Патент на изобретение №2373516
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ДАТЧИК ВЯЗКОСТИ
(57) Реферат:
Изобретение относится к технике измерения вязкости, а более конкретно – к устройству вибрационных датчиков погружного типа, предназначенных для использования в исследовательских лабораториях, в медицине, для контроля технологических жидкостей. Датчик вязкости содержит электрически управляемый вибратор, схему управления вибратором, присоединенный подвес и пробное тело на его конце, при этом датчик дополнительно содержит еще один такой же вибратор со схемой управления и присоединенным подвесом, но без пробного тела, и схему вычитания, к двум входам которой присоединены аналоговые выходы схем управления вибраторами, а выход соединен с регистрирующим устройством. Технический результат – увеличение достоверности результатов измерений и расширение возможностей использования вибрационного метода измерений. 4 ил.
Изобретение относится к технике измерения вязкости, а более конкретно – к устройству вибрационных датчиков погружного типа, предназначенных для использования в исследовательских лабораториях, в медицине, для контроля технологических жидкостей. Рассматриваемый тип датчиков состоит, как правило, из собственно вибратора, пробного тела и стержневого подвеса. Последний соединяет вибратор с пробным телом и передает ему механическое движение. В процессе измерения электрически управляемый вибратор находится на воздухе, а колеблющееся пробное тело на конце достаточно длинного подвеса погружают в контролируемую среду. Измеряют действующую со стороны жидкости тормозящую силу. Трение между колеблющимся телом и окружающей средой (торможение) описывается формулой Zт=F/ где Zт – механическое сопротивление трения жидкости о тело; F – сила, вызывающая движение;
С – коэффициент пропорциональности. Реально, кроме сопротивления трения пробного тела присутствуют также Z0 – сопротивление, обусловленное внутренним трением измерительной установки; Zп – механическое сопротивления трения жидкости о соприкасающиеся с ней элементы подвеса. Общее наблюдаемое сопротивление Z=Zт+Zп+Z0=Zж+Z0. В электромеханическом классе устройств вызывающая движение сила и скорость движения пропорциональны соответствующим электрическим сигналам UF и U Z=BUF/U UF0 и U При стабильном значении U U=U0+К где К – коэффициент пропорциональности, U0=UF0 и зависит от заданной амплитуды движения. Эксперименты проводят при одинаковом положении зонда в ячейке. При этом измерения, связанные с изменением объема пробы в сосуде, например, в результате добавления реагентов, осложняются из-за присутствия в полном сопротивлении зависящего от глубины погружения фрагмента Zп. Известны вибрационные вискозиметры, например вискозиметр А.Б.Каплуна, содержащий в качестве датчика электромеханический вибратор и имеющий пробное тело в виде закрепленной на жестком стержне пластины [Соловьев А.Н., Каплун А.Б. Вибрационный метод измерения вязкости жидкостей. – Новосибирск: Наука, 1970. – 142 с.]. Недостатком этой конструкции является то, что в процессе измерения происходит движение в жидкости не только пробного тела, но и некоторой части стержня – подвеса, величина которой зависит от глубины погружения. Это приводит к зависимости выходного сигнала датчика от глубины погружения пробного тела. Таким образом, для каждой глубины требуется отдельная калибровка. При измерениях погружается в жидкость не только пробное тело, но и некоторая часть стержня. Ее трение о жидкость приводит к зависимости выходного сигнала датчика от глубины погружения. Таким образом, следует проводить измерения при одинаковом положении пробного тела в контролируемые жидкости, или проводить специальную калибровку для каждой глубины. Задачей изобретения является создание датчика, для которого результат измерения не зависит от глубины погружения пробного тела в жидкость. Техническим результатом является устранение влияния глубины погружения на выходной сигнал вибрационного датчика и, таким образом, увеличение достоверности результатов измерений и расширение возможностей использования вибрационного метода измерения. Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемый датчик вязкости содержит два одинаковых вибратора с присоединенными одинаковыми стержнями. На конце одного из стержней закреплено пробное тело. На конце другого стержня пробное тело отсутствует. Полное сопротивление такого составного датчика состоит из двух фрагментов Zж1=Z01+Zп1+Zт, Zж2=Z02+Zп2, где Z01 – внутреннее сопротивление первого вибратора, Zп1 – сопротивление, обусловленное влиянием стержня – подвеса пробного тела первого вибратора, Zт – сопротивление, обусловленное пробным телом, Z02 – внутреннее сопротивление второго вибратора, Zп2 – сопротивление, обусловленное влиянием стержня – подвеса второго вибратора. Zп1=Zп2=Zп. Предлагаемый датчик изображен на фиг.1. Схема электрических соединений приведена на фиг.2. Каждый вибратор (2) подключен к собственной схеме управления – автогенератору (4). Схемы обеспечивают колебания на частоте резонанса с постоянной, не зависящей от механической нагрузки амплитудой. Аналоговые выходные сигналы U1 и U2 рассматриваемых схем (4) пропорциональны текущим значениям механического сопротивления соответствующих вибраторов. Поэтому приведенные выше выражения для сопротивлений Z можно переписать для соответствующих электрических напряжений U1=U01+Uп1+Uт, U2=U02+Uп2. Указанные напряжения поступают на устройство сравнения – схему вычитания (5). При этом ее выходное напряжение будет U12=(U01-U02)+(Uп1-Uп2)+Uт. Величина U012=(U01-U02) измеряется на воздухе, является в эксперименте постоянной и отражает разную величину внутреннего трения используемых камертонов. Значения напряжений Uп1 и Uп2 зависят от глубины погружения. Uп1=K1h, Uп2=K2h, где K1, K2 – коэффициенты пропорциональности; h – глубина погружения пробного тела. При соответствующей настройке указанных схем K1=К2, и разностный сигнал U12 не зависит от глубины погружения. Пример конкретного выполнения. Схема датчика вязкости изображена на фиг.1. Два одинаковых латунных вибратора – камертона (2) с частотой резонанса Измерения проводят следующим образом. Находят U120 при колебании зонда на воздухе. Находят U12k при колебаниях зонда в калибровочной жидкости с известными значениями
На фиг.3 приведен график зависимости выходного сигнала датчика U12ж от глубины погружения составного зонда в циклогексанол. На фиг.4 приведен график зависимости Определенная по графику чувствительность составляет Таким образом, предлагаемый датчик вязкости позволяет проводить измерения при различной глубине погружения пробного тела в контролируемую жидкость.
Формула изобретения
Датчик вязкости, содержащий электрически управляемый вибратор, схему управления вибратором, присоединенный подвес и пробное тело на его конце, отличающийся тем, что он дополнительно содержит еще один такой же вибратор со схемой управления и присоединенным подвесом, но без пробного тела, и схему вычитания, к двум входам которой присоединены аналоговые выходы схем управления вибраторами, а выход соединен с регистрирующим устройством.
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
‘=С
,
– плотность жидкости;
– вязкость жидкости;
0
400 Гц закреплены в держателе (1) концами ножек навстречу друг другу таким образом, что их колебания ориентированы перпендикулярно горизонту. К нижней ножке вибратора (2лев) присоединен стержень (3) из нержавеющей стали диаметром 1,5 мм. На конце стержня находится пробное тело в виде шара диметром 6 мм. К нижней ножке вибратора (2прав) аналогичным образом присоединен такой же стержень (3). Пробное тело на его конце отсутствует. На фиг.2 приведена функциональная схема соединения фрагментов устройства. Каждый из вибраторов (2) подключен к собственной схеме управления – автогенератору (4). Выходные сигналы схем (4), U1, U2 поступают на входы схемы вычитания (5). Разностный сигнал U12 регистрируется с помощью персонального компьютера.
. Далее определяют U12ж при колебании зонда в исследуемой жидкости. Находят искомое значение 
– 
, полученный путем погружения составного зонда на глубину 10 мм в октан (1), декан (2), диэтилфталат (3) и в циклогексанол (4).
.
