Устройство для измерения вязкости Советский патент 1984 года по МПК G01N11/16 

Изобретение относится к технике измерений вязкости и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промьпцленно ТИ.

, По основному авт. св. № 960583 известно устройство для измерения вязкости, содержащее датчик вязкости последовательно соединенный с электронным блоком и выходным усилителем, термокомпенсатор, включающий термометр сопротивления, соединенный с преобразователем сопротивление-напртяжение, и функциональный преобразователь термокомпенсатора, содержащий двухвходовый интегратор-сумматор, два триггера и два компаратора, генератор пилообразного напряжения, раз- рядную RC-цепь и генератор тактовых импульсов СО

Недостатком такого устройства является снижение точности при приведении результатов измерения вязкости в большом диапазоне температур из-за изменения внутренней энергии и объема измеряемой среды.

Целью изобретения является повышение точности измерений в большом диапазоне приведения температур.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения вязкости, содержащем датчик вязкости, последовательно соединенный с электронным блоком и выходным усилителем, термокомпенсатор, включающий термометр сопротивления, соединенньм с преобразователем сопротивление-напряжение, и функциональный преобразователь термокомпенсатора, содержащий двухвходовой интегратор-сумматор, два триггера и два компаратора, генератор пилообразного напряжения, разрядную R С-цепь и генератор тактовых импульсов, выход преобразователя сопротивление-напряжение соединен с суммирующим входом генератора пилообразного напряжения через резистор.

На чертеже представлена схема описываемого устройства.

Устройство содержит датчик вязкоеТИ 1, электронный блок 2 и тёрмокомпенсатор 3, включающий термометр сопротивления 4, преобразователь Сопротивление-напряжение 5, генератор пилообразного напряжения 6, компараторы 7 и 8, генератор тактовых импульсов 9, триггеры 10 и 11, двухвходовый интегратор-сумматор 12, разрядную цепь 13, выходной усилитель 14 и резистор 15.

Устройство работает следующим образом.

На выходе электронного блока 2 вырабатывается напряжение пропорциональное вязкости жидкости, в которую помещен датчик вязкости 1. Это напряжение подается на вход выходного усилителя 14 термокомпенсатора 3. Коэффициент передачи усилителя 14 управляется выходным напряжением интегратора-сумматора 12, функционально зависящим от температуры жидкости измеряемой термометром сопротивления 4. Выходное напряжение преобразователя сопротивление-напряжение 5 подается на вход компаратора 7 и одновременно на один из входов генератора пилообразного напряжения 6 через резистор 15. Генератор пилообразного напряжения 6 включает в себя интегратор с зарядной цепью R1, С1 (не показана), импульс генератора тактовых импульсов 9 опрокидывает триггеры 10 и 11 в исходное состояние. Выходным напряжением триггера 10 открывается ключ генератора пилообразного напряжения 6, начинается заряд емкости С1 зарядной цепи интегратора. Заряд емкости С1 продолжается до тех пор, пока напряжение на выходе генератора пилообразного напряжения 6 и напряжение, пропорциональное темпел ратур.е среды в точке измерения, поступающее с преобразователя сопротивление-напряжение 5 на второй вход компаратора 7, не сравняются. После этого импульс с компаратора 7 опрокидывает триггер 10 и замыкает ключ генератора пилообразного напряжения 6, при этом генератор пилообразного .напряжения 6 возвращается в исходное состояние. Скорость заряда конденсатора С 1 зарядной цепи интегратора зависит от температуры контролируемой среды, так как выход преобразователя сопротивление-напряжение 5 через резистор 15 соединен с входом генератора пилообразного напряжения 6.

Таким образом, длительность импульса с выхода триггера 10прямо пропорциональна температуре контролируемой среды в точке измерения.

Напряжение на выходе генератора пилообразного напряжения 6 определяется выражением: 3. 1103 iit, Ue-R- JHonUi-p Jusdi, 0) t, t, где D - выходное напряжение генера- 5 тора пилообразного напряжения, bg - выходное напряжение преобразователя сопротивлениенапряжение,10 R1,C1- зарядная цепь генератора опорноенапряжение, tjitj- пределы интегрирования, R3 - резистор 15.15 Проинтегрировав выражение (1) по времени t при постоянных Uoq и Us получаем ( Црп 5 UKI R3CA/ ь. - 2 длительность им пульса на выход ГПН. Для установившегося режима в момент времени t 2 справедливо равенство (t О - начало отсчета): Подставляя равенство (3) в выражение (2), можно найти длительность импуль са ГПН, - Ц . l)) k -VjUg ,.. Kiev R3C1 Преобразователь сопротивление-на ряжение преобразует приращения conp тивления термометра сопротивления 4 R 4 в напряжение ,

где 1 3 - коэффициент пропорционапьности, iR4 - приращение сопротивления R4

относительно начального. Подставляя равенство (5) в выражение (4), получаем: Vr,iR4

- /

K,-kjK,,

Одновременно с.ключом ГПН выходным напряжением триггера 11 открываеся ключ на входе разрядной цепи 13, содержащей цепь R2, С2.

Начинается разряд емкости С2 через резистор R2. При достижении ра(2) 20

1

и

Uonexp(10)

ВЫх,

L ir K ue+JКак известно, зависимость вязкосжидкости от температуры выражаетформулой: uW

А-е, (,, iW - энергия активации,

- постоянная Больцмана, - температура, Л - коэффициент. Энергия активации вьфажается суммой

(1

uV/ Tu6-uH, 164 венства напряжений на конденсаторе С2 и выходе интегратора-сумматора 12 компаратор 8 вьщает импульс, триггер 11 опрокидывается, ключ на входе разрядной цепи замыкается, напряжение на конденсаторе С2 восстанавливается до заданного опорным напряжением. Разряд емкости через резистор R 2 описывается выражением: ii I) -и е ; где о 2 - длительность импульса на выходе триггера 11, R2C2 - постоянная времени разряда. Компаратор 8 срабатывает в то время, когда напряжение Ьс2 равно выходному напряжению интегратора-сумматора и в откуда €i u, С выходов триггеров 10 и 11 на входы интегратора-сумматора подаются импульсы равной амплитуды. Если длительность импульсов i/, и 2 не равны, то напряжение I) g(,iх и ра-сумматора начинает изменяться, следовательно согласно вьфажению (8) изменяется и tr . Это изменение происходит до тех пор, пока не начнет соблюдаться равенство Ч-,.(9) При соблюдении равенства (9) напряжение (Jgj,,, перестает изменяться. Если в результате изменения температуры в точке измерения длительность импульса г, изменится, то напряжение Ujbixj, вновь начнет изменяться до выполнения равенства (9). Исходя из выражений (6), (8) и (9) для вькодного напряжения интегратора сумматора можно записать 51 гдеаи - изменение энтальпии, л5 - изменение энтропии. Энтальпия вещества может быть выражена формулой ., (13) где и - внутренняя энергия, Р - давление, V - объем. Тогда изменение энтальпии при пос тоянном давлении выражается формулой ДН и 4 PiV, где bU - изменение внутренней энергии , ttV - изменение объема. Изменение температуры жидкости относительно температуры приведения равно , (15) Величины ли и bV в равенстве (14) пропорциональны изменению температут ры, т.е. й.Н 1 5- l b T (16) или ,iT,() где К Kg + коэффициенты пропорциональности. Подставляя равенство (17) в выражение (12), а полученную формулу .в вьфажение (11), последнее можно за писать в виде 16 AS kTiT е . Первые два члена выражения (18) не зависят от температуры, поэтому их произведение постоянно для данной жидкости. Значение температуры Т в выражении (18) можно заменить, получив его из равенства (15), тогда выражение (18) можно переписать в виде , А Г Т 1 2 p-Livin - (9 Выражение (19) функционально аналогично выражению (10), ,т.е. выходное напряжение с вьгходс1%1нтегратора полностью повторяет по форме зависимость вязкости-от температуры с учетом изменения внутренней энергии и объема жидкости во всем диапазоне температур. Настройка термокомпенсатора осуществляется в трех точках диапазона по температуре установкой коэффицик , Kj, Kj ИИ напряжением Предлагаемое устройство позволя|ет повысить точность измерения вязкое ти в широком диапазоне температур исследуемой жидкости за счет исключения погрешности моделирования температурной зависимости вязкости от изменения внутренней энергии и объема жидкости.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОСТИ по авт.св. № 960583, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, выход преобразователя сопротивлениенапряжение соединен с суммирующим входом генератора пилообразного напряжения через резистор.