ВИСКОЗИМЕТР ДЛЯ ЖИДКИХ СРЕД Российский патент 1997 года по МПК G01N11/08 

Изобретение относится к технике измерения вязкости токсичных жидкостей, в частности к приборам, служащим для измерения вязкости жидкостей, находящихся под давлением, таких как маслохладоновые растворы и другие ядовитые жидкости. Прибор может быть использован в холодильной технике, а также в химической и нефтехимической промышленности.

Известен прибор для определения вязкости [1] жидкостей под давлением, принцип действия которого основан на определении вязкости по времени истечения определенного объема среды из калиброванного отверстия. При этом, вискозиметр заключен в герметичную камеру, снабжен устройством автоматического регулирования работы запорного органа и имеет устройство автоматического контроля процесса заполнения резервуара и истечения из калиброванного отверстия.

Однако, данное техническое решение имеет ряд существенных недостатков:
-поплавковый датчик системы регистрации скорости истечения жидкости имеет постоянное "замасливание" электроконтактов;
сложность процесса термостатирования и невозможность достижения равномерного теплового поля в резервуаре с жидкостью;
вискозиметр не автоматизирован.

Из известных приборов наиболее близким по технической сущности является вискозиметр [2]
Известен вискозиметр для жидких сред у которого имеется резервуар с калиброванным отверстием, помещенный в герметичную камеру с крышкой, снабженную сливным и входными патрубками, запорный орган калиброванного отверстия, связанный с сердечником электромагнитной катушки, поплавковую систему регистрации скорости истечения жидкости фиксированного объема, снабженную герметичной направляющей, выполненной совместно с крышкой камеры из немагнитного материала, индуктивными датчиками, установленными снаружи направляющей, а внутри направляющей расположена трубка с возможностью вращения и перемещения по вертикали, заключенная герметично в нижней своей части в полом шаре, снабженном лопатками на наружной поверхности, причем, дополнительно в крышке камеры горизонтально закреплен электродвигатель, на валу которого закреплены лепестки из упругого материала с возможностью прилегания к шару при его расположении в верхней части резервуара, а патрубки снабжены электромагнитными клапанами.

При поступлении маслохладонового раствора в резервуар поплавок с трубкой перемещается по герметичной направляющей, взаимодействуя с индуктивными датчиками. При достижении максимального уровня, по сигналу датчика, прекращается подача раствора и включается малогабаритный двигатель. При этом, гибкие лепестки разгибаются и вовлекают во вращательное движение поплавок, перемешивающий своими лопатками исследуемую жидкость в резервуаре. Затем электродвигатель отключается и подается питание на катушку, которая втягивает сердечник с запорным органом; калиброванное отверстие открывается и включается электронный секундомер, фиксирующий время истечения заданного объема жидкости. Вязкость жидкости определяется по времени истечения жидкости.

Однако, данной конструкции прибора присущи следующие недостатки:
по окончании проведения измерения вязкости маслохладоновый раствор сливается в окружающую среду из-за сложности возврата в емкость с раствором, находящуюся выше уровня вискозиметра. Это приводит к испарению хладона и к его отрицательному воздействию на атмосферу;
слив маслохладонового раствора в окружающую среду требует ограничения количества отбираемых проб до минимального значения. Вместе с тем, стандартная методика проведения испытаний, основанная на определении времени истечения жидкости фиксированного объема через калиброванное отверстие, требует четырехкратного повторения измерений с целью повышения точности.

Таким образом, требуется исключить контакт хладона с атмосферой и увеличить количество проб, поступающих в вискозиметр.

Для устранения указанных недостатков, повышения точности измерения и исключения загрязнения атмосферы предложена новая конструкция вискозиметра для жидких сред. Этот вискозиметр для жидких сред, существенные признаки которого имеются в выше описанной конструкции по а. с. N 1406465, снабжен тремя резервуарами с манометрами и клапанами, сливными и уравнительными патрубками, причем верхний резервуар имеет объем в четыре раза превышающий объем вискозиметра, причем сливной патрубок верхнего резервуара установлен выше максимального уровня жидкости в вискозиметре, нижний резервуар по объему равен верхнему, причем он расположен ниже сливного патрубка вискозиметра, средний резервуар наполнен газом и снабжен редукционным клапаном, при этом один из входных патрубков вискозиметра соединен посредством трубопровода соответственно с нижним резервуаром, а другой входной патрубок вискозиметра со сливным патрубком верхнего резервуара, сливной патрубок вискозиметра соединен посредством трубопровода с нижним резервуаром, последний при этом, снабжен нагревателем и перепускным патрубком. Подобное размещение верхнего цилиндрического резервуара позволяет в автоматическом режиме, периодически подавать пробы исследуемой жидкости в резервуар с калиброванным отверстием за счет действия сил гравитации, причем через уравнительный патрубок с электромагнитными клапанами выравнивается давление в вискозиметре и резервуаре, а через сливной патрубок, находящийся выше максимального уровня жидкости в вискозиметре, поступает в него жидкость. Объем резервуара выбран в четыре раза больше объема резервуара вискозиметра по причине четырехкратного повторения испытаний.

В среднем цилиндрическом резервуаре размещается гад под давлением (например хладон), который после поступления пробы в резервуар вискозиметра, перемещается через редукционный клапан по уравнительной линии внутрь прибора и поглощается исследуемой жидкостью при интенсивном перемешивании пробы поплавком с лопатками.

Нижний цилиндрический резервуар снабжен нагревателем, манометром, предохранительным клапаном, уравнительным, сливным и перепускным трубопроводом с электромагнитными клапанами. В данный резервуар поочередно, автоматически поступают пробы содержащие растворенный и диспергированный газ; причем газовая полость резервуара соединена посредством уравнительной линии с внутренней полостью вискозиметра.

Нагреватель предназначен для того, чтобы после окончания четырех измерений вязкости, поступившую жидкость нагреть с целью дегазации, т.е. полного удаления газа из жидкости. При этом, давление в нижнем цилиндрическом резервуаре увеличится и через перепускной патрубок дегазированная жидкость поступит в верхний горизонтальный резервуар за счет разности давлений. По мере охлаждения нижнего резервуара, давление газа будет понижаться и он может быть удален из резервуара специальным компрессором.

Таким образом, совокупность вискозиметра и цилиндрических резервуаров позволяет осуществить цикл движения исследуемой жидкости "верхний резервуар
вискозиметр нижний резервуар верхний резервуар" с процессами насыщения жидкости и ее дегазации. При этом, ни пробы исследуемой жидкости, ни газ не контактирует с окружающей средой, а в случае использования токсичных газов или жидкостей повышается безопасность проведения опытов. Кроме того, имеется возможность полной автоматизации прибора.

На чертеже изображен вискозиметр. Вискозиметр состоит из герметичной камеры 1, закрытой крышкой 2, с герметичной направляющей 3, выполненной из немагнитного металла, снаружи которой установлены индуктивные датчики 4 и электромагнитная катушка 5. Внутри направляющей расположены сердечник 6 с запорным органом 7. Между стержнем запорного органа и герметичной направляющей установлена стальная трубка 8, нижняя часть которой проходит через полый шар (поплавок) 9 и герметично соединена с ним. В нижней части поплавка имеются лопатки 10 для перемещения жидкости в резервуаре 11 с калиброванной сточной трубкой 12.

На корпусе закреплены входные патрубки 13 и 14 с электромагнитными клапанами (ЭМК) 15 и 16, а также сливной патрубок 17 с клапаном 18. В крышке зафиксирован малогабаритный электродвигатель 19 с гибкими лепестками 20 из упругого материала на валу.

Температура исследуемой жидкости 21 поддерживается нагревателем 22 и регулируется при помощи термосопротивления 23. Индуктивные датчики заключенные в корпус 24, а электромагнитная катушка в корпус 25.

В горизонтальном цилиндрическом верхнем резервуаре 26 содержится исследуемая жидкость 27. В верхней части резервуара установлен манометр 28, ЭМК 29 и клапан 30 для заполнения резервуара, а в его нижней части сливной патрубок 31 по которому проба жидкости поступает в вискозиметр.

Средний горизонтальный резервуар 32 содержит газ 33, например хладон, и снабжен редукционным клапаном 34, манометром 35 и ЭМК 36.

Нижний горизонтальный резервуар 37 предназначен для сбора исследованной жидкости и включает ЭМК 38, 39 на сливном и уравнительном патрубках, и манометр 40. С внешней стороны резервуара расположен электронагреватель 41 для нагревания проб.

В нижней части резервуара установлен перепускной патрубок 42 со сливным клапаном 43 и ЭМК 44. Газовые полости резервуаров связаны общим уравнительным трубопроводом 45. Клапан 46 расположен на входном патрубке 47, установленном на среднем резервуаре 32.

Вискозиметр работает следующим образом. Верхний горизонтальный резервуар 26 заполняется исследуемой жидкостью (минеральным маслом) 27 через клапан 30. Средний горизонтальный резервуар 32 заполняется хладоном 33 через клапан 46 и патрубок 47. Внутренний объем вискозиметра предварительно вакуумируется. Включается ЭМК 16 и масло за счет разности давлений начинает поступать в резервуар 11, сточная трубка с калиброванным отверстием 12 которого закрыта запорным органом 7. При поступлении масла в данный резервуар, поплавок 9 вместе с трубкой 8 начинает перемещаться по герметичной направляющей 3, взаимодействия с индуктивными датчиками 4, которые посылают сигналы об измерении уровня масла.

При достижении максимального уровня по сигналу датчика ЭМК 16 отключается, прекращая подачу жидкости. Одновременно с этим включаются ЭМК 15 и ЭМК 36. Из резервуара 32 через редукционный клапан 34 по уравнительному трубопроводу 45 начинает поступать хладон внутрь герметичной камеры вискозиметра 1. Начинается процесс насыщения масла хладоном. В это время включается малогабаритный электродвигатель 19. При увеличении частоты вращения вала (во время запуска двигателя) гибкие лепестки 20 из упругого материала под воздействием поля центробежных сил разгибаются и входят в контакт с поплавком, который начинает вращаться вокруг вертикальной оси, перемешивая лопатками 10 исследуемую жидкость 21 в резервуаре 11, интенсифицируя тем самым, процесс насыщения.

Электродвигатель 22 поддерживает необходимую для испытания температуру, получая сигнал от термосопротивления 13. При достижении равномерного температурного поля электродвигатель отключается; подача хладона прекращается. Производится подключение электромагнитной катушки 5, которая втягивает сердечник 6 с запорным органом 7. Открывается калиброванное отверстие сточной трубки 12. Одновременно с этим включается электронный секундомер, фиксирующий время истечения заданного объема жидкости. При этом индуктивные датчики 4 сообщают об изменении уровня жидкости в резервуаре 11.

По окончании истечения фиксированного объема маслохладонового раствора отсчет времени прекращается. Электромагнитная катушка 5 отключается с выдержкой времени, необходимого для слива остаточной жидкости из резервуара в корпус 1. Затем открываются ЭМК 18, ЭМК 38 и ЭМК 39. При включенном ЭМК 15 выравнивается давление в нижнем горизонтальном резервуаре 37, вискозиметре и маслохладоновый раствор начинает поступать по сливному патрубку 17 в резервуар 37. ЭМК 15, 18, 38, 39 закрываются.

Затем процесс подготовки пробы и измерения вязкости повторяется.

После четырех измерений весь маслохладоновый раствор собирается в резервуаре 37. Производится нагревание раствора в резервуаре 37 нагревателем 42 при закрытых ЭМК 38, 39, 44. При нагревании из маслохладонового раствора начинает выделяться хладон. Процесс выделения хладона можно контролировать по манометру 41. При достижении температуры полной дегазации, включается, ЭМК 49, 29 и очищенное масло за счет разности давлений поступает по перепускному патрубку 43 в верхний горизонтальный резервуар 26. Окончание перепуска масла контролируется манометрами 41, 28. ЭМК 44 и 29 отключаются. Очищенное масло готово для повторного проведения испытаний при других давлениях и температурах. При охлаждении резервуара 37 давление дегазационного хладона понижается и его можно удалить специальным компрессором через клапан 40.

По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение имеет следующие преимущества:
четырехкратное измерение вязкости повышает точность;
исследуемая жидкость может многократно использоваться для проведения измерений в отличие от прототипа из которого пробы отбираются из аппаратов, где находится маслохладоновый раствор;
исключается выпуск хладона в атмосферу, имеющий место в прототипе;
возможность полной автоматизации процесса измерения;
безопасность прибора.

Использование: для определения вязкости жидких сред. Сущность изобретения: вискозиметр содержит резервуар с калиброванным отверстием, помещенный в герметичную камеру с крышкой, снабженную сливным и входным патрубками, запорный орган калиброванного отверстия, связанный с сердечником электромагнитной катушки, поплавковую систему регистрации скорости истечения жидкости фиксированного объема, снабженную герметичной направляющей, выполненной совместно с крышкой камеры из немагнитного материала, индуктивными датчиками, индуктивными датчиками, установленными снаружи направляющей. Внутри направляющей расположена трубка с возможностью вращения и перемещения по вершинам, заключенная герметично в нижней своей части в полом шаре, снабженном лопатками на наружной поверхности. В крышке камеры горизонтально закреплен электродвигатель, на валу которого закреплены лепестки из упругого материала с возможностью прилегания к шару при его расположении в верхней части резервуара. Вискозиметр также содержит три резервуара с монометрами и клапанами, сливными и уравнительными патрубками. Верхний резервуар имеет объем в четыре раза превышающий объем резервуара вискозиметра. Сливной патрубок верхнего резервуара установлен выше максимального уровня жидкости в вискозиметре. Нижний резервуар по объему равен верхнему и расположен ниже сливного патрубка вискозиметра. Средний резервуар наполнен газом и снабжен редукционным клапаном. Посредством трубопровода и клапанов все резервуары соединены вода и клапанов все резервуары соединены между собой. 1 ил.

Вискозиметр для жидких сред, содержащий резервуар с калиброванным отверстием, помещенный в герметичную камеру с крышкой, снабженную сливным и входными патрубками, запорный орган калиброванного отверстия, связанный с сердечником электромагнитной катушки, поплавковую систему регистрации скорости истечения жидкости фиксированного объема, снабженную герметичной направляющей, выполненной совместно с крышкой камеры из немагнитного материала, индуктивными датчиками, установленными снаружи направляющей, а внутри направляющей расположена трубка с возможностью вращения и перемещения по вертикали, заключенная герметично в нижней своей части в полом шаре, снабженном лопатками на наружной поверхности, причем дополнительно в крышке камеры горизонтально закреплен электродвигатель, на валу которого закреплены лепестки из упругого материала с возможностью прилегания к шару при его расположении в верхней части резервуара, а патрубки снабжены электромагнитными клапанами, отличающийся тем, что вискозиметр снабжен тремя резервуарами с манометрами и клапанами, сливными и уравнительными патрубками, причем верхний резервуар имеет объем, в четыре раза превышающий объем резервуара вискозиметра, причем сливной патрубок верхнего резервуара установлен выше максимального уровня жидкости в вискозиметре, нижний резервуар по объему равен верхнему, причем он расположен ниже сливного патрубка вискозиметра, средний резервуар наполнен газом и снабжен редукционным клапаном, при этом один из патрубков вискозиметра соединен посредством трубопровода соответственно с нижним резервуаром, а другой входной патрубок вискозиметра со сливным патрубком верхнего резервуара, сливной патрубок вискозиметра соединен посредством трубопровода с нижним резервуаром, последний при этом снабжен нагревателем и перепускным патрубком.