Патент на изобретение №2323430

(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЖИДКОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

(57) Реферат:

Способ контроля и устройство для его реализации применяются в различных отраслях промышленности для определения качества проведения технологических процессов путем измерения физико-химических свойств продукции, например, в лакокрасочной промышленности, при производстве синтетических смол и др. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение точности способа контроля. Способ включает воздействие струи газа, вытекающей из сопла с постоянной скоростью, формирование углубления на поверхности жидкости, прекращение воздействия струи газа, восстановление поверхности жидкости, измерение параметров углубления емкостными методами, по которым судят о плотности и поверхностном натяжении. Дополнительно измеряют скорость изменения емкости преобразователя в совокупности с емкостью преобразователя, соответствующей невозмущенной поверхности жидкости, как при формировании углубления, так и при восстановлении поверхности жидкости, по которой судят о вязкости. Устройство содержит сопло над поверхностью жидкости, источник расхода газа в виде пневматической емкости переменного объема, измеритель размеров углубления в виде двухобкладочного одностороннего емкостного преобразователя, измеритель емкости, блок управления, вычислительный блок, запоминающий блок, дифференцирующий блок, регистратор. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к бесконтактным аэрогидродинамическим способам и устройствам автоматического контроля физико-химических свойств жидкости (вязкости, плотности, поверхностного натяжения), и может найти применение как в лабораторной, так и производственной практике.

Такие признаки прототипа, как воздействие струи газа, вытекающей из сопла с постоянной скоростью, формирование углубления на поверхности жидкости, прекращение воздействия струи газа, восстановление поверхности жидкости, измерение параметров углубления емкостными методами, по которым судят о плотности и поверхностном натяжении, совпадают с существенными признаками заявляемого способа.

Недостатком способа, принятого за прототип, являются ограниченные функциональные возможности, вследствие отсутствия контроля вязкости.

Устройство, принятое за прототип, обладает ограниченными функциональными возможностями, вследствие невозможности контроля вязкости жидкости.

Технической задачей является расширение функциональных возможностей и повышение точности за счет обеспечения совокупного измерения вязкости, плотности и поверхностного натяжения контролируемой жидкости.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе на поверхность жидкости воздействуют струей газа, вытекающей из сопла с постоянной скоростью, прекращают воздействие газовой струи, измеряют параметры углубления и скорость изменения параметров углубления емкостными методами, о величинах поверхностного натяжения и плотности судят по значениям емкости преобразователя, полученным во время образования углубления, о величине вязкости судят по значениям скорости изменения емкости преобразователя в совокупности с емкостью преобразователя, соответствующей невозмущенной поверхности жидкости, как во время образования углубления, так и во время восстановления поверхности жидкости, а в устройство дополнительно включены блок управления, вычислительный блок, запоминающий блок, дифференцирующий блок, при этом вход дифференцирующего блока и первый вход запоминающего блока соединены с выходом измерителя емкости, вход которого соединен с измерителем размеров углубления, выход дифференцирующего блока подключен к первому входу блока управления, два выхода блока управления подключены ко второму входу запоминающего блока и к первому входу вычислительного блока, первый выход которого подключен к второму входу блока управления и к первому входу регистратора, а второй – к второму входу регистратора, выходы блока управления подключены к входам исполнительного механизма, выход запоминающего блока соединен со вторым входом вычислительного блока.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

Устройство контроля физико-химических свойств жидкости содержит расположенный над поверхностью контролируемой жидкости 1 емкостный преобразователь 2, в центре которого установлено сопло 3, подключенное к пневматической емкости переменного объема, выполненной в виде сильфона 4. Деформацию сильфона 4 осуществляет исполнительный механизм 5. Выходящая из сопла 3 струя газа формирует на поверхности жидкости 1 углубление 6. Емкостной преобразователь 2 подключен к измерителю емкости 7, выход которого соединен с входом 8 запоминающего блока 9, и входу дифференцирующего блока 10. Выход дифференцирующего блока 10 соединен с входом 11 блока управления 12. Выходы 13 и 14 блока управления 12 подключены, соответственно, к входам 15 и 16 исполнительного механизма 5. Выход 17 блока управления 12 подключен к входу 18 запоминающего блока 9 и входу 19 вычислительного блока 20. Вход 21 вычислительного блока 20 подключен к выходу запоминающего блока 9. Выход 22 вычислительного блока 20 подключен к входу 23 блока управления 12 и входу 24 регистратора 25, вход 27 которого соединен с выходом 26 вычислительного блока 20.

Устройство контроля физико-химических свойств жидкости работает следующим образом. Преобразователь 2 размещают на заданном расстоянии h от поверхности контролируемой жидкости 1. Пуск измерительного устройства осуществляют подачей на его вход электрического питания. В начальный момент времени исполнительный механизм 5 не осуществляет деформацию сильфона 4 и поверхность жидкости не подвержена силовому воздействию струи воздуха. Величина емкости С₀ преобразователя 2 остается неизменной. Выходной сигнал U₇ измерителя емкости 7, пропорциональный емкости С₀ преобразователя 2, поступает на вход дифференцирующего блока 10. В зависимости от величины скорости изменения входного сигнала U₇ и порога срабатывания формирующего элемента дифференцирующего блока 10 на его выходе устанавливается сигнал

Таким образом, при значении емкости С преобразователя 2, равном C₀=const, на выходе дифференцирующего блока 10 устанавливается сигнал U₁₀=1. Значение С₀ определяется диэлектрической проницаемостью 8 контролируемой жидкости, зависящей, в свою очередь, от плотности .

Блок управления 12 под действием поступившего на вход 11 сигнала U₁₀=1 формирует сигналы U₁₃=1, U₁₄=0, U₁₇=1 на выходах 13, 14, 17, соответственно.

При наличии на входе 18 сигнала U₁₇=1 запоминающий блок 9 через равные интервалы времени записывает поступающие на вход 8 значения сигнала U₇ с выхода измерителя емкости 7, пропорциональные емкости С преобразователя 2.

Под действием сигналов U₁₃=1, U₁₄=0, поступивших, соответственно, на входы 15 и 16 исполнительного механизма 5, происходит сжатие сильфона 4 с постоянной скоростью w_дс. На выходе сопла 3 формируется струя воздуха. Скорость воздуха в струе равна

где D – диаметр сильфона; d – диаметр сопла.

На поверхности жидкости 1 под действием струи воздуха образуется углубление 6. Емкость преобразователя 2 изменяется вследствие вытеснения струей воздуха жидкости из области действия электрического поля. После достижения статического режима взаимодействия струи воздуха с поверхностью жидкости, при котором , на выходе дифференцирующего блока 10 установится сигнал U₁₀=1, под действием которого на выходе блока управления 12 формируются сигналы U₁₃=0, U₁₄=1, U₁₇=1.

Под действием сигналов U₁₃=0, U₁₄=1 исполнительный механизм 5 осуществляет растяжение сильфона 4. Струя воздуха на выходе сопла 3 отсутствует, происходит восстановление поверхности жидкости 1. После восстановления поверхности жидкости на выходе дифференцирующего блока 10 установится сигнал U₁₀=1, блок управления 12 сформирует сигналы U₁₃=0, U₁₄=0, U₁₇=0.

Исполнительный механизм 5 останавливается под действием сигналов U₁₃=0, U₁₄=0. При поступлении на вход 18 запоминающего блока 9 сигнала U₁₇=0 запись значений сигнала U₇ прекращается. Таким образом, в запоминающем блоке 9 хранится зависимость C(t) емкости преобразователя 2 от времени в интервале от момента начала сжатия сильфона до момента окончания восстановления поверхности.

Под действием поступившего на вход 19 сигнала U₁₇=0 вычислительный блок 20 на основании данных, поступающих на вход 21 с выхода запоминающего блока 9, производит расчет физико-химических свойств жидкости. По окончании работы вычислительный блок 20 сформирует на выходе 22 сигнал U₂₂=1. Под действием поступившего на вход 24 сигнала U₂₂=1 регистратор 25 обновит показания поступившими на вход 27 с выхода 26 вычислительного блока 20 вычисленными значениями физико-химических свойств жидкости 1.

Поступившим на вход 23 сигналом U₂₂=1 блок управления формирует сигналы U₁₃=1, U₁₄=0, U₁₇=1, и цикл измерения повторится.

Определение физико-химических свойств жидкости производят по записанным через равные промежутки времени в запоминающий блок 9 значениям пропорционального емкости С преобразователя 2 сигнала U₇, полученным за время одного возвратно-поступательного движения сильфона 4.

По измеренным значениям емкости С судят о физико-химических свойствах жидкости, при этом:

– по значению С₀ емкости преобразователя 2, соответствующему невозмущенной поверхности жидкости 1, определяют плотность ;

– по значению C₁ емкости преобразователя 2, соответствующему максимальной высоте углубления 6, в совокупности со значением С_о определяют поверхностное натяжение ;

– по значению C(t) скорости изменения емкости преобразователя 2 в совокупности со значением С_о определяют вязкости .

Физико-химические свойства контролируемой жидкости определяются по измеренным значениям емкости преобразователя, причем

Таким образом, предлагаемый способ контроля физико-химических свойств жидкости и устройство, его реализующее, обеспечивают получение в результате одного измерительного цикла информации о значениях поверхностного натяжения, плотности и вязкости.

Конструкция предлагаемого устройства позволяет осуществить многократное измерение физико-химических свойств жидкости в автоматическом режиме. Это дает возможность уменьшить случайную составляющую ошибки измерения. Диапазон измерения и чувствительность устройства может изменяться, например, изменением скорости сжатия сильфона w_дс.

Формула изобретения

1. Способ измерения физико-химических свойств жидкости, включающий воздействие струи газа, вытекающей из сопла с постоянной скоростью, формирование углубления на поверхности жидкости, прекращение воздействия струи газа, восстановление поверхности жидкости, измерение параметров углубления емкостными методами, по которым судят о плотности и поверхностном натяжении, отличающийся тем, что дополнительно измеряют скорость изменения емкости преобразователя в совокупности с емкостью преобразователя, соответствующей невозмущенной поверхности жидкости, как при формировании углубления, так и при восстановлении поверхности жидкости, по которой судят о вязкости.

2. Устройство для контроля физико-химических свойств жидкости по способу п.1, содержащее сопло, расположенное над поверхностью жидкости и соединенное с источником расхода газа, выполненным в виде пневматической емкости переменного объема, соединенной с механизмом изменения ее объема, измеритель размеров углубления, выполненный в виде двухобкладочного одностороннего емкостного преобразователя, в центре торца которого установлено сопло, измеритель емкости, регистратор, отличающееся тем, что в устройство дополнительно включены блок управления, вычислительный блок, запоминающий блок, дифференцирующий блок, при этом вход дифференцирующего блока и первый вход запоминающего блока соединены с выходом измерителя емкости, вход которого соединен с измерителем размеров углубления, выход дифференцирующего блока подключен к первому входу блока управления, два выхода блока управления подключены ко второму входу запоминающего блока и к первому входу вычислительного блока, первый выход которого подключен к второму входу блока управления и к первому входу регистратора, а второй – к второму входу регистратора, выходы блока управления подключены к входам исполнительного механизма, выход запоминающего блока соединен со вторым входом вычислительного блока.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 20.06.2008

Извещение опубликовано: 20.06.2010 БИ: 17/2010