Акустическое устройство для измерения сдвиговой вязкости в жидкостях под давлением Советский патент 1991 года по МПК G01N11/10 G01N29/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения сдвиговой вязкости в жидкостях под давлением.

Цель изобретения - повышение точности измерения за счет исключения ошибок, связанных с неравномерным движением подвижного элемента в исследуемой жидкости на начальном участке его падения.

На фиг, 1 представлена блок-схема акустического устройства для измерения сдвиговой вязкости в жидкостях под давлением; на фиг. 2 - сигналы на выходах блоков устройства, поясняющие работу устройства.

Акустическое устройство для измерения сдвиговой вязкости в жидкостях под давлением содержит камеру 1 высокого давления, вмонтированный в стенку камеры 1 пьезо- преобразователь 2 и подключенный к выходу последнего блок 3 обработки сигнала и измерения, размещенный в камере 1 подвижный элемент 4 и соленоид 5, смонтированный на внешней стенке камеры 1 и предназначенный для подъема подвижного элемента 4, выполненного из магнитного м&териала. блок 6 питания соленоида 5, блок 3 обработки сигнала и измерения выполнен из последовательно соединенных усилителя 7, формирователя 8 импульсов, счетного триггера 9 и измерителя 10 интервалов времени, последовательно соединенных генератора 11 запускающих импульсов, одновибратора 12 и ключа 13, второй (сигнальный) вход которого подключен к выходу блока 6 питания соленоида 5, а выход - к входу соленоида 5. Выход генератора 11 запускающих импульсов подключен к входу установки в исходное состояние (вход обнуления) измерителя ТО интервалов времени, Камера 1 снабжена вторым подвижным элементом 14, выполнена из двух ячеек 15 и 16 разной высоты, предназначенных для ограничения перемещения подвижных элементов 3 и 14 в камере 1 по высоте, подвижные

сл

с

о ю

со ю

элементы 4 и 14 выполнены сферической формы, высота меньшей ячейки 16 превышает путь разгона подвижного элемента 14 при его свободном падении в исследуемой жидкости.

Устройство содержит поршень 17, конструктивно связанный с соленоидом 5, и прокладки 18 уплотнения.

Устройство работает следующим образом.

В камеру 1 высокого давления заливают исследуемую жидкость, которая заполняет ячейки 15 и 16, и создают давление, например, с помощью поршня 17, прикладывая к последнему внешнюю силу с помощью пресса (не показан).

По достижении заданного давления (определяется по отношению прикладываемой к поршню силы к площади поршня 17 или с помощью манометра, связанного с каме- оой) с помощью генератора 11 запускающих импульсов формируется одиночный импульс (фиг. 2а), которым запускается одно- вибратор 12, и приводится в исходное состояние (обнуляется) измеритель 10 интервалов времени. Одновибратор 12 вырабатывает прямоугольный импульс (фиг. 2 б), который открывает ключ 13, и блок 6 питания подключается к соленоиду 5. Последний создает магнитное поле, под действием которого подвижные элементы 4 и 14 поднимаются вверх в ячейках 15 и 16 до упора в верхнем крайнем положении. Длительность импульса, вырабатываемого одновибрато- ром 12, устанавливается достаточной для подъема подвижных элементов 4 и 14 (порядка нескольких секунд). По окончании указанного импульса ключ 13 закрывается, обесточивая соленоид 5, и подвижные элементы 4 и 14 начинают одновременно падать в исследуемой жидкости, сначала ускоряясь, а затем по достижении некоторой скорости равномерно. По достижении подвижного элемента 14 от его удара о дно ячейки возбуждается акустическая волна, которая воспринимается пьезопреобразо- вателем 2 в некоторый момент т . Далее в момент времени ti пьеоопреобразователь 2 воспринимает такой же акустический сигнал от соударения второго подвижного элемента 4. Соответствующие принятым акустическим сигналам электрические импульсы получают на выходе усилителя 7 (фиг. 2 в) и в нормализованном виде на выходе формирователя 8 импульсов (фиг. 2 г). Счетный триггер 9 формирует импульс с длительностью, равной T-j-ra , которая измеряется измерителем 10 интервалов времени.

Искомую величину сдвиговой вязкости г вычисляют по формуле

(Р-Р-}(-), (1)

где г - радиус сферического подвижного элемента;

g - ускорение свободного падения в вакууме;

рирж - плотность материала сферического подвижного элемента и жидкости соответственно;

и L2 - высота падения соответственно первого 4 и второго 13 подвижных элементов,

в ряде случаев зависимость искомого параметра ij от непосредственно измеряемой величины Т1-Т2 может быть найдена путем градуировки с использованием в качестве эталон ной жидкости какой-либо жидкости с известной сдвиговой вязкостью, например воды.

Возможно осуществлять непосредственный отсчет значения сдвиговой вязкости по шкале измерителя 10 временных интервалов за счет выбора подходящей единицы измерения времени, численно равной множителю перед Т1-Г2 в выражении (1).

Пьезопреобразователь 2 может быть выполнен из пьезокерамики ЦТС-19, формирователь 8 импульсов - в виде ждущего мультивибратора, счетный триггер 9 любой марки - из стандартных микросхем, измеритель 10 интервалов времени - в виде частотомера 43-34 с блоком измерения

интервалов времени, генератор 11 - в виде, например, одновибратора (ждущего одно- вибратора), блок 6 питания соленоида - любого типа подходящей мощности для подъема подвижных элементов 4 и 14 магнитным полем соленоида, ключ 13 - в виде, например, реле.

Использование предлагаемого устройства повышаетточность измерений и производительность за счет исключения участка

траектории падающего элемента в жидкости под давлением с неравномерным движением.

Формула изобретения Акустическое устройство для измерения сдвиговой вязкости в жидкостях под давлением, содержащее камеру высокого давления, вмонтированный в стенку камеры Пьезопреобразователь, размещенный в ка- мере первый подвижный элемент и соленоид, смонтированный на внешней стенке камеры и предназначенный для подъема по- дзижного элемента, выполненного из магнитного материала, блок питания соленоида

и подключенный к пьеэопреобразователю блок обработки сигнала измерения, отличающееся тем, что. с целью повышения точности, камера снабжена вторым подвижным элементом и выполнена из двух разной высоты ячеек, предназначенных для перемещения подвижных элементов по высоте, подвижные элементы выполнены сферической формы, а устройство снабжено последовательно соединенными генератором

0

запускающих импульсов, одновибратором и ключом, второй вход которого подключен к выходу блока питания соленоида, а выход - к входу соленоида, блок обработки сигнала измерения выполнен из последовательно соединенных усилителя, формирователя импульсов, счетного триггера и измерителя временных интервалов, вход установки в исходное состояние которого соединен с выходом генератора запускающих импульсов.

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения сдвиговой вязкости в жидкостях под давлением. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет исключения ошибок, связанных с неравномерным движением подвижного элемента в исследу емой жидкости на начальном участке его падения. В устройстве осуществляется одновременный сброс двух подвижных элементов сферической формы одинаковых размеров и одинаковой массы с разных высот. Измеряется интервал времени между моментами соударения падающих с разнои высоты тел с основанием камеры высокого давления, что позволяет исключить отрезки времени, соответствующие неравномерному движению тел на начальном участке па дения. 2 ил.

б -I

в

Фие.1