Фотоэлектрическое устройство для измерения вязкости жидкости Советский патент 1983 года по МПК G01N11/06 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано для измерения кинематической вязкости жидкости с помощью капиллярного вискозиметра. Известно фотоэлектрическое устройство для измерения вязкости, в котором для измерения времени истечения калиброванного объема жидкости используются два фотопри-емника, формирующих сигналы запуска и остановки измерителя временных интервалов. Для локализации места срабатывания фотоприемников вблизи рисок fca поверхности вискозиметра наносят ся два экрана со щелевыми диафрагоМами fl J. Недостатками устройства являются неудобство его практического использования из-за необходимости нанесени экранов со щелевыми диафрагмами на поверхность вискозиметра, а также ни кая точность измерения. Наиболее близким к. изобретению по технической сущности является фотоэлектрическое устройство для.измерения вязкости, содержащее размещенный ,в термостате капиллярный вискозиметр, снабженный двумя рисками, ог раничивающими объем вытекающей жидкости, осветитель, выполненный в виде источника света и световодов, два фотоэлектрических регистратора, выполненных .в -виде совокупности щелевых диафрагм световодов и фотоприемников, два формирователя импуль сов, подключенные к выходам фотоприемников, и измеритель временных интервалов, входы которого связаны с выходами формирователей С2 J. Недостатком устройства является малая точность измерения времени истечения жидкости. Это обусловлено различием чувствительностей фотоприемников, различием их освещенное- тей в моменты регистрации и вестабильностью порогов срабатывания формирователей , а также неточностью визуального наведения щелей на риск Каким образом, суммарная погрешность измерения времени истечения может достигать 0,1%, что существен но больше остальных погрешностей образцовых вискозиметров. Цель изобретения - повышение точ ности измерения кинематической вязкости . Цель достигается тем, что в фото электрическом устройстве для измефения кинематической вязкости жидкости, содержащем капиллярный виско зиметр с двумя рисками для ограниче Мня объема, осветитель, фотоэлектри ческие регистраторы моментов достижения мениском исследуемой жидкости рисок и измеритель временных интервалов, каждый из регистраторов выполнен в виде светоделителя и двух фотоприемников поля зрения которых симметри чно расположены относительно рисок,в устройство введены коммутатор, два В1 читающих устройства, удвоитель напряжения, пороговый элемент, нуль-орган, логическая схема И, триггер и схема управления коммутатором, при этом выходы фотоприемников через коммутатор попарно подключены к входам первого вычитак«цего устройства, выход которого соединен с входами порогового устройства и удвоителя напряжения, входы второго вычитающего устройства подключены к выходу -удвоителя напряжения и через коммутатор к фотоприемнику, поле зрения которого расположено выше риски, ограничивающей уровень истечения выход второго вычитающего устройства через нуль-орган связан с одним из входов логической схемл И, к второму входу которой подключен выход порогового устройства, а выход логической схемы И подключен к измерителю , временных интервалов и триггеру, выход которого соединен со схемой управляю11№1х коммутаторов. На фиг. 1 показано предлагаемое устройство; на фиг. 2 - конструкция светоделителя. Устройство содержит помещенный в термостат 1 капиллярный вискозиметр 2с двумя рисками 3 и 4, осветитель, выполненный в виде источника 5 света и световодов 6 , два фотоэлектрических регистратора, выполненные в виде совокупности светоделителей 7 и 8- и пар фотоцриемников 9, 10 и 11, 12, поля зрения которых расположены си.мметрично выше и ниже рисок 3и 4, коммутатор 13, входы .которого (вх. 1, вх. 2, вх. 3 и вх. 4 Jподключены к выходам фотоприемников 9-12, первое вычитающее устройство 14,входы которого соединены с пер- . вым ,(вых. 1) и вторым выходом (вых.2 коммутатора 13, пороговый элемент 15,удвоит1ель 16 напряжения, входы которых соединены с выходом первого вычитающего устройства 14, второе вычитающее устройство 17, первый вход которого подключен к третьему выходу {вых. 3) коммутатора 13, а второй вход соединен с выходом удвоителя 16 напряжения, нуль-орган 18, вход которого подключен к выходу второго вычитающего устройства 17, логическую схему И 19 два входа которой соединены соответственно с выходами нуль-органа 18 и порогового устройства 15, триггер 20, счетный вход которого соединен с выходом логической схемы И 19, схему управления коммутатором 21, вход которой подключен к выходу триггера 20, и измеритель 22 временных интервалов.

вход которого соединен с выходом логической схемы И 19.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии вискозиметр

2не заполнен исследуемой жидкостью, ключи коммутатора 13 находятся .в, положении 1, фотоприемники 9-12 находятся вне зоны меток 3 и 4 и через светоделители 7 и 8 воспринимают световой поток источника 5 света. Светоделители 7 и 8 выполнены так, что поля зрения пар фотоприемников 9, 10 и 11, 12 имеют общую горизонтальную границу раздела и ограничены в вертикальном направлении размером диафрагмы. Это может быть достигнуто например, с помощью двух склеенных призм, общая поверхность ДА которых образует границу раздела полей зрения верхнего 9 и нижнего 10 фотоприемников. Ограничение полей зрения достигается за,,счет конечного размера ширины торцевых ттоверхностей склеиваемых призм. Возможны и другие варианты выполнения светоделителей, например, с помощью светоделительных пластин, кубиков и т.д. с ограничением полей зрения фотоприемников щелевыми диафрагмами.

По йулевому значению разностного сигнала фотоприемников 9 и 10 рнимаемому с выхода первого вычитающего устройства 14, выходное сигналы этих фотоприемников выравниваются. Вычитающее устройство 14 может быть построено с использованием ключа, коммутирующего выходы фотоприемников 9 и 10 поочередно на общую нагрузку, что одновременно позволяет обеспечить модуляцию разностного электрического сигнала.

Затем светоделитель 7 и фотоприемники 9 и 10 смещаются в направлении риски 3 и по нулевому сигналу на выходе первого вычитакзщего устройства 14 производится точное совмещение границы раздела АА полей зрения фотоприемников 9 и 10 с риской 3. При наведении на риску

3светоделитель 7, фотоприемники

9, и 10 и вычитающее устройство 14 выполняют функцию фотоэлектрического микроскопа. После этого ключи коммутатора 13 переключаются в положение П и производится аналогичным образом выравнивание сигналов фото приемников 11 и 12 и наведение све.тоделителя 8 и связанных с ним фо-топриемников 11 и 12 на риску 4 вискозиметра.,

После Проведенных операций ключи коммутатора 13 переключаются в положение 1, вискозиметр 2 заполняется жидкостью и начинается процесс вы- : пускания жидкости. По мере опускания мениска начинает изменяться сна-. чала выходной сигнал верхнего фотоприемника 9, а затем и выходной сигнал Ujj нижнего фотоприемника 10. При этом вычитающее устройство 14 определяет разность сигналов U 2 которая удваивается удвоителем 16

0 напряжения. С,помощью второго вычитающего устройства 17 из удвоенной разности вычитается сигнал фотоприемника 9, поле зрения которого расположено выше риски 3. Тем самым

5 определяется разность 2(d. при равенстве которой нулю происходит срабатывание нуль-органа 18. Одновременно при разности величин больше величины порогового напряжения порогового устройства 15, оно

0 формирует напряжение, подаваемое на вход логической схемы И 19, разрешающее срабатывание этоП схемы.

Срабатывание нуль-органа 18 при

наличии разрешающего, напряжения приводит к срабатыванию логической схемы И 19 и запуску измерителя временных интервалов. Одновременно меняется состояние триггера 20, который через схему управления коммутатором

0 21 переключает ключи коммутатора 13 в положение И. Вследствие этого первый вход и второй, вход вычитающего устройства 14 и первый вход второго вычитающего устройства 17 подклю

5 чаются к выходам фбтоприемников 11 и 12, расположенных у нижней риски 4. В .цальн1ейшем, при прохождении мениска жидкости через поля зрения этих фотоприемников устройства 14-19

0 формируют аналогичный сигнал, который осуществляет остановку измерителя 22 временных интервалов 22, пе,реключение триггера 20 в исходное состояние и через схему управления

5 переключение ключей коммутатора 13. в исходное положение 1.

Преимуществом устройства являет.ся т.о, что момент срабатывания нуль0 органа 18 не зависит от прозрачности жидкости, прозрачности остаточной пленки жидкости или изменения светового потока осветителя. Кроме того, обеспечено постоянство фиксируемого

С объема вытекающей жидкости за .счет обеспечения-.постоянства положения момента гграбатывания относительно рисок вискозиметра, что более чем на порядок повышает точность измерения времени измерения истечения жидкости

0

из капиллярного вискозиметра.

I/

4/i V 8 E ZO € ftSLflx Ш r-

гг

Фиг,

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ, содержащее капиллярный вискозиметр с двумя рисками для ограничения объе- ма, осветитель, фотоэлектрические : . регистраторы моментов,, дбстижения мениском исследуемой жидкости рисок и измеритель временных интервалов, о л и ч а ю щ е ее я тем, что, с целью повьиения точности, каждый из регистраторов выполнен в виде светоделителя и двух фотоприемников, поля зрения .которих симметрич.но расположёны относительно рисок, в устройство введены коммутатор, два вычитающих устройства, удвоитель напряжения, пороговый элемент, нульорган, логическая схема И, триггер и схема управления коммутатором, при этом выходы фотоприемников через коммутатор попарно подключены к входам первого вычитающего устройства, выход которого соединен с входами порогового устройства и удвоителя напряжения, входы второго вычитающего „устройства подключены к выходу удвоителя напряжения и через коммутатор к Фотоприемнику, поле зрени.я которого расположено выше риски, огра.ничивающей уровень истечения, выход (П второго вычитающего устройства.через нуль-орган связан с одним из входов логической схемы И, к второму входу которой подключен выход порогового устройства, а выход логической схемы И подключен к измерителю временных интервалов и триггеру, выход КОо ТОРОГО соединен со схемой управления 4 коммутатором. :о --1 00