УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ Российский патент 2001 года по МПК G01N11/00 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к пневматическим бесконтактным устройствам для измерения вязкости жидких сред. Устройство найдет применение в различных отраслях промышленности, в том числе в химической и лакокрасочной промышленности для определения качества проведения технологических процессов путем измерения вязкости жидких реакционных сред.

Известно устройство для измерения вязкости жидкости по ее колебаниям, содержащее сопло, располагаемое во время измерения над поверхностью исследуемой жидкости, задатчик, давления, манометр, чувствительный элемент, выполненный в виде микрофона, преобразователь, выполненный в виде усилителя, регистратор, выполненный в виде частотомера (А.с. N 492787 СССР, М. Кл. G 01 N 11/08. Способ измерения вязкости жидкости по ее колебаниям / М.М. Мордасов, Ю. С. Шаталов. Опубл. 25.11.75. Бюл. N 43). Аналог содержит следующие признаки, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: сопло, располагаемое во время измерения над поверхностью жидкости, чувствительный элемент, преобразователь и регистратор. Недостатком описанного устройства является относительно узкий диапазон измерения вязкости жидкости. Это обусловлено выполнением чувствительного элемента в виде микрофона.

Устройством, устраняющим указанный недостаток, является устройство для измерения вязкости, содержащее сопло, располагаемое во время измерений над поверхностью исследуемой жидкости, чувствительный элемент и преобразователь, к выходу которого подключен регистратор, два регулятора расхода, два клапана и блок управления (A.c. N 1260747 СССР, МКИ⁴ G 01 N 11/16. Устройство для измерения вязкости жидкости / М.М. Мордасов, В.И. Гализдра. Опубл. 30.09.86. Бюл. N 36). Устройство выбрано в качестве прототипа. Такие признаки прототипа, как наличие сопла, располагаемого во время измерения над поверхностью жидкости, чувствительный элемент, преобразователь, блок управления, регулятор расхода газа, клапан, регистратор совпадают с существенными признаками заявляемого устройства. Недостатком устройства является недостаточная точность измерения вязкости. Это объясняется тем фактом, что форма выходящей газовой струи из углубления в поверхности жидкости имеет вид пологого купола. Вследствие этого фиксация положения газовой струи происходит с невысокой точностью, что в свою очередь обуславливает недостаточную точность измерения вязкости.

Технической задачей является увеличение точности измерения вязкости исследуемых жидкостей, обладающих большой вязкостью.

Данная техническая задача решается тем, что дополнительно введен элемент сравнения, чувствительный элемент выполнен в виде трубки, расположенной перпендикулярно невозмущенной поверхности жидкости, ось трубки располагается в плоскости сопла, перегородка располагается по оси трубки перпендикулярно плоскости сопла и делит трубку на две равные части, каждая из которых соединена с соответствующим входом элемента сравнения, выход которого подключен к входу блока управления.

Повышение точности измерения вязкости жидкости обусловлено следующими факторами. В процессе измерения под действием газовой струи происходит перемещение слоя жидкости. Для получения численного значения искомой вязкости необходимо определять момент прохождения этого слоя жидкости заданного положения. Положение слоя жидкости фиксируется по положению газовой струи, выходящей из углубления в поверхности исследуемой жидкости. Эта газовая струя размыта. При взаимодействии этой струи со струей чувствительного элемента переключение происходит в некоторый неопределенный момент времени, лежащий в некотором интервале.

Выполнение чувствительного элемента в виде трубки и расположение трубки перпендикулярно невозмущенной поверхности жидкости позволяет большую часть газовой струи, выходящей из углубления в поверхности жидкости, направить к элементу сравнения.

В ходе измерения трубка должна находится над углублением. Тогда газовый поток, выходящий из углубления, попадает в трубку. Необходимое положение трубки обеспечивается в том случае, если ось трубки лежит в плоскости сопла.

Перегородка располагается по оси трубки перпендикулярно плоскости сопла и делит трубку на две равные части, каждая из которых соединена с соответствующим входом элемента сравнения. Именно такая конструкция чувствительного элемента позволяет разбить газовый поток, входящий в трубку, на два потока. Только в одном положении перемещающегося слоя жидкости эти газовые потоки будут равны между собой. Элемент сравнения формирует на своем выходе единичный сигнал в момент равенства этих двух газовых потоков.

Соединение выхода элемента сравнения со входом блока управления позволяет сформировать в блоке управления сигнал, который остановит отсчет интервала времени перемещения слоя жидкости до заданного положения.

Таким образом, увеличение точности измерения вязкости жидкости происходит за счет увеличения точности определения момента достижения перемещающегося слоя жидкости наперед заданного положения.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства. На фиг. 2 изображена характеристика изменения скорости по сечению газовой струи, выходящей из углубления. На фиг. 3 изображен эскиз одного из вариантов выполнения чувствительного элемента и элемента сравнения.

Устройство для измерения вязкости жидкости содержит сопло 1, чувствительный элемент, выполненный в виде трубки 2, расположенной перпендикулярно невозмущенной поверхности жидкости. Ось трубки располагается в плоскости сопла 1. Перегородка 3 располагается по оси трубки 2 перпендикулярно плоскости сопла 1 и делит трубку 2 на две равные части, каждая из которых соединена с соответствующим входом элемента сравнения 4. Вход блока управления 5 соединен с выходом элемента сравнения 4, а выход соединен с клапаном 6 и через преобразователь 7 с регистратором 8. Регулятор расхода газа 9 через клапан 6 соединен с соплом 1, которое находится в непосредственной близости от поверхности жидкости.

Устройство для измерения вязкости жидкости работает следующим образом. Газовая струя, выходящая из сопла 1, сдвигает слой жидкости. По времени достижения слоя заданного положения определяется вязкость жидкости. Положение слоя жидкости определяется по положению газовой струи, выходящей из углубления в поверхности жидкости.

Из углубления выходит газовая струя, в которой характеристика изменения скорости V по сечению газовой струи имеет симметричный вид, где S - расстояние от оси струи. Две равные части трубки 2 позволяют только в один момент времени вырезать из выходящей из углубления газовой струи два одинаковых потока. Равенство потоков определяет элемент сравнения 4.

Оператор регулятором расхода газа 9 задает требуемый расход газа. По команде оператора блок управления 5 вырабатывает сигнал P₅ = 1, который открывает нормально закрытый клапан 6 и через преобразователь 7 запускает регистратор 8 на измерение интервала времени. Под действием газовой струи, выходящей из сопла 1, сдвигается слой жидкости и начинается формирование углубления в поверхности жидкости. При подходе слоя жидкости к заданному положению большая часть выходящей из углубления газовой струи попадает в левую часть трубки 2, а в правую часть трубки 2 попадает меньшая часть струи. Элемент сравнения 4 сравнивает два газовых потока G₁ и G₂. При таком соотношении потоков G₁ и G₂ выходной сигнал P₄ элемента сравнения 4 равен нулю.

В процессе дальнейшего движения слоя жидкости наступает момент времени, в котором потоки G₁ и G₂ равны между собой. Поэтому элемент сравнения сформирует единичный выходной сигнал P₄=1, который сформирует на выходе блока управления 5 нулевой сигнал.

Сигнал P₅=0 остановит отсчет времени, производимый регистратором 8 и закроет клапан 6. По полученному численному значению интервала времени, зафиксированному регистратором 8, вычисляется искомая вязкость жидкости.

Чувствительный элемент формирует из газовой струи, выходящей из углубления в поверхности жидкости, два газовых потока. Несмотря на размытый контур этой газовой струи, конструкция чувствительного элемента обеспечивает равенство потоков только в одном положении перемещающегося слоя жидкости. Таким образом, устройство более точно определяет момент достижения перемещающегося слоя жидкости заданного положения. Поэтому увеличивается точность измерения вязкости жидкости.

Конструкция предлагаемого устройства обеспечивает многократное измерение вязкости одной и той же жидкости в автоматическом режиме. Это позволяет исключить случайную составляющую ошибки измерения. Для реализации автоматического многократного измерения блок управления 5 через заданный интервал времени, достаточный для восстановления поверхности жидкости в первоначальное состояние, вновь вырабатывает сигнал P₅=1. Цикл измерения повторяется вновь.

Изобретение найдет применение в различных отраслях промышленности, в том числе в химической и лакокрасочной промышленности для определения качества проведения технологических процессов путем измерения вязкости жидких реакционных сред. В устройство для измерения вязкости, содержащее сопло, располагаемое во время измерения над поверхностью жидкости, чувствительный элемент, преобразователь, блок управления, регулятор расхода газа, клапан, регистратор, дополнительно введен элемент сравнения. Чувствительный элемент выполнен в виде трубки, расположенной перпендикулярно невозмущенной поверхности жидкости. Ось трубки располагается в плоскости сопла, перегородка располагается по оси трубки перпендикулярно плоскости сопла и делит трубку на две равные части, каждая из которых соединена с соответствующим входом элемента сравнения, выход которого подключен к входу блока управления. Технический результат: увеличение точности измерения вязкости исследуемых жидкостей, обладающих большой вязкостью. 3 ил.

Устройство для измерения вязкости жидкости, содержащее сопло, располагаемое во время измерения над поверхностью жидкости, чувствительный элемент, преобразователь, блок управления, регулятор расхода газа, клапан, регистратор, отличающееся тем, что дополнительно содержит элемент сравнения, чувствительный элемент выполнен в виде трубки, расположенной перпендикулярно невозмущенной поверхности жидкости, ось трубки располагается в плоскости сопла, перегородка располагается по оси трубки перпендикулярно плоскости сопла и делит трубку на две равные части, каждая из которых соединена с соответствующим входом элемента сравнения, выход которого подключен к входу блока управления.