Датчик ротационного измерителя вязкости жидкостей Советский патент 1986 года по МПК G01N9/00 G01N11/12 

Изобретение .относится к технике измерения параметров жидкостей и касается датчиков, служащих для измере ния плотности и вязкости контролируе мой жидкой среды, -Датчик может быть использован в составе технических средств автоматизированных систем уп равления технологическими процессами автоматизированных технологических комплексов и локальных систем автоматического управления и регулирования , Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения измерения плотности жидкости. На чертеже представлена структурная схема датчика. Датчик содержит программное реле 1 времени, определяющее ритм вьщачи информации датчиком и управляющее работой его элементов, электродвигатель 2j разгоняющий вращаюа иеся дета ли датчика перед измерением до требуемой скорости, электромагнитную муфту 3, соединяющую электродвигатель 2 с вращающимися деталями датчика на вреня разгона, отметчик 4 уг ла поворота, выдающий импульс напряжения при каждом повороте оси 5 на заданный угол, на которой закреплены вращающиеся детали датчика, маховик 6, запасающий при разгоне необходиму кинетическую энергию для поддержания вращения оси 5, чувствительный элемент 7р воспринимающий воздействие исследуемой жидкости, по которому оценивается ее плотность и вязкость Кроме того, датчик содержит подшипники 8, определяющие пространственное положение оси 5, и клеевую ко робку (ванну 9, в которой находится исследуемая жидкость 10, Элементы датчика взаимодействуют между собой следующим образом. Первый выход программного реле 1 времени соединен с электрическими входами электродвигателя 2 и электромагнитной муфты 3, Второй выход программно го реле 1 времени подключен к входу отметчика 4 угла поворота. Вал элект родвигателя 2 кинематически связан с вxoдны J валом электромагнитной муфты 3, Выходной вал электромагнитной муф ты 3 кинематически связан с осью 5, Выход отметчика 4 угла поворота подключен к выходу датчика. На.оси .5 закреплены маховик 6 и чувствитЗльный элемент 7, например в в:иде зак091репленного на спице сферического тела. На маховике 6 или непосредственно на оси 5 нанесены метки, прохожение которых в процессе вращения оси 5 фиксируется отметчиком 4 угла поворота. Ось 5 закреплена на подшипниках 8j определяющих ее положение в пространстве. Для процесса измерения необходимо, чтобы ось 5 располагалась наклонно к горизонтсшьной плоскости, а вращение чувствительного элемента 7 датчика происходило всегда под поверхностью исследуемой .жидкости 10 в клеевой коробке (ванне) 9, Датчик работает следующим образом. Срабатывание программного реле 1 времени происходит через постоянные промежутки времени, определяемые требуемой периодичностью измерения параметров исследуемой жидкости, В первой позиции этого реше напряжение с его первого выхода подает ;я на злектродвигатель 2 и на электромагнитную муфту 3, Срабатывая, электромагнитная муфта 3 соединяет свои входные и выходные валы, и начинающий вращаться вал электродвигателя 2 приводит одновременно во вращение валы электромагнитной муфты 3, ось 5, а также связанные с нею элементы, Через промежуток времени, необходимьш для разгона оси 5 до достаточной угловой скорости, программное реле 1 времени переходит во вторую позицию, в которой снимается напряжение с первого выхода программного реле I времени и появляется напряжение на его втором зыходе;, После снятия напряжения с первого выхода электромагнитная муфта 3 разъединяет свои входную и выходную оси. Ротор электродвигателя 2 и связанная с ниг-i вход нал ось электромагнитной муфты 3 под действием сил трения в подшипниках постепенно замедляют свое вращение и останавливаются. Аналогично постепенно снижается и угловая скорость вращения оси 5 и связанных с нею деталей. Однако снижение ее угловой скорости вращения, в силу ряда при-Э нятых мер по устранению влияния других факторов, определяется главным образом вязкостью жидкости, в которой происходит движение чувствитель ности элемента 7, При появлении напряжения на втором выходе программного реле J времени включается в работу отметчик 4 угла поворота который выдает импульс напряжения на выход датчика при каждом прохождении очередной метки мимо чувствительного элемента отметчика. Для измерения вязкости исследуемой жидкости необходимо с требуемой точностью измерять время (Появления каждото импульса на выходе датчика, что позволяет судить о вязкости исследуемой жидкости по интенсивности увеличения периода полного оборота оси 5 датчика в процессе измерения .

Поскольку в предлагаемом датчике его чувствительный элемент 7 вьшолнен асимметричным, то в том случае, когда его средняя плотность отличается от плотности исследуемой жидкости, во врапдении оси 5 будут наблюдаться биения. Если плотность асимметричноЬо чувствительного элемента 7 больше tinoTHOCTH контролируемой жидкости, тогда при снижении утяжеленной части чувствительного элемента 7 в процессе вращения его вес будет увеличивать угловую скорость вращения оси 5, И наоборот, при подъеме в процессе вращения утяжеленной части чувствительного элемента 7 угловая скорость вращения оси 5 снижается, поскольку затрачивается энергия на подъем. Наличие маховика 6 в определенной мере снижает величину указанных биений, а поэтому его масса должна выбираться из конкретных условий

измерения.

Указанные изменения угловой скорости вращения оси 5, полностью определяются плотностью контролируемой жидкости. Поскольку имеется возможность по времени прохождения меток мимо чувствительного элемента отметчика 4 угла поворота измерять с требуемой высокой точностью текущие значения угловой скорости вращения оси 5 и ее изменений, то тем самым имеется возможность по информации предлагаемого датчика измерять и плотность исследуемой жидкости.

Возможен и другой режим работы датчика. В этом случае ось 5 и связанные с нею Элементы не разгоняются до большей угловой скорости. Чувствительный элемент 7 до перехода программного реле 1 времени в первую позицию находится в своем нижнем положении под действием собственного веса. При переходе реле в первую позицию электродвигатель 2 через электро

672094

магнитную муфту 3 поворачивает ось 5 на угол, чуть больший или чуть меньший 180, т.е. поднимает его почти на максимальную высоту. После этого , программное реле 1 времени переходит во вторую позицию. Электромагнитная муфта 3 отсоединяет электродвигатель 2, и начинается падение чувствительного элемента 7 (часто с небольшой 0 начальной скоростью), связанное с вращением оси 5. Ускорение вращения оси 5 в процессе падения чувствительного элемента 7 зависит от вязкости исследуемой жидкости, определяющей .с силу сопротивления движению, и от плотности контролируемой жидкости, от которой зависит величина силы, вызывающей падение чувствительного элемента 7. В зависимости от вязкости 2Q исследуемой жидкости, соотношения плотностей чувствительного элемента 7 и исследуемой жидкости движение чувствительного элемента 7 носит различающийся характер. При большойвяз25 кости исследуемой жидкости, малой плотности чувствительного элемента 7 или при большом угле наклона оси 5 к горизонту происходит медленный поворот оси 5 до состояния, когда чув- . ствительньш элемент 7 окажется в сво30ем нижнем положении. При малой вязкости жидкости и еще большей плотности чувствительного элемента 7 (или малом угле наклона оси 5 к горизонту ось 5 придет в установившееся состоя35 ние после нескольких колебательных движений. В любом режиме движения чувствительного элемента 7, если фиксируются времена прохождения различных меток мимо чувствительного эле-40 мента отметчика 4 угла поворота, указанной информации вполне достаточно как для измерения вязкости исследуемой жидкости, так и ее плотности. Поскольку сила, обуславливаемая враще5 ние оси 5, изменяется по синусоидальному закону, а сила сопротивления движению чувствительного элемента 7 со стороны исследуемой жидкости про.порциональна скорости его движения, 0 используя эти две различающиеся зависимости можно получить не только два уравнения для определения двух искомых величин, а значительно больщее их количество. Это позволяет исполь5 зовать различные статические методы (в частности метод наименьших квадратов) для повышения точности измерения . бре тения Формула и 1. Датчик ротационного измерителя вязкости жидкостей, содержащий прог-( раммное реле времени, первый выход которого соединен с электрическими входами электродвигателя и электромагнитной муфты, а второй выход - с входом отметчика угла поворота, выход которого подключен к выходу датчика, входной вал электромагнитной муфты кинематически соединен с валом электродвигателя, а выходной вал - с закрепленной в подшипниках осью, ни 12 09д которой закреплены маховик с метками и погруженный в жидкость чувствителы ный элемент, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей датчика путем обеспечения возможности измерения плотности жидкости, чувствительньш элемент выполнен с асимметричным относительно оси вращения рйсположением центра тяжести. 2, Датчик поп.1,отличающ и и с я тем, что чувствительный элемент выполнен в виде шара на спице.

Изобретение относится к области измерительной техники и может найти применение в составе технических средств автоматизированных систем управления. Целью изобретения является расширение области применения датчика путем обеспечения возможности измерения плотности жидкости. Датчик содержит электродвигатель 2 и электромагнитную муфту 3. Начинающий вращаться вал электродвигателя 2 приводит одновременно во вращение валы электромагнитной муфты 3, ось 5, а также связанный с нею чувствительный элемент 7, выполненный асимметричным. Снижение угловой скорости вращения определяется вязкостью жидкости. Поскольку чувствительный элемент выпола s нен асимметричным, то во вращении оси 5 будут наблюдаться биения, которые С/; с определяются плотностью жидкости, 1 ил.