Вискозиметр Советский патент 1988 года по МПК G01N11/16 

оо

4

00

СП

Изобретение относится к приборостроению, в частности к контролю вязкости жидких сред в процессах химической технологии.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

На фиг. 1 схематически изображен вискозиметр; на фиг. 2 и 3 - измерительный сосуд как объемный резонатор с указанием структур полей колебаний ЕОШ и Еои соответственно.

Вискозиметр состоит из металлического измерительного сосуда 1 с капилляром 2, установленного на аппарате с контролируемой жидкостью 3. В цетре верхней части измерительного сосуда 1 размещена полая

10

где Еаь, Лаь - абсолютные диэлектрическая и магнитная проницаемость воздуха;

а - радиус измерительного сосуда 1.

Эта частота выбирается равной /г - частоте генератора СВЧ, т. е.

/Ео,(2)

Таким образом, при отсутствии жидкости измерительный сосуд как резонатор настроен с генератором в резонанс. При резонансе в приемной петле 14 наводится СВЧ ток большой амплитуды. Этот ток поступает на вход командного прибора 15, который выполняет следующие функции: детекторует

металлическая трубка, являющаяся одно- 15 включает или отключает коаксиаль- временно первым электрическим вибрато- ое реле 13, управляет работой исполнительром 4, который присоединен к выходу генератора 5 СВЧ. К металлической трубке присоединен вход 6 трехходового клапана 7, выход 8 которого соединен с линией 9 сжатого воздуха, вход 10 - с линией 11 вакуума или давления меньшего уровня.

В верхней части боковой стенки измерительного сосуда 1 размещен нормально к ней электрический второй вибратор 12 на расстоянии vr/4 от верхней стенки металлического измерительного сосуда 1 (Кг - резонансная длина генератора 5 СВЧ).

Второй вибратор 12 соединен с первым вибратором 4 коаксиальным кабелем длиной КА.г/2 через коаксиальное реле 13, где К - нечетное число. Диаметрально противоположно вибратору 12 на расстоянии А.г/4 от верхней крыпжи измерительного сосуда 1 расположена приемная петля 14, соединенная с входом командного устройства 15. Выход командного устройства подключен одновременно к управляющему входу коаксиального реле 13, к исполнительному механизму 16 трехходового клапана 7 и к входу времяизмерительного устройства 17. Выход времяизмерительного устройства 17 соединен с входом вторичного прибора 18. Прием- но-возбуждающая часть дозирующего устройства, вибраторы 4 и 12 и.приемная петля 14 изолированы от корпуса измерительного сосуда 1 и от пространства над поверхностью жидкости диэлектрическими, шайбами 19.

Принцип работы предлагаемого вискозиметра заключается в следующем.

Пусть в начальный момент времени жидкость в измерительном сосуде 1 отсутствует. Коаксиальное реле 13 занимает состояние, при котором вибратор 12 отключен от генератора 5 СВЧ. В этом случае измерительный сосуд является объемным резонатором, в котором возбуждаются колебания типа ЕОЩ. Структура такого поля представлена па фиг. 3, причем собственная частота резонансных колебаний

25

ного механизма трехходового клапана и времяизмерительного устройства 17.

Командный прибор 15 воздействует на исполнительный механизм 16 трехходового

20 клапана 7, соединяя полость измерительного сосуда с линией 11 вакуума. Под действием возникшего перепада давлений жидкость через капилляр 2 начинает заполнять измерительный сосуд 1. Одновременно с этим командный прибор замыкает реле 13, подключая к генератору 5 СВЧ второй вибратор 12. Времяизмерительное устройство 17 при этом отключено.

С началом заполнения измерительного сосуда 1 контролируемой жидкостью 3 нару2Q щается условие (2). Так как в этом случае добротность Qcoio, рассчитываемая по формуле

о - 1 а-с ° б (а+с)

(3)

гдеС - высота измерительного

сосуда 1;

35

б

1

V fEoio /JJ-o

40

-глубина проникновения электромагнитного поля в металл;

-электрическая проводимость металла измерительного сосуда,

составляет величину порядка Ю , то малей- щее появление жидкости внутри измерительдс ного сосуда 1 приводит практически к исчезновению тока в приемной петле 14. Командный прибор одновременно с началом заполнения замыкает реле 13, соединяя второй вибратор 12 с генератором СВЧ. При этом измерительный сосуд является объем50 ным резонатором с электромагнитным ко.те- банием типа EOI/, где , 2, 3... На фиг. 3 показана структура поля этого колебания при .

Резонансная частота ЕОП выбирается равной частоте генератора 5 СВЧ при заполнен55 ном измерительном сосуде, т. е.

fE..

2.405

02n- JRab t-ab

где Еаь, Лаь - абсолютные диэлектрическая и магнитная проницаемость воздуха;

а - радиус измерительного сосуда 1.

Эта частота выбирается равной /г - частоте генератора СВЧ, т. е.

/Ео,(2)

Таким образом, при отсутствии жидкости измерительный сосуд как резонатор настроен с генератором в резонанс. При резонансе в приемной петле 14 наводится СВЧ ток большой амплитуды. Этот ток поступает на вход командного прибора 15, который выполняет следующие функции: детекторует

25

ного механизма трехходового клапана и времяизмерительного устройства 17.

Командный прибор 15 воздействует на исполнительный механизм 16 трехходового

20 клапана 7, соединяя полость измерительного сосуда с линией 11 вакуума. Под действием возникшего перепада давлений жидкость через капилляр 2 начинает заполнять измерительный сосуд 1. Одновременно с этим командный прибор замыкает реле 13, подключая к генератору 5 СВЧ второй вибратор 12. Времяизмерительное устройство 17 при этом отключено.

С началом заполнения измерительного сосуда 1 контролируемой жидкостью 3 нару2Q щается условие (2). Так как в этом случае добротность Qcoio, рассчитываемая по формуле

о - 1 а-с ° б (а+с)

(3)

гдеС - высота измерительного

сосуда 1;

35

б

1

V fEoio /JJ-o

40

-глубина проникновения электромагнитного поля в металл;

-электрическая проводимость металла измерительного сосуда,

составляет величину порядка Ю , то малей- щее появление жидкости внутри измерительдс ного сосуда 1 приводит практически к исчезновению тока в приемной петле 14. Командный прибор одновременно с началом заполнения замыкает реле 13, соединяя второй вибратор 12 с генератором СВЧ. При этом измерительный сосуд является объем50 ным резонатором с электромагнитным ко.те- банием типа EOI/, где , 2, 3... На фиг. 3 показана структура поля этого колебания при .

Резонансная частота ЕОП выбирается равной частоте генератора 5 СВЧ при заполнен55 ном измерительном сосуде, т. е.

/-.)()V (4)

2яд/ 8аж Д,а

где еаж, 1аж - абсолютные диэлектрическая и магнитная проницаемости измеряемой жидкости. При достижении жидкостью заданного уровня, определяющего дозу контролируе- мой жидкости, в измерительном сосуде возникает резкий резонанс на собственной частоте колебаний типа ЕОИ, равной частоте fr;

/Е„„ .fr(5)

Ток в приемной петле резко возрастает, так как система имеет высокую добротность порядка 10, определяемую выражением

6 (2а+с)

Ток высокой частоты поступает на вход командного устройства 15, который при этом сигнале включает устройство 17 для измерения времени, переключает трехходовой клапан 7 в положение, при котором полость измерительного сосуда соединяется с линией 9 сжатого воздуха, а также воздействует на реле 13, отключая второй вибратор 12 от генератора 5 СВЧ.

Под действием поступившего в измерительный сосуд 1 давления Р сжатого воздуха жидкость вытекает через капилляр 2. Начинается процесс измерения контролируемой величины. По времени истечения t постоянного объема V жидкости, прошедшей через капилляр под действием постоянного давления, определяют вязкость |д, жидкости по формуле Пуазейля

128К-/г

J

p

(7) где/г, d-длина и диаметр капилляра 2;

АР - перепад .давлений на капилляре при его опорожнении.

После окончания измерения, т. е. когда вытечет полностью доза контролируемой жидкости из измерительного сосуда 1 по капилляру 2, в измерительном сосуде возникает резонанс колебания Е. При этом ток в приемной петле резко возрастает, командный прибор отключает времяизмерительное устройство 17. Время истечения фиксируется вторичным прибором 18.

В измерительный сосуд вновь подается разрежение, и работа вискозиметра в дальнейшем осуществляется аналогично описанному.

Ю

5

В процессе работы вискозиметра ВЧ ток в петле 14 практически равен нулю при всех возможных значениях уровня жидкости в измерительном сосуде, кроме верхнего и нижнего уровней, определяющих дозу контролируемой жидкости вне зависимости от структуры поля колебаний Ною или Eoi/.

Из условия равенства резонансных частот колебаний типа Еою при пустом измерительном сосуде и колебаний типа ЕО при заполненном сосуде можно определить рабочую частоту генератора

,.:;(8)

Использование предлагаемого вискозиметра обеспечивает повышение точности за счет повышения точности дозирования.

Предлагаемый вискозиметр может быть использован в пожаровзрывоопасных производствах, так как камера с приемно-возбуж- дающим устройством полгюстью изолирована от жидкости и окружающей среды, а мощ- 20 ность поля в объемном резонаторе не превышает 2 мкВт/см , что дает возможность измерения пожаро- и взрывоопасных сред.

Бесконтактность процесса измерения, т. е. отсутствие поплавка в жидкости, повышает надежность измерительного устройствп.

25

С

5

0

5

Формула изобретения

Вискозиметр, содержащий измер -пчм.- ный сосуд с капилляром, дозирующее ,. ;- ройство в виде газоподводящей . niinin с TIIOX- ходовым клапаном, командный прибо;), измеритель времени истечения жидкосги с вго- ричным прибором, отличающийся тем. чтсу с. целью повь1шения точности 1:змерс. дозирующее устройство допо.;1И11те,1ьно вк.ио- чает в себя генератор СВЧ, первый и нторо вибраторы, приемную петлю, коаксиальное реле, причем первый вибратор в виде полой металлической трубки, соединенной с одним из входов трехходоБОго к, пана и генератором СВЧ и через коаксиальное реле - с вторым вибратором, вход управления коаксиального реле подключен к выходу командного прибора, к управляю- шему входу трехходового клапана и к входу измерителя времени, а вход командного nj)- бора соединен с приемной петлей, вибратор и приемная петля отде.аеьгы or жидкост;; и от стенки измеригельн01 о еос ,ia диэлекг- рическими вставками.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к вискозиметрии. Вискозиметр может быть использован во многих отраслях промышленности для измерения вязкости жидких сред в условиях производства. Целью изобретения является повышение точности измерения. Высокая точность измерения достигается за счет уточнения дозирования жидкости, участвующей в измерении. Дозируюш,ее устройство дополнительно включает в себя генератор СВЧ, первый и второй вибраторы, приемную петлю, коаксиальное реле. Первый вибратор выполнен в виде полой металлической трубки, соединенной с одним из входов трехходового клапана и генератором СВЧ и через коаксиальное реле с вторым вибратором. Вход управления коаксиального реле подключен к выходу командного прибора, к управляющему входу трехходового клапана и к входу измерителя времени. Вход командного прибора соединен с приемной петлей. Вибраторы и приемная петля отделены от жидкости и стенок измерительного сосуда диэлектрическими вставками. 3 ил. iS

12

Фиг.1

5 1

1 /ffj3flefcmpUQecKueсиловые линии структуры поля колебаний

Фиг. 2

к 15

Электрические силобые линии структуры noflst колебаний Е.при