УСТОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ Российский патент 2004 года по МПК G01N13/02 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к средствам контроля поверхностного натяжения жидких сред.

Известно устройство для определения поверхностного натяжения жидкостей (SU №1140008, кл. G 01 N 13/02, 1985), содержащее неуравновешенный пневматический мост, состоящий из двух дросселей и двух капилляров разного проходного сечения, к вершинам измерительной диагонали которого подключены пневмоэлектрические преобразователи, а выходы последних соединены с дифференциальным электронным усилителем, и регистрирующий прибор.

Измерение поверхностного натяжения этим устройством осуществляется при погружении капилляров в анализируемую жидкость по разности сигналов пневмоэлектрических преобразователей.

Недостатком такого устройства является большая погрешность, вызванная тем, что в этом устройстве отдельно измеряются полные значения давлений в вершинах измерительной диагонали моста, что вычисление разности этих близких по значению давлений (разность близких величин) дает высокую погрешность.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения поверхностного натяжения жидкостей (SU №603879, кл. G 01 N 13/02, 1978), содержащее проточную камеру, выполненную с возможностью частичного заполнения анализируемой жидкостью, источник питающего газа постоянного давления, пневматический неуравновешенный мост, состоящий из тройника, к которому подключены входы двух дросселей и выход линии питающего газа, и два калиброванных капилляра различного проходного сечения и одинаковой длины, подключенные к выходам дросселей и размещенные вертикально в проточной камере, дифференциальный манометр, подключенный к измерительной диагонали неуравновешенного моста, и регистрирующий прибор, подключенный к выходу дифференциального манометра.

Недостатками указанного устройства являются сложность конструкции, вызванная необходимостью синхронизации режимов образования пузырьков на выходе капилляров, и большая погрешность измерения.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение устройства и повышение точности определения поверхностного натяжения жидкостей.

Технический результат - создание простого по конструкции и более точного устройства для автоматического определения поверхностного натяжения жидкостей.

Технический результат достигается тем, что устройство для определения поверхностного натяжения жидкостей, содержащее проточную камеру, выполненную с возможностью частичного заполнения анализируемой жидкостью, источник питающего газа постоянного давления, пневматический неуравновешенный мост, состоящий из тройника, к которому подключены входы двух дросселей и выход линии питающего газа, и два калиброванных капилляра различного проходного сечения и одинаковой длины, подключенные к выходам дросселей и размещенные вертикально в проточной камере, дифференциальный манометр, подключенный к измерительной диагонали неуравновешенного моста, и регистрирующий прибор, подключенный к выходу дифференциального манометра, дополнительно содержит пневмоемкость, переменный дроссель, генератор прямоугольных импульсов давления и трехмембранное пневмореле с фиксированным начальным положением, содержащее замыкающий и размыкающий контакты и камеру управления, при этом выход источника питающего газа постоянного давления подключен к замыкающему пневматическому контакту пневмореле, размыкающий контакт последнего соединен с атмосферой, причем камера управления пневмореле подключена к выходу генератора прямоугольных импульсов давления, а выход пневмореле подключен ко входу переменного дросселя, выход которого соединен с пневмоемкостью и входом линии питающего газа.

Такая конструкция обеспечивает простоту реализации и высокую точность измерения параметра за счет использования циклического режима работы устройства, создаваемого с помощью пневматического генератора прямоугольных импульсов давления, трехмембранного реле и использования метода развертывающего измерительного преобразования, реализуемого с помощью пневматической емкости и дросселя.

По сравнению с прототипом заявляемая конструкция устройства имеет отличительную особенность в совокупности элементов, их конструктивном исполнении и взаимном расположении.

Схема устройства для определения поверхностного натяжения жидкостей изображена на фиг. 1.

На фиг. 2 показаны формы сигналов отдельных элементов устройства.

Устройство для определения поверхностного натяжения жидкостей содержит проточную камеру 1, выполненную с возможностью частичного заполнения анализируемой жидкостью, источник 2 питающего газа постоянного давления, пневматический неуравновешенный мост 3, состоящий из тройника 4, к которому подключены входы 5, 6 соответственно дросселей 7, 8 и выход 9 линии 10 питающего газа, и два калиброванных капилляра одинаковой длины, один с меньшим проходным сечением 11 и второй с большим проходным сечением 12, подключенные к выходам 13, 14 соответственно дросселей 7, 8 и размещенные вертикально в проточной камере 1. Устройство также содержит дифференциальный манометр 15, подключенный к измерительной диагонали неуравновешенного моста 3, и регистрирующий прибор 16, подключенный к выходу дифференциального манометра 15, пневмоемкость 17, переменный дроссель 18, генератор 19 прямоугольных импульсов давления и трехмембранное пневмореле 20 с фиксированным начальным положением, содержащее замыкающий контакт 21 и размыкающий контакт 22 и камеру управления 23, при этом выход источника 2 питающего газа постоянного давления подключен к замыкающему пневматическому контакту 21 пневмореле 20, размыкающий контакт 22 последнего соединен с атмосферой, причем камера управления 23 пневмореле 20 подключена к выходу генератора прямоугольных импульсов давления 19, а выход пневмореле 20 подключен ко входу переменного дросселя 18, выход которого соединен с пневмоемкостью 20 и входом линии питающего газа 10. Проточная камера 1 снабжена штуцером 24 для подачи анализируемой жидкости и переливной трубкой 25 для отвода последней и стабилизации уровня в проточной камере 1.

Работа устройства для определения поверхностного натяжения жидкостей осуществляется следующим образом.

В проточную камеру 1 через штуцер 24 непрерывно подается анализируемая жидкость, которая покидает ее через переливную трубку 25.

Последовательность работы устройства определяется командами генератора 19.

В момент времени t₁, когда на выходе генератора появляется прямоугольный импульс давления, под действием этого импульса подвижный блок реле 20 перемещается вверх, при этом размыкается контакт 22 и замыкается контакт 21 (фиг. 1).

Давление Рст от источника 2 поступает через замкнутый контакт 21 на вход дросселя 18. Этот дроссель и пневмоемкость 17 образуют пневматическое инерционное звено первого порядка [Ибрагимов И.А. и др. Элементы и системы пневмоавтоматики, М.: Высшая школа, 1984, с.66-68], при подаче на вход которого постоянного давления от источника 2 в емкости 17 давление нарастает по экспоненциальному закону (см. фиг. 2б).

Далее через тройник 9 газ поступает к входам 5, 6 соответственно дросселей 7 и 8, а затем в калиброванные капилляры 11 (с меньшим проходным сечением) и 12 (с большим проходным сечением). Дифференциальный манометр 15, подключенный к измерительной диагонали ab пневматического неуравновешенного моста 3, непрерывно измеряет разбаланс пневматического неуравновешенного моста 3. Выходной сигнал дифференциального манометра 15 подается на пневматический регистрирующий вторичный прибор 16.

В момент, когда давление P₁ газа в капилляре 12 станет равным гидростатическому давлению, возникнет барботаж газа через открытый конец капилляра 12. Давление P₁ описывается выражением:

где р - плотность анализируемой жидкости;

g - ускорение свободного падения;

h - глубина погружения капилляров.

Это давление поступает в минусовую камеру дифференциального манометра. При равных сопротивлениях дросселей 7 и 8 давления в точках а и b равны, поэтому выходной сигнал дифференциального манометра равен 0. Начиная с этого момента времени t_н (см. фиг. 2в) давление в точке b остается постоянным, в то время как давление в точке а продолжается увеличиваться, так как газ не барботирует из капилляра 11 за счет наличия поверхностного натяжения жидкости. Давление в точке а и во внутренней полости капилляра 11 будет нарастать до тех пор (момент времени t_м на фиг. 2в), пока не произойдет проскок пузырька газа из открытого конца капилляра 11. После этого давление в точке а резко будет падать до нулевого значения, так как из открытого конца капилляра 11 продолжается барботаж пузырьков газа. Максимальное давление Р₂, которое поступает в плюсовую камеру дифференциального манометра, описывается выражением

где σ - поверхностное натяжение анализируемой жидкости;

r - внутренний радиус калиброванного капилляра 11.

Разность давлений между точками а и b определяется из выражений (1) и (2) следующим образом:

где К=2/r - постоянный коэффициент.

Как видно из выражения (3), это давление служит мерой поверхностного натяжения анализируемой жидкости. Р_мах измеряется дифференциальным манометром 15 и регистрируется на диаграмме пневматического регистрирующего вторичного прибора 16.

Длительность прямоугольного импульса Т_и выбрана так, чтобы при всех значениях поверхностного натяжения падение давления в капилляре 11 происходило раньше момента времени t₂ (см. фиг. 2).

Интервал времени Т_и принимается 20-30 с, а весь период колебаний давления на выходе генератора, которым определяется время цикла работы Т_ц устройства, составляет 60-70 с.

В последующих циклах работы устройства все описанные выше операции повторяются.

Преимуществами данного устройства являются:

- простота конструкции;

- возможность полной автоматизации;

- пожаробезопасность;

- высокая точность.

Устройство может быть реализовано на базе стандартных элементов универсальной системы элементов промышленной пневмоавтоматики, дифференциальных манометров и вторичных приборов.

Устройство может найти применение для контроля качества жидких сред в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей отраслях промышленности.

Использование: в контрольно-измерительной технике, а именно в средствах контроля поверхностного натяжения жидких сред. Сущность: устройство содержит проточную камеру, источник питающего газа постоянного давления, пневматический неуравновешенный мост, состоящий из тройника, к которому подключены входы двух дросселей и выход линии питающего газа, и два калиброванных капилляра различного проходного сечения и одинаковой длины, подключенные к выходам дросселей и размещенные вертикально в проточной камере, дифференциальный манометр, подключенный к измерительной диагонали неуравновешенного моста, и регистрирующий прибор, подключенный к выходу дифференциального манометра. Устройство дополнительно содержит пневмоемкость, переменный дроссель, генератор прямоугольных импульсов давления и трехмембранное пневмореле с фиксированным начальным положением, содержащее замыкающий и размыкающий пневматические контакты и камеру управления. При этом выход источника питающего газа постоянного давления подключен к замыкающему пневматическому контакту пневмореле, размыкающий контакт последнего соединен с атмосферой, причем камера управления пневмореле подключена к выходу генератора прямоугольных импульсов давления, а выход пневмореле подключен к входу переменного дросселя, выход которого соединен с пневмоемкостью и входом линии питающего газа. Технический результат изобретения заключается в создании простого по конструкции и более точного устройства для автоматического определения поверхностного натяжения жидкостей. 2 ил.

Устройство для определения поверхностного натяжения жидкостей, содержащее проточную камеру, выполненную с возможностью частичного заполнения анализируемой жидкостью, источник питающего газа постоянного давления, пневматический неуравновешенный мост, состоящий из тройника, к которому подключены входы двух дросселей и выход линии питающего газа, и два калиброванных капилляра различного проходного сечения и одинаковой длины, подключенные к выходам дросселей и размещенные вертикально в проточной камере, дифференциальный манометр, подключенный к измерительной диагонали неуравновешенного моста, и регистрирующий прибор, подключенный к выходу дифференциального манометра, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено пневмоемкостью, переменным дросселем, генератором прямоугольных импульсов давления и трехмембранным пневмореле с фиксированным начальным положением, содержащим замыкающий и размыкающий пневматические контакты и камеру управления, при этом выход источника питающего газа постоянного давления подключен к замыкающему пневматическому контакту пневмореле, размыкающий контакт последнего соединен с атмосферой, причем камера управления пневмореле подключена к выходу генератора прямоугольных импульсов давления, а выход пневмореле подключен к входу переменного дросселя, выход которого соединен с пневмоемкостью и входом линии питающего газа.