УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ И ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ Российский патент 2001 года по МПК G01N11/00 G01N13/02 

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике, в частности к аэрогидродинамическим устройствам для определения вязкости и поверхностного натяжения жидкостей, и может найти применение в различных отраслях промышленности при контроле состава и свойств жидкостей.

Известно устройство (А.С. СССР N 1807334. Устройство для измерения поверхностного натяжения жидкостей. Мордасов М.М., Дмитриев Д.А. БИ N 13, 1993 г. ) для измерения поверхностного натяжения жидкостей барботажного типа, содержащее сосуд для контролируемой среды в виде объемного резонатора, в верхней части которого размещена металлическая сетка, а в нижней - барботажная труба, измерительная схема и исполнительный механизм. По отрывному объему пузырька судят о поверхностном натяжении.

Недостатком устройства является низкая точность при измерении поверхностного натяжения высоковязких жидкостей.

Известно устройство для измерения вязкости (А.С. СССР N 1062567. Устройство для измерения вязкости. Мордасов М.М., Дмитриев Д.А., Гализдра В.И. БИ N 47, 1983 г.), содержащее струйную трубку, измеритель частоты автоколебаний, цилиндрический объемный резонатор с анализируемой жидкостью.

Недостатком устройства является недостаточные функциональные возможности.

За прототип принято устройство для определения поверхностного натяжения жидкостей (А.С. СССР N 1712834 Мордасов М.М., Дмитриев Д.А. БИ N 6, 1992 г. ), содержащее измерительную емкость с соплом, мерную бюретку, расходомер, редуктор, микрофон и акустический струйный излучатель, расположенный между соплом и дном измерительной емкости.

Данное устройство позволяет производить измерения поверхностного натяжения высоковязких жидкостей.

Недостатками такого устройства являются недостаточные функциональные возможности, невысокая точность измерений вследствие влияния акустических шумов и субъективный отсчет значения поверхностного натяжения по уровню жидкости в мерной бюретке, что затрудняет процесс автоматизации.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение точности определения поверхностного натяжения и вязкости жидкостей.

Сущность изобретения состоит в том, что в известном устройстве, содержащем измерительную емкость с соплом, устройство ввода-вывода жидкости, источник постоянного расхода газа, измерительная емкость выполнена в виде цилиндрического объемного резонатора, в нижней части которого находится исследуемая жидкость, а у верхней торцевой стенки - размещают компенсационный объем СВЧ-феррита, при этом СВЧ-феррит находится в постоянном поле подмагничивания, создаваемого током соленоида, дополнительно введены приемная петля колебания E₀₁₀, выход которой через амплитудный детектор и аналого-цифровой преобразователь связан с входом микропроцессора, цифроаналоговый преобразователь и генератор СВЧ, при этом первый выход микропроцессора через цифроаналоговый преобразователь подключен к входу управляемого источника тока, нагруженного на соленоид, второй выход микропроцессора соединен с устройством ввода-вывода жидкости, а третий - с источником постоянного расхода газа, сопло, соединенное с выходом генератора СВЧ, совмещает в себе функцию также возбуждения колебания E₀₁₀ цилиндрического объемного резонатора.

На фиг. 1 представлена схема устройства для определения вязкости η_ж и поверхностного натяжения жидкостей σ_ж, на фиг. 2 - огибающая дискретных отчетов тока соленоида.

Устройство (см. фиг. 1) состоит из цилиндрического объемного резонатора (ЦОР) 1, в нижней части которого находится исследуемая жидкость 2, компенсационного объема СВЧ-феррита 3, торроидального соленоида 4, приемной петли 5, амплитудного детектора (АД) 6, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 7, микропроцессора 8, цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 9, управляемого источника тока 10 (УИТ), генератора (ГСВЧ) 11, устройства ввода-вывода жидкости 12, источника постоянного расхода газа 13, металлического сопла (акустический генератор) 14, совмещающее в себе функцию также возбуждения колебания E₀₁₀.

Устройство работает следующим образом. По мере заполнения нижней полости ЦОР анализируемой жидкостью частота настройки колебания E₀₁₀ уменьшается. УИТ 10, управляемый через ЦАП 9 кодом микропроцессора 8, вырабатывает ток пилообразной формы, в момент резонанса сигнал приемной петли максимальный. Через АД 6, АЦП 7 микропроцессор 8 фиксирует код тока, соответствующий резонансу (см. фиг. 2). Следовательно, реализуется поисковая ФАПЧ. Если уровень жидкости не равен критическому, то в жидкости существует газовый устойчивый канал - значения тока, соответствующие резонансу растут плавно. Когда возникают автоколебания жидкости при t > t_кр, и h > h_кр и I > I_кр, огибающая дискретных отчетов тока имеет вид синусоиды с постоянным уровнем (фиг. 2). Отфильтровать отдельно переменную и постоянную составляющие возможно с помощью организации 2-х цифровых фильтров: ФНЧ и ФВЧ, реализованных алгоритмически в микропроцессоре 8. При появлении сигнала на ФВЧ - впуск жидкости прекращается, постоянный уровень тока I_кр пропорционален уровню жидкости h_кр, и, следовательно, ее поверхностному натяжению. Измеренная частота автоколебаний жидкости (частота огибающей на выходе цифрового ФВЧ) зависит от вязкости жидкости. Эта частота лежит в пределах от долей Гц до десятков Гц.

Микропроцессор 8 индицирует начало автоколебаний, как только величина ΔI/T_разв станет больше порогового значения в ОЗУ, характерно для плавного изменения I(h); рассчитывает по величине I_кр = h_кр величину σ_ж. Далее при достижении уровня h > h_кр, величины, обеспечивающей нужную глубину модуляции тока M_I для измерения периода автоколебаний T_a(F_a) - искомую вязкость η_ж. После этого подается команда на выпуск жидкости и цикл повторяется. Должно выполняться условие:
T_a >> T_разв >> T_ГСВЧ,
где T - периоды автоколебаний жидкости (секунды и доли секунды), развертки УИТ (милли- или микросекунды), колебаний ГСВЧ (доли наносекунд).

Точки на графике развертки тока (фиг. 2) соответствуют значению тока намагничивания при равенстве f_рез ^возм E₀₁₀ (поля деформированного наличием жидкости уровня h и осцилляцией газового канала) и частоты f_г. Индикация резонанса происходит по максимуму выходного сигнала ОР (выше порога срабатывания в ОЗУ микропроцессора 8). В микропроцессоре 8 производится фиксация тока точки, запоминание и операции с его величиной, совмещенные с управлением УИТ 10.

Таким образом, предлагаемое устройство обладает расширенными функциональными возможностями за счет определения вязкости без потери в точности, обладает более высокой точностью определения поверхностного натяжения за счет устранения влияния производственных и внешних акустических наводок на микрофон, а также субъективного отчета поверхностного натяжения, что также расширяет функциональные возможности предлагаемого устройства.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аэрогидродинамическим устройствам для определения вязкости и поверхностного натяжения жидкостей, и может найти применение при контроле состава и свойств жидкостей. В известном устройстве, содержащем измерительную емкость с соплом, измерительная емкость выполнена в виде цилиндрического объемного резонатора, в нижней части которого находится исследуемая жидкость, а у верхней торцевой стенки - компенсационный объем СВЧ-феррита, при этом СВЧ-феррит находится в постоянном поле подмагничивания, создаваемого током соленоида, дополнительно введена приемная петля колебания E₀₁₀. Сопло совмещает в себе функцию возбуждения колебания Е₀₁₀ цилиндрического объемного резонатора. Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства и повышение точности определения поверхностного натяжения жидкостей. 2 ил.

Устройство для определения поверхностного натяжения и вязкости жидкостей, содержащее измерительную емкость с соплом, устройство ввода-вывода жидкости, источник постоянного расхода газа, отличающееся тем, что измерительная емкость выполнена в виде цилиндрического объемного резонатора, в нижней части которого находится исследуемая жидкость, а у верхней торцевой стенки - компенсационный объем СВЧ-феррита, при этом СВЧ-феррит находится в постоянном поле подмагничивания, создаваемого током соленоида, дополнительно введены приемная петля колебания E₀₁₀, выход которой через амплитудный детектор и аналого-цифровой преобразователь связан с входом микропроцессора, цифроаналоговый преобразователь и генератор СВЧ, при этом первый выход микропроцессора через цифроаналоговый преобразователь подключен к входу управляемого источника тока, нагруженного на соленоид, второй выход микропроцессора соединен с устройством ввода-вывода жидкости, а третий - с источником постоянного расхода газа, сопло, соединенное с выходом генератора СВЧ, совмещает в себе функцию также возбуждения колебания E₀₁₀ цилиндрического объемного резонатора.