Устройство для определения поверхностного натяжения жидкости Советский патент 1989 года по МПК G01N13/02 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, в частности К измерительнйм устройствам в области физико-химических исследований поверхностных свойств на границе раздела жидкость - жидкость или жидкость - газ, и может быть использовано в химической и нефтяной промышленности ;при разработке смесей для интенсификации добычи нефти.

Целью изобретения является повышение точности определения путем снижения ошибок, связанных с неопределенностью объема капли жидкости.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит калиброванный по наружному диаметру (например, 5-12. мм) капилляр 1, внутренний обьем которого сообщен с шприцом 2 для ис

315

следуемой жидкости, преобразователь 3 вращательного движения в поступательное, механически- связанный с микрометрической головкой 4 и электроприводом 5 с регулируемой частотой вращения. Капилляр 1 расположен в сосуде 6 для приема отделившихся капель. Вблизи торца капилляра 1 в сосуде 6 размещены источник 7 света и фотоэлемент 8, которые включены в цепь запуска одновибратора 9, выход которого подсоединен к счетчику 10 импульсов. Выход счетчика 10 импульсов подсоединен к управляющему Входу таймера 11,На выходе блока 12 питания устройства установлены задатчики начального 13 и конечного 14 напряжений питания управляющей обмотки электропривода 5, выполненные в виде переменных сопротивлений. Выходное напряжение задатчиков контролируют с помощью переключателя 15 вольтметром 16. Выход задатчика 14 подсоединен к первому входу сумматора 17, а к втopo -ry входу сумматора 17 через коммутационный элемент 18 и повторитель 19 подсоединены выход задатчи- ка 13 и выход генератора 20 ниспадающего экспоненциального напряжения Выход сумматора 17 подключен к уп- равлякяцей обмотке электропривода 5 через усилитель 21 мощности. На выходе блока 12 питания установлено реле 22, контакты которого блокируются кнопочным выключателем 23, Последовательно с реле 22 включены контакты реле 24, которое .установлено на выходе таймера 11-. К выходу одно- вибратора 9 подсоединено реле 25, контакты которого включены в цепь запуска генератора 20 и блокированы кнопкой 26, Таймер II снабжен кнопкой 27 сброса показаний. На выходе сумматора 17 установлен тумблер 28.

Устройство работает следующим образом.

Заполняют шприц 2 исследуемой жид- кocтьюj устанавливают капилляр 1 и после выдавливания нескольких капель устанавливают шприц в устрой.стве таким, образом, чтобы шток шприца 2 через преобразователь 3 был в подпружиненном контакте с микрометрической головкой 4, а капилляр находился в сосуде 6 с исследуемой жидкостью в строго вертикальном положении, В не- посредстпоиной близости оТ торца ка0

5

0

5

67

0

Q

5

0

1 4. ,

пилляра 1 устанавливают источник 7

света и фотоэлемент .8.

В исходном состоянии органы управления устройства должны находиться в таком состоянии: тумблер 28 отключен, коммутационный элемент 18 в нижнем положении, переключатель 15 в произвольном положении, контакты реле 22 и 25 3 разомкнутом состоянии, контакт реле 24 в замкнутом состоянии, обмотки реле 22, 25 и 24 обесточены. Включают блок 12.питания, при этом на его выходе появляется стабилизированное напряжение ±15 В, которое используется для питания всех блоков устройства, для питания обмотки электропривода 5, для питания источника 7 света и для питания обмоток реле. Нажимают кратковременно кнопку кнопочного выключателя 23, срабатывает реле 22, ко- т орое своим конта.ктом самоблокируется, В результате этого на задатчики 1,3 и 14 подается напряжение питания 15 В, С помощью задатчика 14, переключателя 15 и вольтметра 16 задают конечное напряжение питания электропривода 5, т,е. такое, при котором имеет место наименьшая частота вращения его выходного вала и, соответст- . венно, наименьшая подача жидкости в каплю, образующуюся на торце кап11лля- ра 1, Для двигателя ДПР-0,25 это напряжение равно -3 В. С помощью задатчика 13, переключателя 15 и вольтметра 16 задают любое постоянное напряжение, например 4 В, которое в сумме с ранее заданным с помощью задатчика 14 напряжением должно являть собой одну из точек рабочей характеристики электропривода 5, .

Включают тумблер 28, в результ.ате чего указанные напряжения, одно непосредственно, а одно через повторитель 19, поступают на вход сумматора 17, В результате на его выходе будет напряжение,- которое равно сумме входных напряжений, например 7 В. Это напряжение через усилитель 21 мощности поступает на управляющую обмотку электропривода 5,.в результате чего его выходной вал вращается с постоянной частотой. Это приводит к тому, что шток шприца 2 начинает перемещаться вниз и на торце капи.пляра 1 образовывается капля. В момент, когда вес капли станет незначительно больше удерживающих ее на внешней кромке поверхностных сил, капля отделяется от

51509671

торца и на вход одновибратора 9 от фотоэл,емента 8 поступает сигнал, который вызывает появление на выходе одно- вибратора 9 кратковременного импульса и кратковременное срабатывание реле 25. Одновременно при этом включается счетчик 10 импульсов, который запускает в работу таймер 11 на отсчет ремени (в секундах). Реле 24 при этом не срабатывает. Как только-появяется второй импульс от фотоэлемена 8 в результате отделения второй

10

м л ко пр ме т ве в чи р н ге

капли, образовавшейся при постоянной подаче в нее жидкости, на выходе счетчика 10 импульсов появляется повторный импульс, который останавливает таймер 11 и включает реле 24, Последнее размыкает свой контакт, обесточивает реле 22, которое замыкает цепь подачи напряжения на задатчики 13 и 14, в результате чего электропривод 5 останавливается.

Затем с помощью зависимости

KlUj.-Ii Тп()

(О

рассчитывают начальное значение напряжения питания и обмотки электро25 по ниспадающему экспоненциальному закону уменьшается подача исследуемой жидкости в образующуюся каплю на торце капилляра 1. Через Т Т происходит отделение первой капли, образопривода 5 при реализации в дальнейшем JQ вавшейся при ниспадающей экспоненциэкспоненциального закона изменения подачи исследуемой жидкости в образующуюся каплю, где U - заданное ранее напряжение на выходе задатчика 13(В); время, измеренное таймером 11 и

т альной подаче жидкости в нее, В результате этого срабатывает кратковременно одновибратор 9 и реле 25, которое своим контактом восстанавливает

, ci«r,t.« ,. и - напряжение U на выходе генератора 20. затраченное на образование одной кап- Одновременно с этим включается счет- ли при постоянной подаче в нее исследуемой жидкости; Т - задаваемое (требуемое) время на образование одной капли при ниспадающей экспоненциальной

чик 10 импульсов, которьпЧ запускает таймер 11. Образовашие второй капли снова происходит при ниспадаклцей экс 40 поненциальной подаче исследуемой жидкости в образумщуюся каплю и ее образование снова вызывает срабатывание соответствугадих элементов схемы. Однако импульс на остановку таймера 11

подаче жидкости в капле; К (рекомендуется К 4); Т - постоянная времени ниспадающего экспоненциаль-. ного закона изменения подачи Жидкости в каплю (). о

Зависимость (1) получена в результате решения следующего уравнения:

f

Т, j и

Tj,/K

dt.

(2),

составленного на основании предположения j что объем отделившейся капли при постоянн ой подаче жидкости, в нее равен объему отделившейся каппи при ниспадающей экспоненциальной подаче жидкости в образующуюся каплю.

К

4, и

4 В,

(1)

Vj 10,87 В.

После расчета напряжения U нажи0

магат кнопку 27, в результате чего реле 24 обесточивается и замыкает свой контакт в цепи реле 22. Кроме того, происходит сброс показаний табло таймера 11, Тумблер 28 размыкают, комму- тационньй элемент 18 устанавливают в верхнее положение и нажимают краткЬ- вр йейНо кнопку 23. С помощью задат- чика 13, переключателя 15 и вольтмёт- ра 16 задают рассчитанное значение напряжения U;j. Изменением параметров генератора 20 задают величину Т. За5 тем- сратковременно нажимают кнопку 26 и включают тумблер 28. При этом на вход сумматора 17 одновременно подаются напряжения U и U, которые, суммируясь и усиливаясь по мощности, в

0 виде одного напряжения подаются на обмотку электропривода 5. В результате этого выходной вал электропривода вначале вращается с экспоненциально уменьшающейся скоростью. Одновременно

5 по ниспадающему экспоненциальному закону уменьшается подача исследуемой жидкости в образующуюся каплю на торце капилляра 1. Через Т Т происходит отделение первой капли, образоQ вавшейся при ниспадающей экспоненцинапряжение U на выходе генератора 20. Одновременно с этим включается счет-

чик 10 импульсов, которьпЧ запускает таймер 11. Образовашие второй капли снова происходит при ниспадаклцей экспоненциальной подаче исследуемой жидкости в образумщуюся каплю и ее образование снова вызывает срабатывание соответствугадих элементов схемы. Однако импульс на остановку таймера 11

и срабатывание реле 25 не поступает, поскольку счетчик 10 настроен на подсчет десяти капель. В момент, когда отделяется десятая капля, кроме первой, запускающей систему в работу,

из выходе счетчика 10 появляется им-, пульс, который останавливает таймер II и включает реле 25. В результате этого аналогично ранее описанному происходит остановка электропривода 5.

55

Расчет значения поверхностного натяжения исследуемой шздкости на границе раздела ее с насыщенным газом выполняют с помощью зависимости

. ., /- &p-g

(3)

где G - поверхностное натяжение, Н/м; f( O ASlSCr/vy) - 0,7694(r/V) + 0,9267; V - объем одной капли, рассчитанный на основании показаний микрометрической головки 4 и ранее определенной характеристики шприца 2, м ;

разность плотностей исследуемой жидкости в капле и окружакг/м ;

ющей ее среды, ускорение земного тяготения,

наружный радиус капилляра.

м,

Формула изобретения

Устройство для определения поверхностного натяжения жидкости, содержащее калиброванный по наружному диамет

to

15

20

элемецт, расположенньй вблизи торца капилляра и подключенный к счетчику импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения путем снижения ошибок, связанных с неопределенностью объема капли жидкости, в электрическую цепь блоком питания и управляющей обмоткой электрического привода вращения включены задатчики начального и конечного напряжения, генератор ниспадагацего экспоненциального напряжения и сумматор, при этом выход блока питания соединен с входами задат- чиков начального и конечного напряжений, выход задатчика конечного напряжения соединен с первым входом сумматора, вькод задатчика начального напряжения и выход генератора ниспадающего экспоненциального напряжения через коммутационньпЧ элемент соединены с вторым входом сумматора, выход которого соединен с управляющей обмоткой

Изобретение относится к контрольно-измерительным устройствам физико-химических параметров на границе раздела жидкость-газ и жидкость-жидкость и может найти широкое применение для определения поверхностного натяжения методом объема капли в химической и нефтехимической промышленности. Цель изобретения - повышение точности определения поверхностного натяжения путем снижения ошибок, связанных с неопределенностью объема капли жидкости. В устройство, содержащее шприц для исследуемой жидкости, калиброванный по наружному диаметру капилляр, микрометрическую головку, электрический привод, светоэлектронную систему регистрации момента отрыва капли от торца капилляра, дополнительно включены функционально соединенные между собой блок стабилизированного напряжения, управляемый генератор сигналов ниспадающего экспоненциального напряжения, повторитель, сумматор, усилитель мощности, одновибратор, счетчик импульсов, таймер и задатчики начального и конечного значений напряжений питания управляющей обмотки электрического привода, обеспечивающие экспоненциальное уменьшение скорости подачи жидкости в капилляр, что обеспечивает минимальную скорость изменения объема капли в момент отрыва и снижает разброс значений объема капель. 1 ил.

ру капилляр, внутренний объем которо- 25 электрического привода вращения, а в

го сообщен со шприцом для исследуемой жидкости, снабженным микрометрической головкой, электрический привод вращения микрометрической головки, управляющая обмотка которого соединена с 30 блоком .питания, и фотоэлектронную систему счета капель, содержащую фотоAlS

Г

электрическую цепь между фотоэлементом и счетчиком импульсов последовательно включен одновибратор и электрическое реле, пара контактов которого включена в цепь запуска генератора ниспадающего экспоненциального напряжения,