3 коническому элементу 6. По углу закручивания торсиона рассчитывают вязкость чернил.

Данная модель вискозиметра обладает тем недостатком, что выходная величина является механической по своей природе – механическое угловое перемещение стрелки указателя, прикрепленной к торсиону, и для дальнейшего использования показаний вискозиметра в САР технологического процесса их необходимо преобразовывать в электрический сигнал, что связано с применением дополнительных устройств, привнесением в сигнал дополнительной погрешности. Дополнительный недостаток – узкий диапазон измеряемой величины, а следовательно и узкий набор контролируемых сред, для которых можно обойтись без механической переналадки вискозиметра.

Сущность изобретения в использовании зависимости величины приложенного к магнитной жидкости внешнего магнитного поля (а следовательно и тока создающего это магнитное поле) от величины возникающего в магнитной жидкости электромагнитного момента, равного по величине моменту сил вязкого трения контролируемой проточной среды.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей ротационного магнитожидкостного вискозиметра и улучшение его технических характеристик.

Ротационный магнитожидкостный вискозиметр содержит два цилиндрических магнита в форме стакана 1 и 2 (см. рис.2 приложения), первый из которых жестко крепится к валу электродвигателя 4 и приводится им во вращение. Магнит 2 в свою очередь жестко связан с коническим элементом 5, погруженным в проточную часть трубопровода 6 с контролируемой средой. Между магнитами 1 и 2 находится магнитная жидкость 3, к которой через электромагнит 8 приложено управляемое магнитное поле. Она осуществляет передачу вращающего момента от магнита 1 к магниту 2, а следовательно и коническому элементу. Магнит 2, соединенный с коническим элементом фиксируется шарикоподшипником. Прибор помещается в корпус 7 из оргстекла во избежание влияния внешних магнитных полей на показания прибора. При приведении верхнего магнита во вращение электродвигателем вектор силы смещается и появляется тангециальная составляющая силы F_ и момента (см. рис. 3б приложения), уравновешивающая силу вязкого трения конического элемента в контролируемой проточной среде. Величина тангенциальной составляющей зависит от момента вязкого трения (от коэффициента вязкости). С другой стороны

Так как ток I=f(H), а Н=f(₀), то I=f(₀). То есть в магнитной жидкости возникает внутреннее магнитное поле, тангенциальная составляющая которого взаимодействует с внешним магнитным полем электромагнита, вызывая изменение протекающего через его обмотку постоянного тока (см. рис. 4 приложения).

При изменении рода контролируемой проточной среды изменение компенсируется все тем же током электромагнита и выходной градуировочный график всего лишь смещается, что легко учесть соответствующим коэффициентом, что позволяет легко изменять род контролируемой проточной среды, без конструктивной переналадки вискозиметра. Сам же график практически линейный и обладает большим рабочим участком, что существенно расширяет диапазон контролируемой величины.

Тем самым данный вискозиметр обладает целым рядом преимуществ перед известными на данный момент времени аналогами для использования его в системах автоматического контроля и регулирования вязкости жидкой проточной среды в промышленных условиях.

Литература (источники информации, принятые во внимание при экспертизе)

1. Авторское свидетельство СССР № 530465, Кл. Н 03К 19/36, 06.08.75

2. Авторское свидетельство СССР № 581950, Кл. Н 03Н 19/36, 23.03.78

3. Авторское свидетельство СССР № 784808, Кл. Н 03Н 19/36, 25.02.83

4. Абдулаев А. А., Бланк Б. В., Юфин В. А. Контроль в процессах транспорта и хранения нефтепродуктов. –М.: Недра, 1990.

5. Арутюнов О. С. Датчики состава и свойств вещества. – М.: Энергия, 1966.

6. Белянин Б. В., Эрих В. Н., Корсаков В. Г. Технический анализ нефтепродуктов и газа. –5-е изд., перераб. – Л.: Химия,1986.

7. Берковский Б. М. Магнитные жидкости. – М.: Химия, 1989.

8. Блум Э. Я., Цеберс А. О. Магнитные жидкости. – М.: Знание, 1989.

9. Гатчек Э. Вязкость жидкостей, пер. с анг., 2 изд. – М-Л, 1935.

10. Кулаков М. В. Технологические измерения и приборы для химических производств. – М.: Машиностроение, 1983.

11. Майфис И. М. Химия диэлектриков. – М.: Химия, 1970.

12. Фертман В. Е. Магнитные жидкости. Справочное пособие. – Минск.: Вышэйная школа, 1988.

13. Френкель Я. И. Кинетическая теория жидкостей, М-Л, 1945.

14. Фукс Г. Н. Вязкость и пластичность нефтепродуктов, М.,1956.

Приложение

2

1

n

3

8

4

7

5

6



рис.1. Вискозиметр фирмы “Crosfield”

4 1

7

8

N

3

U

S

5

2



6

рис.2. Ротационный магнитожидкостный вискозиметр.

N N 