Компенсационный капиллярный вискозиметр Советский патент 1984 года по МПК G01N11/08 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения вязкости тех нологических жидкостей, применяемых в химической и нефтеперерабатывающе промышленности. Известен вискозиметр, содержащий стабилизатор расхода, капилляр пере менной длины в виде винтового канала, образованного винтовой парой цилиндром и плунжером, компенсацион ную схему управления длиной капилля ра, а также выходной преобразовател с вторичным прибором L13. Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности компенсационный капиллярный вискозиметр, содер жащий стабилизатор расхода, капилляр переменной длины, выполненный в виде трубки с соосно расположенным в ней с возможностью осевого перемещения стержнем, причем капилляр связан с компенсационной схемой управления длиной капилляра, которая образована подпружиненным сильфоном, подвижный торец которого соединен с одним кон цом стержня, а также преобразователь перемещения подвижного торца сильфона, соединенный с вторичным прибором С 2 3. . Известный вискозиметр не обеспечи вает необходимой точности измерения вязкости из-за переменных значений сил трения, возникающих между стерж нем и трубкой в результате даже незначительных отклонений трубки вискозиметра от вертикального положения при производстаенных вибрациях и при попадании твердых включений в зазор между трубкой и стержнем и т.п Это обусловлено отсутствием дополнительного источника энергии, которой было бы достаточно для перестановки в заданное положение стержня относительно трубки. Поэтому этим вискози метром невозможно измерять малые вязкости или небольшие изменения вязкости с достаточной степенью точ ности. Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение диапазона. Для достижения поставленной цели в ксжпенсационный капиллярный вискозиметр, содержащий стабилизатор расхода, капилляр переменной длины, выполненный в виде трубки с соосно рас положенным в ней с возможностью осевого перемещения стержнем, причем капилляр.связан с компенсационной схемой управления длиной капилляра, которая образована подпружиненным сильфоном, подвижный торец которого соединен с одним концом стержня, а также преобразователь перемещения подвижного торца сильфона, соединенный с вторичным прибором, дополнительно введены трехмембранный элемент сравнения, преобразователь давления измеряемой среды в пневматический сигнал, задатчик давления и делитель давления, при этом, сильфон помещен в камеру, образующую совместно с сильфоном его внешнюю полость, в которую через стабилизатор расхода подается исследуемая среда и которая соединена с трубкой и с входом преобразователя давления измеряемой среды в пневматический сигнал, .причем внутренняя полость сильфона через дели/тель давления соединена с междроссельными камерами элемента сравнения, камера отрицательной обратной связи которого соединена с выходом указанного преобразователя давления, а камеjpa положительной обратной связи подключена к задатчику давления, при этом другой конец стержня через тягу и сальниковое уплотнение подключен к преобразователю перемещения. На чертеже изображен предлагаемый компенсационный капиллярный вискозиметр. Вискозиметр состоит из стабилизатора 1 расхода исследуемой среды, трубки 2 с соосно расположенным в ней с возможностью осевого перемещения стержня 3, сильфона 4, помещенного в камеру 5, тяги 6, соединяющей стержень 3 с преобразователем перемещения 7, вторичного прибора 8, преобразователя 9 давления исследуемой среды в пневматический сигнал, трехмембранного элемента 10 сравнения, задатчика 11 давления и дроссельного делителя 12 давления, содержащего один нерегулируемый и один регулируемый дроссель. Делителем 12 устанавливается верхний предел измерения вязкости, а задатчиком 11 давления - нуль прибора. Компенсационный капиллярный вискозиметр работает следующим образом. Контролируемая среда поступает из стабилизатора расхода 1 в камеру 5, образующую совместно с сильфоном 4 его внешнюю полость. Далее контролируемая среда движется стационарно в |кольцевом пространстве между трубкой 2 и стержнем 3. При этом во внешней . полости сильфона 4 развивается давление, пропорциональное вязкости среды и длине капилляра. Усилие,развиваемое сильфоном за счет этого давления, уравновешивается усилием , от давления, поступающего во внутреннюю полость сильфона. Изменение вязкости вызывает изменение гидравличе- , ского сопротивления кольцевого пространства капилляра и, следовательно, изменение давления во внешней полости сильфона 4. Это давление преобразователем 9 преобразуется в пневматический сигнгш, который подается в в камеру отрицательной обратной связи элемента сравнения 10. В камеру положительной обратной связи сильфон сравнения подается давление с задатчика 11 давления. Таким образом, в элементе 10 сравнения происходит сравнение давления во внешней полости сильфЪна 4 с заданным задатчиком 11 давления. Под действием возро шего давления во внешней полости сил фона 4 давление в меяадроссельных камерах элемента-10 сравнения уменьшается . Уменьшение этого давления вы-. зывает уменьшение давления во внутренней полости сильфона 4. Под действием возросшего давления во внешней полости и уменьшившегося давления во. внутренней полости сильфона, последний начинает деформироваться, выдвигая стержень 3 из трубки 2 и тем самым уменьшается длина кольцево го канала капилляра до тех пор, пока давление во внешней полости силь фона 4 сравняется с давлением задания, вырабатываемым задатчиксм 11. Перемещение стержня 3 преобразуется преобразователем 7 перемещения в си нал, который поступает на вторичный прибор 8 и регистрируется. Таким образом, любому изменению вязкости контролируемой среды соответствуют перемещения стержня 3 относительно трубки 2 под действием сильфона 4 (вынужденные перемещения с целью поддержания постоянной вели чины да.вления во внешней полости сил фона 4, зсшанной задатчикся4 11 давления. Из условия равновесия, подвижных частей элемента сравнения следует, что Рг Р,, fl) где Р S. давление на выходе преобра зователя 9, пропорциональное давлению во внешней по лости .сильфона 4 , т.е. PZ. КР , f где К - коэффи циент пропорциональности ; PJ -г- давление с задатчика 11. Между давлением PS во внутренней полости сильфона 4 и давлением В, в междроссельных камерах элемента сра нения 10 существует зависимость; / oU IX JiO, ot, и tj - проводимости перерегуяиру мого и регулируемого дрос селей. Давление Р во внешней полости сильфона 4 можно определить по формуле ; р.), О) де К2 -.постоянный коэффициент, зависящий от единиц измерения входящих в уравнение величин, а также от массового расхода измеряемой среды через капилляр и геометрических размеров поперечного сечения кольцевого канала, образованного стержнем 3 и у трубкой 2; - динг1мическая вязкость измеряемой среды; LO - длина стержня 3, находящаяся в трубке 2 при отсутствии давления во внутренней и внешней полостях сильфона 4 ; 6 - перемещение подвижного торЦа сильфона, а следовательно, и стержня 3 под действием давлений, действующих во внешней и внутренней полостях сильфона. Перемещение К можно вычислить по ормуле 3(i-R,).-p,) , де KS - постоянный коэффициент, знаение которого зависит от размеров жесткости сильфона. Решение уравнений (1) - f4) дает ip.V(}CKiPA-i zMLo Г Т.е. перемещение стержня 3 относительно трубки 2 пропорционально динамической вязкости исследуемой средыТ При изменении давления в междроссельных камерах элемента 10 сравнения от 0,2 до 1,0 кгс/см необхс димо вместо Р в формуле С4) подставить вначале 0,2 кгс/см, а затем давление 1,0 кгс/см. Получив систему уравнений и решив ее, находят значение . величины настройки коэффициента дроссе.льного д :1теля 12 1,25 ДЦе 4U - перемещение подвижного тора сильфона 4 прн изменении вязкости в выбранном диапазоне измерений принимается при расчете из условия ыбранного преобразователя 7 перемеения . При значении вязкости ., соответствующей верхнему пределу измерения, давление Рц в междроссельных камерах элемента 10 сравнения равно 0,2 кгс/см, а при вязкости , соответствующей нижнему пределу измерения, Р/, 1,0 к ГС/см. Подставив эти значения в формулы (З) и (.Л), принимая во внимание равенства (1) и 16) , а также решив полученную систему уравнений, получают значение велич ны настройки давления задания Pj с помощью задатчика 11: а 7- а,Н.) )( Jitviin Например, если в качестве преобр .зователя 7 перемещения использовать дифференциально-трансформаторный пр образователь, то и 2 5 мм (из услов обеспечения линейной зависимости индуцируемой ЭДС от перемещения. При измерении вязкость растворов КО изменялась в пределах от Uiiii, 1,21 flOjt Mci4 1,4-10 Па-с, Для измерений выбран сильфон, у которого К 12 , при этом 100 мм. Тогда К, 7,25 i- 0,052; РдЛ- (10-1,25 0,5 )J 0,59 кгс/см, Так как стержень 3совершает вы нуяоденные перемещения под действием силы, развиваемой сильфоном 4 и эта сила значительно больше сил трения в сальниковом уплотнении, сил трения, возникающих между стержнем 3 и трубкой 2 в результате даже незна чительных отклонений трубки вискозиметра от вертикального положения при производственных вибрациях и при попадании твердых включений в кольцевой канал между стержнем и трубкой и т.п., то перемещение стер ня 3 относительно трубки 2 всегда происходит до. положения, заданного задатчиком 11. При этом на работу вискозиметра .не влияют его положение в пространстве (он может быть установлен горизонтально или вертикально выходным щтуцером вверх), загрязнения в сальнике, появляющиеся в процессе эксплуатации прибора и т.п. Таким образом, обеспечивается повышенная точность измерения малых значений вязкости или небольших изменений вязкости. В предлагаемом вискозиметре легко может быть осуществлена коррекция температурных изменений вязкости. Для этого трехмембранный элемент сравнения 10 нужно зёьменить на пятимембранный элемент сравнения. В полученные дополнительно камеру отрицательной обратной связи (в случае увеличения вязкости от увеличения температуЕ ы) или камеру положительной обратной связи (в случае уменьшения вязкости от увеличения температуры) подается пневматический сигнал, пропорциональный температуре измеряемой среды, который формируют, например, с помощью манометрического термометра. В предлагаемом вискозиметре обеспечивается повышение точности измерения и расширение диапазона применения вследствие использования вынужденного перемещения стержня 3 относительно трубки 2 от внешнего источника энергии, и обеспечения возможности организации простыми приемами температурной коррекции. Повышение, точности измерений способствует улучшению качества автоматического контроля технологических процессов в различных отраслях промышленности , например химической,повышению качества выпускаемых продуктов, производительности труда, уменьшению потерь сырья и энергетических затрат.

It-S

КОМПЕНСАЦИОННЫЙ КАПИЛЛЯРНЫЙ ВИСКОЗИМЕТР, содержащий стабилизатор расхода, капилляр переменной длины, выполненный в виде трубки с соосно расположенным в ней с возможностью осевого перемещения стержнем, причем капилляр связан с компенсационной схемой управления длиной капилляра, которая образована подпружиненным сильфоном, подвижный торец которого соединен с одним концом стержня, а .также преобразователь перемещения подвижного торца сильфона, соединенный с вторичным прибором, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения диапазона, в него дополнительно введены трехмембранный элемент сравнения, преобразователь давления измеряемой среды в пневматический сигнал, задатчик давления и делитель давления, при этом сильфон псмеьчен в камеру, образующую совместно с сильфоном его внешнюю полость, в которую через стабилизатор расхода подается исследуемая среда и которая соединена с трубкой и с входом преобразова§ теля давления измеряемой среды в пневматический сигнал, причем внут(Л ренняя полость сильфона через делитель давления соединена с междросс сельными камерами элемента сравнения камера отрицательной обратной связи которого соединена с выходом указан- g ного преобразователя давления, а ка- мера положительной обратной связи подключена к задатчику давления, при этом другой конец стержня через тягу и сальниковое уплотнение подключен к преобразователю перемещения

следуемая среда