СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2017 года по МПК G01N11/08 

Изобретение предназначено для непрерывного измерения вязкости жидкости импульсным методом в различных технологических процессах, в частности в процессе контроля производства олифы, пентафталевых и глифталевых лаков и смол.

Вязкость является важнейшей качественной характеристикой жидких сред, так как она напрямую зависит от структуры вещества и показывает физико-химическое состояние материала и изменения, происходящие в технологии. Поэтому известно много способов, для измерения вязкости жидкости.

В лакокрасочной промышленности наиболее часто применяют периодический способ измерения вязкости, с помощью вискозиметра, который представляет собой коническую емкость объемом 100 мл, вершиной вниз, в нижней части емкости имеется калиброванное отверстие, через которое под действием силы тяжести истекает жидкость. Вязкость определяют в секундах, по времени истечения жидкости из емкости. Недостатком этого способа является то, что требуется длительное время для измерения, особенно при высокой вязкости жидкости. Кроме этого, необходимо все измерения проводить при определенной температуре, для достижения сопоставимости результатов.

Известно измерение вязкости жидкости способом падающих шариков, согласно которому о вязкости жидкости судят по равномерной скорости погружения в ней шарового зонда известного радиуса и с известной плотностью материала. Недостатком такого способа является то, что необходимо обеспечить условия ламинарного обтекания движущегося шарика исследуемой жидкостью.

Известен способ определения вязкости, заключающийся в том, что чувствительный элемент в виде шарика, соединенного перекинутой через блок гибкой нитью с противовесом, помещают в измеряемую вязкую среду и регистрируют перемещение шарика, шарик и противовес уравновешивают между собой в воздухе путем выполнения их одинаковой массы, шарик погружают в жидкость на определенную глубину и разгоняют вверх в измеряемой вязкой среде под действием силы Архимеда. Таким образом, у поверхности жидкости шарик будет обладать кинетической энергией, которая при дальнейшем движении шарика в воздухе расходуется на работу по преодолению силы трения в блоке до его полной остановки, в результате чего в воздухе шарик подпрыгивает на определенную высоту над поверхностью жидкости. После этого измеряют высоту подпрыгивания шарика над поверхностью жидкости, по величине которой судят о вязкости, используя для этого проградуированную в единицах вязкости шкалу перемещений противовеса при подъеме шарика над поверхностью жидкости (пат. РФ №2295718).

К недостаткам данного вискозиметра следует отнести низкую производительность, невозможность осуществления автоматического измерения вязкости, так как необходимо выполнять ряд операций вручную, а также производить перезаполнение его новой порцией исследуемой жидкости.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является изобретение, в котором для измерения вязкости жидкости используется капилляр, закрепленный в нижней части заборной емкости, содержащей поршень со штоком, два конечных выключателя, реверсивный электродвигатель постоянного тока, заборная емкость выполнена в виде цилиндра, дополнительно содержит подвижную платформу, прикрепленную к штоку поршня и посредством направляющих соединенную с неподвижной платформой, с закрепленными на ней датчиком усилия и шторкой, замыкающей контакты конечных выключателей, выполненных в виде герконов, при этом к неподвижной платформе прикреплен винт с пазом, удерживаемый от вращения с помощью втулок с направляющим шипом и связанный с реверсивным электродвигателем постоянного тока, управляемый блоком регулировки и стабилизации оборотов через гайку и систему зубчатых колес, при этом, гайка расположена между коническими подшипниками скольжения, а на одном из зубчатых колес установлена оптопара, соединенная так же, как и два конечных выключателя, датчик усилия с универсальным блоком управления и обработки информации, который содержит блок регулировки и стабилизации оборотов, электронное табло индикации вязкости и источник питания (пат. РФ №2370751, G01N 11/04), принятый нами за прототип.

Измеряемым параметром в данном изобретении является усилие, которое возникает при проталкивании исследуемой жидкости через капилляр.

Недостатками данного изобретения являются низкая производительность, сложность конструкции устройства для измерения вязкости, невозможность осуществления непрерывного автоматического измерения вязкости, так как необходимо производить очистку измерительного прибора и перезаполнение его новой порцией исследуемой жидкости.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании нового способа непрерывного измерения вязкости.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в отличие от прототипа в предложенном устройстве давление в измерительной камере создается импульсным методом, в течение короткого времени малыми порциями исследуемой жидкости. Устройство встроено в действующую технологическую линию и позволяет производить измерения непрерывным способом.

Техническая задача решается с помощью устройства для реализации способа непрерывного измерения вязкости жидкости импульсным методом, содержащего реактор, теплообменник, датчик температуры, насос-дозатор, измерительную камеру, в которую встроены: диафрагма с калиброванным отверстием, датчик давления и обратный клапан, блок управления и обработки информации, включающий в себя: блок управления частотно-регулируемым приводом насоса-дозатора, блок регулировки температуры в теплообменнике, блок преобразования оцифрованного сигнала от датчика давления и вычисления вязкости, электронное табло.

На фиг. 1 приведена схема устройства для реализации способа непрерывного измерения вязкости импульсным методом, где 1 - реактор, 2 - теплообменник, 3 - датчик температуры, 4 - блок управления и информации, 5 - насос-дозатор, 6 - измерительная камера, 7 - диафрагма, 8 - калиброванное отверстие, 9 - датчик давления, 10 - обратный клапан.

На фиг. 2 представлена функциональная схема электронной части устройства.

Устройство для реализации способа непрерывного измерения вязкости жидкости импульсным методом работает следующим образом: рабочая жидкость, находящаяся в реакторе 1 при повышенной температуре и давлении, близком к атмосферному, поступает из реактора 1 в теплообменник 2, где ее температура стабилизируется в заданных пределах, задаваемых блоком регулировки температуры в теплообменнике, входящим составной частью в блок управления и информации 4. Значение температуры контролируется датчиком 3. Далее рабочая жидкость поступает в насос-дозатор 5, который прокачивает ее через измерительную камеру 6 с частотой импульса, задаваемой блоком управления частотно-регулируемым приводом насоса-дозатора, входящим составной частью в блок управления и информации 4. В измерительной камере 6 установлена диафрагма 7 с калиброванным отверстием 8, от величины диаметра которого зависит величина давления импульса, датчик давления 9 и обратный клапан 10. Рабочая жидкость тормозится перед диафрагмой 7 с калиброванным отверстием 8, за счет чего создается избыточное давление, фиксирующееся датчиком давления 9, затем проходит через калиброванное отверстие 8 и возвращается в реактор 1. Сигнал от датчика давления 9 поступает в блок преобразования оцифрованного сигнала в величину, измеряемую в реальных единицах давления, входящий составной частью в блок управления и информации 4, затем производится вычисление вязкости исследуемой жидкости по полученным данным и вывод всей информации на электронное табло. Обратный клапан 10 препятствует вытеканию рабочей жидкости из измерительной камеры 6. Давление после диафрагмы 7 измерительной камеры 6 контролируется манометром 12.

Управление работой устройства для непрерывного измерения вязкости и обработка информации, полученной от измерительных элементов устройства - датчика давления 9, датчика температуры 3, осуществляется блоком управления и обработки информации 4, включающий в себя блок управления частотно-регулируемым приводом насоса-дозатора 5, который задает частоту пульсаций подачи рабочей жидкости и скважность пульсаций, блок регулировки температуры в теплообменнике 2, блок преобразования оцифрованного сигнала от датчика давления 9 в величину, измеряемую в реальных единицах давления, вычисление вязкости исследуемой жидкости по полученным данным и вывод всей поступающей информации на электронное табло 11: значения вязкости, температуры рабочей жидкости, частоты импульса, величина скважности. Питание блока управления и обработки информации 4 и установки осуществляется переменным током.

Устройство для непрерывного измерения вязкости жидкости импульсным методом необходимо настраивать для работы с конкретными жидкостями: необходимо опытным путем подбирать размеры измерительной камеры, диаметр калиброванного отверстия диафрагмы, количество жидкости, необходимой для создания импульса, частоту импульсов, продолжительность и скважность импульсов.

Достигаемый в результате применения способа измерения вязкости импульсным методом положительный эффект заключается в следующем:

1. Обеспечивается возможность измерения вязкости непрерывным способом непосредственно на технологической линии, что обеспечивает надежный контроль за ходом технологического процесса.

2. Для проведения измерений требуется отбор минимального количества исследуемой жидкости (меньше 1% объема реактора), что не вносит помех в работу технологической установки.

3. Установка достаточно проста по конструкции, удобна в эксплуатации, легко перенастраиваемая на различные типы жидкостей.

4. При эксплуатации установки температура исследуемой жидкости регулируется и доводится до оптимальной для данного типа жидкости, что позволяет измерять вязкость с высокой точностью и надежностью.

Таким образом, задача, поставленная перед изобретением, решена.

Изобретение предназначено для непрерывного измерения вязкости жидкости в различных технологических процессах, в частности в процессе контроля производства олифы, пентафталевых и глифталевых лаков. В предложенном способе измерения вязкости в измерительную камеру, в которую встроена диафрагма с калиброванным отверстием, насосом-дозатором малыми порциями подается исследуемая жидкость импульсным методом. Перед диафрагмой создается импульс давления, фиксируемый датчиком давления, сигнал от которого передается в блок управления и обработки информации, в котором происходит обработка и преобразование сигнала, вычисление вязкости и вывод информации на электронное табло. Устройство для реализации способа содержит реактор, теплообменник, датчик температуры, насос-дозатор, измерительную камеру, в которую встроена диафрагма с калиброванным отверстием, датчик давления, обратный клапан, блок управления и обработки информации, включающий в себя блок управления частотно-регулируемого привода насоса-дозатора, блок регулировки температуры в теплообменнике, блок преобразования оцифрованного сигнала от датчика давления и вычисления вязкости, электронное табло. Техническим результатом является обеспечение возможности непрерывного измерения вязкости жидкости, возможности измерения вязкости непрерывным способом непосредственно на технологической линии, минимальным количеством исследуемой жидкости, не внося помех в работу технологической установки, температура исследуемой жидкости доводится до оптимальной, а также повышение точности, обеспечивая надежный контроль за ходом технологического процесса. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ непрерывного измерения вязкости жидкости импульсным методом, включающий импульсную прокачку испытуемой среды через измерительную камеру, в которой установлена диафрагма с калиброванным отверстием, отличающийся тем, что производится измерение величины импульса давления рабочей среды перед диафрагмой и по величине импульса давления судят о вязкости жидкости.

2. Устройство по п. 1, включающее последовательно установленные реактор, теплообменник, поршневой насос-дозатор, измерительную камеру, отличающееся тем, что в измерительной камере установлена диафрагма с калиброванным отверстием и датчик давления, а управление устройства осуществляется блоком управления и обработки информации, включающим в себя блок управления частотно-регулируемым приводом насоса-дозатора, блок регулировки температуры в теплообменнике, блок преобразования сигнала от датчика давления и вычисления вязкости по полученным данным, электронное табло.