Вискозиметр Советский патент 1991 года по МПК G01N11/16 

Изобретение относится к технике измерения вязкости жидких сред и может быть использовано в химической, нефтехимиче- ской и других отраслях промышленности для автоматического и .оперативного измерения вязкости в различных условиях.

Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерений.

На фиг.1 схематично изображен предлагаемый вискозиметр с электромеханической схемой подключения, вид спереди; на фиг.2 - механическая часть вискозиметра, вид сверху.

Вискозиметр содержит механическую часть, т.е. датчик вязкости, схему возбуждения и измерительную схему. Датчик вязкости содержит чувствительный элемент в виде вертикально ориентированной пластинки 1, закрепленной на горизонтальной оси 2, на верхнем торце пластинки 1 укреплен постоянный магнит 3, направление намагниченности которого совпадает с горизонтальной осью пластинки 1, а в нижней части пластинки закреплен противовес в виде шпильки 4 с гайками 5 из немагнитных металлов, обеспечивающих смещение центра тяжести пластинки 1 ниже оси 2, причем изменением числа и размеров гаек 5 возможна регулировка величины статической неуравновешенности чувствительного элемента относительно горизонтальной оси. Ось 2 проходит через подшипники 6 в пластинке 1 и жестко установлена концами на поплавке 7, выполненном в виде кольца, в отверстии которого размещен чувствительный элемент- пластинка 1 с погружено ю

СА J

О

ной в исследуемую жидкость 8 нижней частью. На поплавке 7 в вертикальной плоскости жестко закреплена охватывающая чувствительный элемент- пластинку 1 рамка 9 для крепления электромеханических элементов схемы возбуждения и измерительной схемы.

Схема возбуждения состоит из электромагнита 10с обмоткой 11, укрепленного на верхней стороне рамки 9 в плоскости чувствительного элемента - пластинки 1 непосредственно над его верхним торцом с постоянным магнитом 3, а обмотка 11 электромагнита подключена через усилитель 12 мо щности к одному из выходов генератора 13 прямоугольных импульсов (ГПИ) с регулируемой амплитудой и длительностью, выдающего последовательность импульсов прямоугольной формы с необходимой амплитудой и периодом следования и с линейно возрастающей длительностью.

Измерительная схема состоит из регистрирующего элемента в виде герметизированного магнитоуправляемого контакта (геркона 14), закрепленного на находящейся в исследуемой жидкости 8 нижней стороне рамки 9 в плоскости чувствительного элемента под его нижним торцом, удаленным от оси 2 на такое же расстояние, что и верхний торец, при этом электрические выводы геркона 14 герметизированы и подключены параллельно через добавочный резистор 15 к второму выходу ГПИ, к которому последовательно подключены одно- вибратор 16, счетчик 17 импульсов и цифровой индикатор 18с несколькими шкалами, проградуированными непосредственно в единицах вязкости.

Измерение вязкости реализуют следующим образом.

Выбирают велич /жу амплитуды импуль- сов.снимаемыхс ГПИ, которая задается при грубой регулировке и зависит от типа исследуемой жидкости, причем выбранной амплитуде соответствует шкала цифрового индикатора. При такой регулировке, когда даже примерно параметры вязкости исследуемой жидкости неизвестны, задают при заданном коэффициенте усиления усилителя 12 мощности определенную амплитуду снимаемых с ГПИ 13 импульсов, после чего запускают ГПИ, при этом с ГПИ снимается вся заданная последовательность импульсов с постоянной выбранной амплитудой и линейно увеличивающейся длительностью. Если при этом пластинка 1 не сработает, то амплитуду снимаемых с ГПИ 13 импульсов увеличивают до следующего стандартного значения, и процесс настройки повторяют. В случае, если чувствительный элемент пластинка 1 сработает, заданную амплитуду импульсов оставляют, и измерительная схема к работе готова.

В зависимости от выбранной амплитуды снимаемых импульсов выбирают и шкалу цифрового индикатора 18, проградуирован- ного в единицах вязкости (следует указать, что в устройстве возможна трехкратная независимая регулировка: указанная, регули0 ровка коэффициентом усиления усилителя 12 мощности, а также непосредственно регулировка датчика за счет изменения статической неуравновешенности чувствительного элемента - пластинки 1 изменени5 ем количества и размеров регулировочных гаек 5).

После регулировки схемы ГПИ 13 запускают, и с него снимается последовательность прямоугольных импульсов с уже

0 выбранной амплитудой и линейно возрастающей длительностью. Через первый выход ГПИ 13 эти импульсы подаются в обмотку 11 электромагнита 10, Полярность импульсов и обращенного к электромагниту 10 полюса

5 постоянного магнита 3 выбраны одинаковыми, поэтому при подаче в электромагнит 10 импульса возникают силы отталкивания электромагнита 10 и постоянного магнита 3, в результате чего к ч вствительному элемен0 ту - пластинке 1 прикладывается относительно оси 2 импульсный вращающий момент, противодействие которому оказывает момент сил тяжести неуравновешенного чувствительного элемента - пластинки 1.

5 При малой длительности импульсов, снимаемых с ГПИ 13, импульсного момента за период действия импульса недостаточно для переворота чувствительного элемента на 180°. Однако длительность импульсов,

0 снимаемых с. ГПИ, постепенно увеличивается, и при каком-то импульсе чувствительный элемент повернется вокруг оси 2 на 180° (естественно, что длительность импульса, обеспечивающего переворот при уже вы5 бранной ранее амплитуде и параметрах схемы, определяетсл вязкостью исследуемой жидкости). Период следования импульсов ГПИ (скважность) выбирают такой, чтобы после действия каждого импульса чувстви0 тельный элемент успел возвратиться в исходное вертикальное состояние и успокоиться, т.е., около пяти периодов оборота чувствительного элемента вокруг оси 2. В исходном положении контакты герко5 на 14 нормально разомкнуты. При перевороте пластинки 1 постоянный магнит 3 оказывается вблизи геркона 14, при этом контакты геркона замыкаются, ГПИ 13 через добавочный резистор 15 шунтируется, и выдача импульсов сразу прекращается. После

запуска ГПИ 13 последовательность импульсов одновременно поступает на одно- вибратор 16, где импульсы с линейно увеличивающейся длительностью преобразуются просто в последовательность стан- дартных импульсов, и счетчик импульсов 17, где эти импульсы подсчитываются. После замыкания геркона 14 и отключения ГПИ счетчик 17 даст количество импульсов, снятых с ГПИ, до импульса с необходимой длительностью, обеспечивающей срабатывание чувствительного элемента - пластинки 1. Это число импульсов переводится в период (длительность) импульса срабатывания, а в зависимости от этого периода цифро- вой индикатор 18 даст измеренное значение уже в единицах вязкости жидкости.

Градуировка шкал индикатора 18 проводится путем измерения вязкости в эталонных жидкостях с известной вязкостью. Получены также расчетные зависимости, позволяющие по амплитуде и длительности импульса срабатывания чувствительного элемента, механическим параметрам датчика вязкости (веса чувствительного элемента, статической неуравновешенности), электрическим параметрам схемы измерения вычислить величину вязкости и провести градуировку шкал. Однако зависимости довольно сложны, поэтому градуировку целе- сообразнее вести указанным выше образом.

Устройство обеспечивает хорошую совместимость с цифровыми элементами автоматики, может работать от аккумулятора и обеспечивать полную автономность, вязкость может быть измерена практически в любых диапазонах, емкостях и в любой среде, в том числе и агрессивных жидкостях. Измеритель не чувствителен к наклонам резервуаров, перекосам и т.п., так как поплавок, на котором смонтирована механическая часть вискозиметра, автоматически обеспечивает горизонтальное положение. С

выхода одновибратора сигнал можно снимать непосредственно на микропроцессор, т.е использовать вискозиметр в качестве датчика в автоматических системах управления. Датчик, установленный на поплавке, можно опустить в углубленный сосуд, и будет обеспечено дистанционное измерение вязкости без контакта с контролируемой средой. Прибор универсален, так как возможность измерения не связана ни с какими ограничениями, накладываемыми на величину возможной вязкости, измерение может проводиться при движении чувствительного элемента в колебательном, апериодическом режиме и т.п.

Формула изобретения Вискозиметр, содержащий электромагнит, подключенный через усилитель мощности к генератору прямоугольных импульсов с регулируемой амплитудой и длительностью, регистрирующий элемент в виде геркона, а также свободно укрепленный на горизонтальной оси чувствительный элемент с размещенным на нем постоянным магнитом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерения, чувствительный элемент выполнен в виде пластинки, на одном из торцов которой укреплен постоянный магнит, а центр тяжести пластинки смещен относительно оси в противоположную от магнита сторону, горизонтальная ось установлена на поплавке, имеющем осевое отверстие для размещения чувствительного элемента, а электромагнит и геркон установлены на противоположных сторонах плоской рамки, закрепленной на поплавке и охватывающей чувствительный элемент, причем первый и второй выводы геркона подключены соответственно к первому и второму выходам генератора и одноименным входам одновибратора, выход которого через счетчик связан с входом цифрового индикатора.

5 Ц 14

я-я

Фиг.1

8

Изобретение относится к технике измерения вязкости жидких сред и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности для автоматического измерения вязкости. Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерений. Вискозиметр содержит чувствительный элемент в виде вертикально ориентированной пластинки, закрепленной с возможностью поворота на горизонтальной оси. на верхнем торце пластинки укреплен постоянный магнит, центр масс пластинки смещен ниже оси Ось концами установлена на поплавке, выполненном в виде кольца, в отверстии которого размещен чувствительный элемент с погруженной в исследуемую жидкость нижней частью. На поплавке установлена рамка для крепления элементов схемы, На верхней стороне рамки укреплен электромагнит с обмоткой, подключенной через усилитель мощности к выходу генератора прямоугольных импульсов. На нижней стороне рамки укреплен геркон, включенный параллельно в цепь генератора, к которому последовательно подключены одно- вибратор, счетчик импульсов и цифровой индикатор. 2 ил. СО с