Измеритель вязкости жидкости Советский патент 1991 года по МПК G01N11/10 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерителям вязкости жидкостей, обеспечивающим автоматическое измерение вязкости контролируемой жидкой среды.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет автоматизации получения результата измерения.

На фиг.1 представлена функциональная схема измерителя вязкости; на фиг.2 - функциональная схема блока временного управления; на фиг.З- функцчональпая схема блока формирования результата; на фиг.4 - функциональная схема блока выдачи результата.

Измеритель вязкости жидкости содержит (фиг.1) программное реле 1, электродвигатели 2 и 3, электромагнитные муфты 4 и 5, кинематически связанные с барабанами 6 и 7, зонды 8 и 9 с зондопроводниками 10 и 11 не тросами 12 и 13, грузы 14 и 15, отметчики 16 и 17 угла поворота барабанов 6 и 7, формирователь 18, блок 19 временного управления, блок 20 формирования результата, блок 21 выдачи результата, индикатор 22, блок 23 регулирования вязкости и вычислительный блок 24, например ЭВМ.

Программное реле 1 подключено одним выходом ко входам отметчиков 16 и 17 угла поворота барабанов 6 и 7, ко входу формирователя 18 и к первому входу блока 19 временного управления, а другим выходом - ко входам питания электродвигателей 2 и 3 и электромагнитных муфт 4 и 5. Выходы отметчиков 16 и 17 угла поворота барабанов 6 и 7 подключены к входам вычислительного блока 24 и к третьему и четвертому входам блока 20 формирования результата. Выход формирователя 18 соединен с вторым входом блока -19 временного управления и с первым входом блока 20 формирования результата, подключенного вторым входом - к выходу блока 19 временного управления и выходом ко входам блока 21 выдачи результата, выход которого подсоединен ко входам индикатора 22 и блока 23 регулирования вязкости.

Блок 19 временного управления содержит (фиг.2) генератор 25 импульсов, элемент И 26, счетчик 27 импульсов, элементы И 28 и 29, элемент НЕ 30, счетчик 31 импульсов, элементы

0

5

0

5

0

5

0

5

И 32 и 33, элемент НЕ 34. Выход генератора 25 импульсов соединен с одними входами элементов И 26 и 29. Обнуляющие входы счетчиков 27 и 31 импульсов являются первым входом блока, вторым входом которого являются вторые входы элементов И 26 и 29. Элемент И 26 подсоединен третьим входом к выходу элемента НЕ 30 и выходом - к счетному входу счетчика 27 импульсов, выходы которого соединены с входами элемента II 28, подключенного выходом к третьему входу элемента И 29, к одному входу элемента И 33 и ко входу элемента НЕ 30. Элемент И 29 подсоединен четвертью входом к выходу элемента НЕ 34 и к другому входу элемента И 3-, выход которого является выходом блока. Выход элемента И 29 соединен со счетным входом счетчика 3 импульсов, выходы которого подсоединены ко входам элемента И 32, подключенного выходом ко входу элемента НЕ 34.

Работа блока I9 временного управления заключается (фиг.2) в следующем, Счетчиком 27 импульсов отсчитывается Промежуток времени, через который начинается непосредственно процесс измерения вязкости. Счетчиком 31 импульсов отсчитывается промежуток времени, в течение которого осуществляется измерение вязкости. В течение этого промежутка времени на выходе блока 19 формируется разрешающий сигнал.

Импульс с второго входа блока 19 в каждом цикле измерения поступает на обнуляющие входы счетчика 27 и 31 ИМПУЛЬСОВ. На выходах элементов И 28 и 32 при этом появляется запрещающий потенциал. Инвертируя его, элемент . НЕ 30 открывает по третьему входу элемент И 26. Получаемый после инвертирования выходной разрешающий потенциал элемента НЕ 34 открывает по четвертому входу элемент И 29 и по второму входу элемент И 33. При подаче разрешающего потенциала на первый вход блока 19 (при переходе программного реле 1 во вторую позицию) по первым входам открывается элемент И 26 и 29, на вторые входы которых подаются IIM- пульсы с выхода генератора 25 импульсов. Элемент И 29 при этом остается закрытым запрещающим потенциалом на третьем входе, а элемент И 26 пропускает импульсы с выхода генератора 25 импульсов на счетный вход счетчика

516

27 импульсов. Суммирование импульсов этим счетчиком продолжается в течение заданного промежутка времени до тех пор, пока код его содержимого не станет равным заданному. При этом появляется разрешающий потенциал на выходе элемента И 28. При этом инвертированный элемент НЕ 30 напряжением будет закрыт элемент И 26 и импульсы с вы- хода генератора 25 импульсов им пропускаться не будут. Содержимое счетчика 27 импульсов сохраняется неизменным. Подаваемым с выхода элемента И 28 сигналом элемент И 33 открыва- ется по его первому входу. На его выходе появляется разрешающий потенциал который выдается на выход блока 19. Разрешающий потенциал с выхода элемента И 28 открывает по третьему вхо- ду элемент И 29. Импульсы с выхода генератора 25 импульсов проходят через него на счетный вход счетчика 31 импульсов. Начинается отсчет промежутка времени измерения вязкости. Как только сумма импульсов в счетчпко 31 импульсов достигает требуемого значения, появляется разрешающий потенциал на выходе элемента И 32, которым после инвертирования элементом НЕ 34 в запрещающий потенциал запирается по четвертому входу элемент И 29, фиксируя состояние счетчика 31 импульсов. Этим потенциалом также запирается по второму входу элемент И 33. Г Разрешающий потенциал с его выхода, а следовательно, и с выхода блока 19 снимается.

Блок 20 формирования результата содержит (фиг.З) генератор 35 импуль- сов, триггеры 36 и 37, элементы И 38 и 39, элементы 4С и 41 задержки, одновиб- ратор 42, элемент ИЛИ 43, счетчик 44 импульсов и группу элементов И 45, выходы которых являются выходом блока. Обнуляющий вход счетчика 44 импульсов является первым входом блока. Одно- вибратор 42, вход которого является вторым входом блока, подсоединен входом к одним входам элементов И 38 и 39 и выходом - к одному входу группы элементов И 45, входы которых соединены с выходами счетчика 44 импуль-. сов, подключенного счетным входом к выходу элемента ИЛИ 43. Триггер 36, единичный вход которого является третьим входом блока, подключен обнуляющим входом к выходу элемента 40 задержки, единичным и нулевым выхода

c 0 5 c

Q Q 5

5

ми к ДРУГИМ входам соотлетственнп элементов И 38 и 39. Триггер 57, единичный вход которо о является четвертым входом блока, подсоединен обнуляющим входом к выходу элемента 41 задержки и единичным выходом - к третьему входу элемента И 39. Выход генератора 35 импульсов соединен с третьим входом элемента И 38 и с четвертым входом элемента И 39. Выходы элементов И 38 и 39 подключены ко РХОДЛМ соответственно элементов 40 и 41 задержки и к одному и к другому рходам элемента ИЛИ 43.

Блок 20 формирования результата работает (фиг.З) следующим образом. Поступающим на первый вход блока 20 импульсов обнуляется счетчик 44 импульсов. Разрешающим потенциалом со второго входа блока 20 открываются по первым входам элементы И 38 и 39, на вторые входы которых постоянно подаются следующие с заданной частотой прямоугольные импульсы г выхода генератора 35 импульсов Если импульс на третий вход блока 20 не поступал, то триггер 36 находится в нулевом состоянии. Потешциаллмн с его первого и второго выходов соответственно закрыт элемент И 38 и открыт по четвертому входу элемент И 39. При отсутствии импульсов на четвертом входе бтока 20 триггер 37 находится в нулевом состоянии. Потенциалом с его первого выхода закрыт элемент И 39. При поступлении очередного импульса на третий вход блокз 20 он переводит i единичное состояние триггер 36, который выходными потенциалами соответственно открывает элемент И 38 и закрывает элемент И 39, обеспечивая тем самым передачу импульса с третьего входа блока 20 на счетный вход счетчика 44 импульсов даже в том случае, когда чуть позднее появится импульс на четвертом входе блока 20. Очередной импульс с выхода генератора 35 импульсов пройдет через элемент И 38 и элемент ИЛИ 43 на счетный вход счетчика 44 импульсов и увеличит его содержимое на единицу. 1мпульс с выхода элемента И 38 пройдет и через элемент 40 задержки, в котором задерживается на промежуток времени, необходимый для срабатывания счетчика 44 импуль- coBj и поступает на обнуляющий вход триггера 36, обнуляя его. При поступлении импульса только на четвертый

16

вход блока 20 он переводит в единичное состояние триггер 37, который выходным потенциалом открывает элемент И 39. Очередной импульс с выхода генератора 35 импульсов проходит через элементы И 39 и ИЛИ 43 и поступает на счетный вход счетчика 44 импульсов, увеличивая хранящийся в нем код па единицу. Этот же импульс, после задержки элементом 41 задержки, обнуляет триггер 37. При поступлении импульсов чуть раньше на третий вход блока 20, а затем на его четвертый вход импульс, поступающий на третий вход блока 20, суммируется счетчиком 44 импульсов в результате процессов, происходящих в блоке, как описано ранее . Импульс, поступающий на четвертый вход блока 20, в этом случае бу- дет просуммирован счетчиком 44 импулсов с поступлением следующего импульса с выхода генератора 35 импульсов. Если импульс на четвертый вход поступит ранее импульса на третий вход, по в пределах длительности одного импульса с выхода генератора 35 импульсов, то в зависимости от их временного сдвига их передача для суммирования счетчиком 44 импульсов произойде под действием единственного импульса с выхода генератора 35 импульсов или первоначально будет передан импульс с третьего входа (передача импульса с четвертого входа в этом случае будет прекращена), а следующим импульсом с выхода генератора 35 импульсов будет передан импульс с четвертого входа блока 20. В любом случае обнуление триггеров 36 и 37 происходит только после суммирования импульсов с третьего и четвертого входов блока 20 счетчиком 44 импульсов. Как только промежуток времени суммирования закапчивается, снимается разрешающий потенциал с второго входа блока 20. Элементы И 38 и 39 запираются по первым входам и не пропускают импульсы с выхода генератора 35 импульсов. Пр снятии напряжения с первого входа блока 20 под гэздействием возникающего на входе перепада напряжения срабатывает одновибратор 42, формируя одиночный импульс. Этот импульс поступает на вход группы элементов И 45, организуя выдачу на выход блока 20 па раллельно корреляционного кода с выхода счетчика 44 импульсов. Блок 21 выдачи результата содержит (фиг.4)

- 5 0

5

8

регистр 46, цифроаналоговый преобразо ватель (ЦАП) 47, датчик 48 постоянного напряжения и сумматор 49. Выход задатчика 48 соединен с одним входом сумматора 49. Регистр 46, входы которого являются входами блока, подключен выходами ко в:.одам ЦАП 47, подсоединенного выходом к другому входу сумматора 49, выход которого является выходом блока.

Блок 21 выдачи результата работает (фиг.4) следующим образом. Поступающий на вход блока 21 параллельный корреляционный код суммы импульсов с выхода счетчика 44 .импульсов записывается в регистр 46. Цифроаналоговый преобразователь 47 преобразует его в пропорциональное аналоговое напряжение, которое выдается на первый вход сумматора 49, на второй вход которого выдается постоянное напряжение задатчика 48 постоянного напряжения. Это напряжение задается при настройке измерителя таким образом, что выходное напряжение сумматора 49 характеризует вязкость контролируемой жидкости в виде отклонения от номинального значения. Выходное напряжение сумматора 49 является выходным напряжением бпо- ка 21.

В основе работы измерителя вязкости жидкости лежат следующие закономерности. Динамика движения зондов 8 и 9 в процессе измерения характеризуется следующими соотношениями:

efiRjjv

О)

Р4 - ()в э (2

J . 0 .- ,„ 2530 .50

55

Pi

где R - радиус шаровых зондов 8 и 9; - плотность материала шаровых

зондов 8 и 9;

рж плотность контролируемой жидкости;

R - ускорение свободного падения; Р , - вес груза 14; Рл - вес груза 15; 2 - измеряем .я вязкость жидкости; V, - скорость равномерного движежения зонда 8;

Vg скорость равномерного движения зонда 9.

Для упрощения структурной схемы измерителя зонды 8 и 9 следует выбирать идентичными, т.е. имеющими одинаковые радиусы и плотности материалов.

9162

В этом случае сложение уравнения (1) и (2) позволяет получить следующее соотношение:

Р2 - Р, (V, + V2) (3)

Из уравнения (3) получаем выражение, позволяющее рассчитывать вяз- кость контролируемой жидкости

Р-2 - ...

%

Скорость равномерного движения характеризует путь, пройденный за заданный промежуток времени Д t

(PZ - Pt) &t

- P

Z 6fa(v4 + va)

f

(5)

67R (L , + L2)

где Lj и L- - пути, проходимые, соответственно зондами 8 и 9.

Учитывая, что пути, проходимые зондами 8 и 9, пропорциональны углу поворота барабанов 6 и 7, на валы которых намотаны зондопроводники 10 и 11, получаем окончательное выражение для расчета вязкости контролируемом жидкости

I

(Ft - Р( ) At

67RR, , -и2)

где R , - радиус валов барабанов 6

и 7; ДСр - угол поворота барабанов,

при повороте на который от- метчики 16 и 1/ угла поворота выдают очередной им- i-ульс (метку);

ц и ig- число импульсов (меток), зафиксированное счетчиком 44 импульсов измерители вязкости жидкости. Измеритель вязкости жидкости работает следующим образом.

Измерение вязкости жидкости осутце- ствляется цикли-чески, причем каждый цикл содержит несколько стадий измерения.

Стадия приведения зондов 8 и 9 в исходное состояние перед измерением начинается с перехода программного реле 1 в первую позицию. При этом появляется напряжение на первом Е иходе программного реле 1, Которым включают

ся в работу электродвигатели 2 и 3 и электромагнитные муфты 4 и 5. Срабатывая, электромагнитные муфты 4 и 5 соединяют вращающиеся оси электродви791

5

О

..

20

25

30

35

404550

55 8Ю

гателей 2 и 3 с валами соответственно барабанов 6 к 7. Вращение палов барабанов 6 и 7 приводит к подъему зонда 8 и груза 15 при одновременном опускании зонда 9 и груза 14. Это происходит вследствие наматывания на валы барабанов зондопроводника 10 и троса 13 при одновременном сматывании с этих залов троса 12 и зондопроводника 1I. Этот процесс продолжается до тех пор, пока программное реле I не перейдет во вторую позицию. За время шхождения программного реле 1 v первой позиции зонд 8 оказывается поднятым на достаточную высоту, а зонд 9 - опушенным на достзточную глубину в жидкость .

После перехода программного реле 1 во вторую позицию начинается начальная стадия движения зондов 8 и 9, стадия движения зондов 8 и 9 с изменяющейся скоростью, стадия достижения движения с равномерной скоростью. В этом режиме снимается напряжение с первого выхода программного реле 1 и подается напряжение на пторо выход этого реле. Электромагнитные муфты 4 и 5 отсоединяют оси электродвигателей 2 и 3 от валон барабанов 6 и 7. Вал барабана 6 начинает вращаться под действием веса зондл 8, причем его вращение замедляется грузом 14. Вал барабана 7 вращается под действием груза 15 и его вращение замедляет зочд 9. Поскольку зонды 8 и 9 движутся в контролируемой жидкости, то она также оказывает сопротивление их движению. Тем не менее первоначально неподвижные зонды 8 и 9 некоторый промежуток времени движутся с ускорением, приближаясь к установившейся скорости прямолинейного и равномерного движения. Напряжение с второго выхода программного реле 1 включает в работу отметчики 16 и 17 угла поворота, формирователь I8 и служит управляющим напряжением для блока 1 9 временного управления. Отме.тчнкн 16 и 17 угла попоротл выдают импул ы при каждом повороте соотретственно б рабанов 6 и 7 на заданный угол. Эти импульсы передаются соответственно на первый и второй выходы измерителя, соединенные с входами вычислительного блока 24, и на третий и четвертый входы блока 20 формирования результата. Формирователь 18 в момент подачи на его вход напряжения генерирует на выходе одиночный

162

импульс, которым приводятся п исходное состояние перед измерением блок

19временного управления и блок 20 формирования результата.

Непосредственно стадия измерения начинается после того, как через заданный промежуток времени, заведомо достаточный для того, чтобы зонды 8 и 9 начали двигаться с равномерной скоростью, блок 19 временного управления выдает на второй вход блока 20 формирования результата управляющий потенциал, разрешающий суммирование импульсов с выходов отметчиков 16 и 17 угла поворота. По истечении строго заданного промежутка времени этот потенциал блоком 19 временного управления снимается и блок 20 формирования результата прекращает счет им- пульсов, поступающих на его третий и четвертый входы. Накопленная блоком

20формирования результата сумма импульсов характеризует вязкость контролируемой жидкости. Код этой суммы переписывается в блок 21 выдачи результата и преобразуется в аналоговое напряжение, которое выдается на третий выход измерителя и на индикатор

22, шкала которого проградуирована в значениях вязкости. С третьего выхода измерителя это напряжение, поступающее на вход блока 23 регулирования вязкости, может быть использовано для регулирования вязкости контролируемой жидкости.

Использование изобретения позволяет не только автоматизировать получение данных о вязкости контролируемой жидкости без использования сложных ВЫ числителей (микроЭВМ), но и получать оперативную информацию для регулирования ее вязкости.

Формула изобретения

1. Измеритель вязкости жидкости по авт.св. № 1408301, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет автоматизации получения результата измерения, в него введены блок временного управления, блок формирования результата, блок выдачи результата, индикатор и формирователь, подключенный входом к входам отметчиков угла поворота и к первому входу блокч временного управления и выходом - к первому входу блока формирования результата и к второму

1

5

0 г

Q

$

0

5

812

входу блока временного управления, выход которого соединен с вторым входом блока формирования результата, подсоединенного третьими четвертым входами к выходам соответственно первого и второго отметчиков угла поворота и группой выходов - к группе входов блока выдачи результата, выход которого, являющийся третьим выходом измерителя, соединен с входом индикатора.

2.Измеритель по п.1, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что в нем блок временного управления содержит первый

и второй счетчики импульсов, первый, второй, третий, четвертый и пятый элементы И, первый и второй элементы НЕ и первый генератор импульсов, выход которого соединен с одними входами первого и третьего элементов И, обнуляющие входы обоих счетчиков импульсов являются первым входом блока, вторым входом которого являются вторые входы первого и третьего элементов И, первый элемент И подсоединен третьим входом к выходу первого элемента НЕ и выходом - к счетному входу первого счетчика импульсов, выходы которого соединены с входами второго элемента И, подключенного выходом к третьему входу третьего элемента И, к одному входу пятого элемента И и к входу первого элемента НЕ, третий элемент И подсоединен четвертым входом к выходу второго элемента НЕ и к другому входу пятого элемента И, выход которого является выходом блока, выход третьего элемента И соединен с счетным входом второго счетчика импульсов, выходы которого подсоединены к входам четвертого элемента И, подключенного выходом к входу второго элемента HI.

3.Измеритель по п.1, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что в нем блок формирования результата содержит второй генератор импульсов, два триггера, шестой и седьмой элементы И, два элемента задержки, одновибратор, элемент ИЛИ, группу элементов И и третий счетчик импульсов, обнуляющий вход которого является первым входом блока, одновибратор, вход которого является вторым входом блока, подсоединен входом к одним входам шестого и седьмого элементов И и выходом - к одному входу группы элементов И, выходы - третьего счетчика импульсов соединены с другими входами элементов И, вы -16

ходы которых являются выходами блока, первый триггер, единичный вход которого является третьим входом блока, подключен обнуляющим входом к выходу первого элемента задержки, единичным и нулевым выходами - к другим входам соответственно шестого и седьмого элементов И, второй триггер, единичный вход которого является четвертым входом блока, подсоединен обнуляющим входом к выходу второго элемента задержки и единичным выходом - к третьему входу седьмого элемента И, выход второго генератора импульсов соединен с третьим входом шестого элемента И и с четвертым входом седьмого элемента И, выходы шестого и седьмого элементов И подключены к входам соответст

8

14

$

впнно первого и второго элементов задержки и к одному и другому входам элемента ИЛИ, ныход которого соединен со счетным входом третьего счетчика импульсов.

4. Итмернтоль по п.1, о т л и ч а- ю щ и и с. я тем, что в нем блок выдачи результата содержит регистр, цифроаналоговый преобразователь, сумматор и задатчик постоянного напряжения, выход которого соединен с одним входом сумматора, регистр, входы которого являются входами блока, подключен выходами к входам цифроанало- гового преобразователя, подсоединенного выходом v другому входу сумматора , пыход которого является выходом блока.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к и верителям вязкости жидкостей, обеспечивающим автоматическое измерение пяз- кости контролируемпи жидкой среды- Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет автоматизации получения результата измерения. В устройство, содержащее про- граммное реле 1, электродвигатели 2 и 3, электромагнитные муфты 4 и 5, кинематически связывающие барабаны 6 и 7 с электродвигателями 2 и 3, зонды 8 и 9 с зондотросами 10 и 11 и с тросами 12 и 13, грузы 14 и 15 и отметчики 16 и 17 угла поворота барабанов 6 и 7, введены формирователь 18, блок 19 временного управления, блок 20 формирования результата, блок 21 выдачи результата и индикатор 22, что поз- вочнет автоматизировать получение резуль 1ТЫ измерения без использования сложного вычислительного блока (мик -ю )НМ) , а также тюпучлть оператив- iivii информацию о вязкости контролируемой жнцк н-ц. 3 з.п.ф-лы, 4 ил. ш (Л

29

31

32

Фиг. 2