Прибор для измерения плотности и вязкости жидких сред Советский патент 1983 года по МПК G01N9/00 

Изобретение относится к исследо ваниям физико-химических свойств и может быть использовано в тех видах научного и технического эксперимента, где требуется определение значений плотности и вязкости жидкостей, например в химической, пищевой,нефтеперерабатывающей промышленности. Известен датчик, включающий электрический преобразователь, генератор переменных электрических сигналов и индикаторное устройство и предназначенный для определения таких параметров текучей среды, ка вязкость, плотность и скорость рас пространения звука в этой среде. Электрический преобразователь, кон цы которого являются входными концами датчика;обеспечивает преобразование видов энергии, для чего первые поверхности приводятся в колебательное движение в направлениях/ в которых эти поверхности редают текучей среде энергию в аида поперечных волн, вторые поверхности приводятся в колебательное движение в направлениях, при которых осуществляется передача текучей среде энергии в виде продольных волн. Это преобразование энерг происходит между входными концами датчика и электрическими концами, являющимися выходными, и вызывает преобразование напряжения между выходными концами. Выходной сигнал напряжения обеспечивает индикацию преобразования энергии. Генератор подает переменные электрические сигналы на входные концы и индикаторное устройство, воспринимающее и отображаюгцее выходной сигнал Г . Недостаток устройства - невысока чувствительность, обусловленная вза мозависимостью выходных сигналов. К ме того, точность прибора ограничив ется возможностями преобразования видов энергии электрического преобр зователя. Наиболее близким-к предложенному по KOHCTpyKTHBHoiviy выполнению и дос тигаемому результату является прибо для измерения плотности и вязкости жидких сред, содержащий колебательный зонд - полую спираль, жестко за крепленную по концам, соединенную последовательно с трубопроводом, системы возбуходения и съема колебаний.. Конструкция поз-воляет непрерыв но измерять вязкость и плотность жи ких сред„ Действие устройства основано на том, что в колебательном зонде возбуждаются колебания. Собственная ча тота колебаний зонда, снимаемая измерителем декремента затухания, пре ставляющим систему съема коле-баний, определяет, вязкость и плотность жидкости 2 .t Однако для известного устройства характерны недостаточная чувствительность измерений, обусловленная взаимозависимостью выходных сигналов, характеризующих вязкость и плотность жидкости и невозможностью их разделения и невысокая точность вследствие возникающих завихрений и гидравлических потерь в узле сочленения трубки, подводящей жидкость, с колебательным .зондом, что уменьшае.т абсолютные значения выходных сигналов и, кроме того, делает их зависимыми от дестабилизации расхода среды. - Упругая спираль приварена к подводящему жидкость трубопроводу под прямым углом. Подобное соединение образует местное сопротивление, и поток жидкости, проходящей через нее, изменяет скорость и направление движения, что является причиной влияния расхода среды на выходные сигналы прибора. Кроме того, образуются завихрения, срыв вихрей, а коэффици ент потерь в данном случае -на порядок выше, по сравнению с поворотом с закруглением так как сваренные под прямым углом концы спирали имеют малые (начальный и конечный) радиусы закругления, коэффициент потерь еще более возрастет. Целью изобретения является повышение чувствительности и точности измерений индивидуальным формированием и регистрацией сигналов, характеризующих плотность и вязкость жидкости, увеличением абсолютных значений выходных сигналов, а также исключением влияния На последние расходы среды. Эта цель достигается тем, что в приборе для Измерения плотности и вязкости жидких сред, содержащем колебательный зонд - полую спираль, жестко закрепленную по концам, соединенную последовательно с трубопроводом, системы возбуждения и съема колебаний, трубопровод расположен тангенциально к граничным виткам спирали, а системы возбуждения и съема колебаний, установленные в средней части спирали, ориентированы одна относительно другой к оси спирали. Кроме того, система съема колебаний выполнена в виде измерителя резонансной частоты и измерителя амплитуды тангенциальных колебаний. На чертеже.представлена схема предлагаемого прибора. Прибор состоит из колебательного зонда - полой спирали 1, кронштейна 2, станины 3, осевого стержня 4, электромагнитных преобразователей 5 и 6, генератора 7 колебаний с регулируемой частотой, измерительного блока 8 регистрирующих приборов 9 и 10 и кронштейна 11. Датчиком является колебательный зонд в виде полой спирали 1 из упругого материала с.высокой степенью обработки внутренней поверхности. Последовательное соединение. колебательного зонда с трубопроводом, подводящим жидкость, выполнено тангенциально к граничным виткам спира ли, что необходимо для устранения завихрения и гидравлических потерь за счет местных сопротивлений, способствуя увеличению абсолютных значений выходных сигналов и делая пос ледние независимыми от дестабилизации расхода среды. Граничные витки спирали жестко, закреплены на кронштейне 11, которы сварен оо станиной 3. Электромагнитные преобразователи 5 и 6 устанавливают на осевом стержне 4 резьбовьлм соединением, по воляющим осуществлять настройку чувствительности прибора. Преобразователи 5 и 6 представляют собой ферритовые магнитопроводы, ориентированные своей продольной плоскость один параллельно, а другой тангенциально оси спирали, причем подвижная часть преобразователей 5 и 6 (постоянные магниты1 располагается в зазорах магнитопроводов и закрепляется на витках полой спирали 1. В качестве преобразователей могут быть также использованы пьезометрические преобразователи. Измерение прибором основано на возбуждении в датчике колебаний, резонансная частота и амплитуда которых зависят соответственно от плотности и вязкости жидкости. Контролируемая жидкость непрерыв но протекает .через полую спираль 1 С помощью генератора 7 колебаний в последней возбуждаются продольные и тангенциальные колебания, причем для этого генератор так ориентируют относительно винтовой спирали 1, что его вектор колебаний расположен в касательной к точке приложения вектора плоскости, параллельной оси спирали. Измерение плотности жидкости осу ществляется следующим образом. Полая спираль 1 совместно с протекающей через iiee жидкостью образу подвижную систему полая спираль жидкость. Колебания системы возбуждаются генератором 7 со стабильной поддающейся регулировке частотой. При изменении плотности контролируемой жидкости изменяется общая масса подвижной системы, в результате изменяется резонансная частота колебаний последней - мера плотности жидкости, которая через преобразователь 5 и измерительный блок 8 фиксируется регистрирующим прибором 9. Измерение вязкости жидкости прибора основано на зависимости амплитуды тангенциальных колебаний полой спирали 1 от вязкости контролируемой жидкости. Амплитуда тангенциальных колебаний спирали, возбуждаемая ..генератором 7 колебаний, прямо пропорциональна градиенту скорости напряжению силы трения относительного перемещения слоев жидкости, определяемого вязкостью последней. При изменении вязкости жидкости изменяется градиент относительного перемещения слоев -жидкости, обус-. ловленный трением последней и твердой стенки, что в конечном итоге приводит к изменению амплитуды тангенциальных колебаний витков спирали. Последняя как мера вязкости жидкости через преобразователь 6 и из мерительный блок 8 фиксируется регистрирующим прибором 10. Максимальная чувствительность прибора достигается экспериментешьно подбором конкретных витков полой спирали, относительно которых ориентируют соответствующие преобразователи 5 и 6. Применение предложенного прибора позволяет повысить чувствительность измерений за счет раздельного формирования и регистрации сигналов, характеризующих плотность и вязкость жидкости, а также исключения их взаимозависимости. Кроме того, прибор позволяет повысить точность измерений за счет предложенного расположения трубопровода к граничным виткам спирали (устраняются завихрения и гидравлические потери от местных сопротивлений, уменьшающие абсолютные значения выходных сигналов, делающие последние зависимыми от расхода среды). Прибор прост по конструкции, возможно использование серийных элементов в системах возбуждения и съема колебаний зонда. Прибор может применяться в химической, пищевой, нефтеперерабатывающей отраслях, где необходим непрерывный контроль физико-химической свойств агрессивных и токопроводящих жидкостей.

1.ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ И ВЯЗКОСТИ ЖИДКИХ СРЕД-, содержащий колебательный зонд - палую спираль, жестко закрепленную по кокцам, соединенную последовательно с трубопроводом-,, системы возбуждения и съема колебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений, трубопровод расположен тангенциально к граничным виткам спирали, a системы возбуждения и съема колебаний, установленные в средней части спирали, ориентирЬ-i ваны одна относительно другой к оси спирали. 2. Прибор по П.1, отличающий- с я тем, что система съема колебаний выполнена в виде измериS теля резонансной частоты и измери- , теля.амплитуды тангенциальных коле(Л баний.