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

Изобретение относится к технике измерения вязкости жидкости и касается измерителей, обеспечивающих автоматическое измерение вязкости контролируемой жидкой среды.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем учета влияния изменения скорости шарового зонда в переходном режиме.

На фиг.1 представлена структурная схема измерителя вязкости жидкости; на фиг.2 - вариант выполнения структурной схемы измерителя вязкости.

Измеритель вязкости жидкости (фиг. 1) содержит программное реле 1, определяющее ритм работы измерителя и выдаюшее Б требуемые моменты напряжения на три своих выхода, блок 2 взвода, обеспечивающий перемещение шарового зонда в исходную точку траектории движения перед каждым очередным замером вязкости жидкости, барабан 3, на котором с помощью троса 4 крепится шаровой зонд 5 и угол поворота которого пропорционален длине пути, проходимого шаровым зондом 5, воспринимающим воздействие силы вязкого трения жидкости и выталкивающей силы, датчик 6 скорости, формирующий напряжение, величина которого характеризует текущее значение скорости движения шарового зонда 5, генератор 7. выдающий прямоугольные импульсы стабильной частоты, первый компаратор 8, управляющий формированием напряжения, равного по величине текущему значению напряжения на выходе датчика 6 скорости, второй компаратор 9, определяющий момент времени окончания измерения оцениваемой постоянной времени экспоненты, элемент И 10, управляющий прохождением импульсов на счетный вход счетчика, дополнительный элемент И 11, управляющий прохождением импульсов на счетный вход дополнительного счетчика, счетчик 12, суммируя поступающие на вход импульсы, определяющий значение оцениваемой постоянной времени экспоненты дополнительный счетчик 13, подсчитывающий число подаваемых на счетный вход им- пульсов и определяющий тем самым значение напряжения на онходе датчика 6 скорости, первый цифроаналоговый преобразователь 14, формирующий напряжение, пропорциональное коду дополнитегьного счетчика 13 и тем самым равного напряжению на выходе датчика 6 скорости, второй цифроаналоговый преобразователь 15, формирующий напряжение, пропорциональное значению кода аналого-цифрового преобразователя 16, аналого-цифровой преобразователь 16, в заданный момент времени оценивающий текущее значение напряжения на выходе сумматора и хранящий полученный код до конца очередного цикла измерения вязкости, делитель 17 напряжения, снижающий значение подаваемого на вход напряжения в требуемое число раз, инвертор 18, изменяющий фазу подаваемого нз вход напряжения на противоположную, сумматор 19, определяющий разность напряжений на выходах первого цифроаналогового преобразователя 14 и датчика 6 скорости, элемент ИЛИ 20, объединяющий цепи подачи импульсоз на обнуляющий вход триггера 21, который формирует на собственном выходе импульс разрешающего напряжения, длительность которого идентифицирует оцениваемую постоянную времени экспоненты, индикатор 22, высвечивающий полученный результат измерения.

Устройство работает следующим образом,

0Подготовка измерителя к работе происходит в то время, когда программное реле 1 находится в первой позиции. При этом кратковременно появляется разрешающее напряжение на втором выходе программного

5 реле 1, Происходит обнуление счетчика 12, дополнительного счетчика 13 и через объединяющий элемент ИЛИ 20 - тоиггера 21.

После этого начинается следующая фаза подготовки измерителя к работе, в про0 цессе которой оценивается скорость установившегося равномерного движения шарового зонда 5 в процессе его погружения в жидкость. Программное реле 1 переходит во вторую позицию, в которой

5 находится промежуток времени, достаточный для приведения зонда 5 в исходное перед погружением положение,.С этой целою на первый выхса программного реле 1 выдается напряжен, е, под воздействием

0 которо -о блок 2 взводз, вращая барабан 3. на который наматывается трос 4, осуществляет подъем зонда 5.

Затем программное реле 1 переходит в третью позицию. Напряжения на его выхо5 дах отсутствуют. Блок 2 взвода перестает воздействовать на барабан 3, который под воздействием зонда 5 и скатывающегося трос 4 начинает вращаться, одновременно вращая и ось датчика 6 скорости. На выходе

0 датчика 6 скорости формируется напряжение, пропорциональное текущему значению скорости погружения зонда 5. Это напряжение подается на первый вход первого компаратора 8, на второй вход которого

5 подводится выходное напряжение первого цифроаналогового преобразователя 14. В начальный момент при обнуленном дополнительном счетчике 13 равно нулю v напряжениенавыходепервого

0 цифроаналогового преобразователя 14. Напряжений на первом входе первого компаратора 8 больше напряжения на его втором входе, поэтому на его выходе разрешающий г емциал, которым открывается по перво5 му входу дополнительный элемент И 11. Импульсы с выхода генератора 7 проходят через него на счетный вход допслнительно- го счетчика 13, причем формируемый код этого счетчика характеризует число поступивших импульсов. Поступление импульсов

продолжается до тех пор, пока напряжение на выходе первого цифроаналогового преобразователя 14 не станет больше напряжения на выходе датчика 6 скорости (на величину приращения напряжения на выходе цифроаналогового преобразователя 14 при поступлении очередного импульса на счетный вход дополнительного счетчика 13 или меньшую величину). В этом случаэ напряжение на выходе первого компаратора 8 становится запрещающим и прохождение импульсов генератора 7 на счетный вход дополнительного счетчика 13 через дополнительный элемент / 11 прекращается. По мере нарастания напряжения на выходе датчика б скорости указанные процессы повторяются таким образом, что напряжение на выходе первого цифроаналогового преобразователя 14 отслеживает напряжение на выходе датчика 6 скорости в процессе его нарастания с погрешностью, не превышающей приращения напряжения на выходе первого цифроаналогового преобразователя 14 при увеличении на единицу кода дополнительного счетчика 13. По мере погружения зонда 5 в исследуемую жидкость его скорость (перед остановом) становится равной установившемуся значению скорости равномерного движения при погружении. Код оценки этой скорости и запоминается в конце данной фазы измерения, поскольку в процессе снижения скорости зонда 5 при останове изменений кода дополнительного счетчика 13 не происходит.

После этого программное реле 1 переходит в четвертую позицию, в которой напряжение вновь подается на его первый выход и далее на блок 2 взвода. При этом зонд 5 вновь возвращается в исходную позицию перед очередным погружением. При переходе программного реле 1 в пятую позицию напряжения снимаются со всех его выходов. Происходит повторное погружение зонда 5 в исследуемую жидкость.

Через промежуток времени, заведомо достаточный для трогания зонда 5, программное реле 1 переходит в шестую позицию, выдавая импульс напряжения на свой третий выход. Этим импульсом аналого-цифровой преобразователь включается в работу и формирует код текущего значения напряжения на его втором входе, а триггер 21 переводится в единичное состояние. Появляющимся на выходе триггера 21 разрешающим напряжением открывается по второму входу элемент И 10. Импульсы с выхода генератора 7 проходят через него на счетный вход счетчика 12, которым суммируется число поступивших импульсов за оцениваемый промежуток времени. Подаваемое HP, второй вход аналого-цифрового преобразователя 16 с выхода сумматора 19 напряжение представляет собою сумму напряжений с выхода первого цифроаналого- 5 вогопреобразователя14,

характеризующего напряжение на выходе датчика 6 скорости при равномерной скорости погружения зонда 5, и напряжения с выхода инвертора 18. В свою очередь, по10 следнее напряжение равно по величине напряжению на выходе датчика 6 скорости и противоположно ему по знаку. Таким образом, напряжение на выходе сумматора 19 равно разности напряжений первого циф5 роаналогового преобразователя 14 и датчика б скорости. При неподвижном зонде 5 она равна напряжению на выходе первого цифроаналогового преобразователя 14, так как напряжение на выходе датчика скорости

0 равно нулю, а в то время, когда зонд 5 будет погружаться с равномерной скоростью, напряжение на выходе сумматора 19 станет равным нулю. Изменение во времени выходного напряжения сумматора 19 происхо5 дит по экспоненте с оцениваемой постоянной времени. В результате работы аналого-цифрового преобразователя 16 в его память будет записан код, характеризующий напряжение на выходе сумматора 19

0 в момент подачи импульса на первый вход аналого-цифрового преобразователя 16. Второй цифроаналоговый преобразователь

16сформирует на своем выходе напряжение, пропорциональное коду, хранящемуся

5 в аналого-цифровом преобразователе 16. Это напряжение подается на вход делителя

17напряжения, которым уменьшается в заданное число«раз (например, в е раз). Выходные напряжения сумматора 19 и делителя

0 17 напряжения сравниваются вторым компаратором 9. Первоначально напряжение сумматора 19 заведомо больше напряжения на выходе делителя 17 напряжения и на выходе второго компаратора 9 присутствует

5 запрещающий потенциал. Однако по мере нарастания напряжения на выходе датчика 6 скорости при увеличении скорости зонда 5 после его разгона, напряжение на выходе сумматора уменьшается по экспоненте, в то

0 время, как напряжение на выходе делителя 17 напряжения остается постоянным по величине. Через измеряемый промежуток времени напряжение на выходе сумматора 9 станет меньше напряжения на выходе дели5 теля 17 напряжения. На выходе второго компаратора 9 появится разрешающий потенциал, которым после передачи через элемент ИЛИ 20 обнуляется триггер 21. Возникающим на его выходе запрещающим потенциалом запирается по второму входу

элемент И 10. Импульсы генератора 7 в данном цикле измерения на счетный вход счетчика 12 больше не поступают, Код, хранящийся в счетчике 12, характеризует значение измеряемой постоянной времени экспоненты. Оно высвечивается индикатором 22.

Далее программное реле 1 переходит в седьмую позицию, в которой находится до начала следующего цикла измерения.

Измеренное значение вязкорти жидкости по полученной оценке постоянной времени экспоненты Т может быть рассчитано по формуле, справедливой при выполнении закона Стокса

4,5 -Т где / - измеряемая вязкость жидкости;

R - радиус шарового зонда 5;

р - плотность материала шарового зонда 5;

Т - оцениваемая при измерении постоянная времени экспоненты, характеризующей динамику изменения скорости шарового зонда 5 при приближении к скорости равномерного движения при погружении.

При применении измерителя нет необходимости при измерении получать оценку плотности жидкости, которая при измерении вязкости является помехой измерению. Как следует из соотношения в предлагаемом измерителе расчет вязкости осуществляется по измеренному значению постоянной времени Т, которая от плотности жидкости не зависит. Одновременно преимуществом предлагаемого измерителя является применение в качестве датчика первичной информации не измерителя ускорения (акселерометра), а измерителя скорости (в частном случае, измерителя угловой скорости - тахометра). Эти датчики имеют более высокие метрологические характеристики, и более высокуюточность измерения. В то же время в измерителе сохранена простота электронной схемы.

В состав варианта измерителя вязкости жидкости (фиг. 2) входят программное реле 23, определяющее ритм работы измерителя и выдающее в требуемые моменты времени напряжения на три своих выхода, блок 24 взвода, обеспечивающий перемещение шарового зонда в исходную точку траектории движения перед каждым очередным замером вязкости жидкости, барабан 25, на котором с помощью троса 26 крепится шаровой зонд 27, и угол поворота которого пропорционален длине пути, проходимого шаровым зондом 27, на который оказывают

воздействие выталкивающая сила жидкости и сила ее вязкого трения, акселерометр 28, формирующий напряжение, пропорциональное ускорению шарового зонда 27, аналого-цифровой преобразователь 29, в требуемые моменты времени измеряющий напряжение на выходе акселерометра 28 и формирующий двоичный код этого напряжения, цифрозналоговый преобразователь

30, преобразующий хранящийся в аналого- цифровом преобразователе 29 код в пропорциональное аналоговое напряжение, делитель 31 напряжения, формирующий напряжение, составляющее требуемую часть

напряжения на выходе цифроаналогового преобразователя 30, компаратор 32, путем сравнения напряжений на выходе акселерометра 28 и делителе 31 напряжения, определяющий время окончания замера,

элемент И 33, обеспечивающий своевременную передачу командного импульса об окончании замера, элемент ИЛИ 34, объединяющий цепи подачи импульсов на обнуляющий вход триггера 35, формирующего

выходной импульс, длительность которого характеризует измеряемую вязкость, генератор 36, выдающий прямоугольные импульсыстабильнойчастоты, дополнительный элемент И 37, управляющий цепью подачи импульсов на счетный вход счетчика 38, суммирующего поступающие на вход прямоугольные импульсы и формирующий код, характеризующий вязкость исследуемой жидкости, индикатор 39,

высвечивающий результат измерения.

Измеритель вязкости жидкости работает следующим образом.

Каждый очередной цикл измерения начинается при переходе программного реле

23 в первую позицию. При этом появляется напряжение на его первом выходе, которое передается на электрический вход блока 24 взвода и в виде разрешающего потенциала на обнуляющий вход счетчика 38. Кроме то5 го, через элемент ИЛИ 34 это напряжение подается на обнуляющий вход триггера 35. Блок 24 взвода, вращая барабан 25, на который наматывается трос 26, поднимает шаровой зонд 27 в исходное положение. Код.

0 хранящийся в счетчике 38, под воздействием этого напряжения становится равным ну- лю. Триггер 35 переходит в нулевое состояние, в котором с его выхода на первый вход дополнительного элемента И 37

5 подается запрещающий потенциал. В этом режиме прямоугольные импульсы, непрерывно подаваемые на второй вход этого элемента с выхода генератора 36, на счетный вход счетчика не передаются.

После требуемой временной задержки, достаточной для перемещения шарового зонда 27 в требуемое положение, программное реле 23 переходит во вторую позицию, в которой напряжения отключены от всех трех его выходов. Шаровой зонд 27 с. ускорением начинает погружаться в жидкость, заставляя за счет сматывания троса 26 вращаться вал барабана 25.

Через промежуток времени, достаточный для начала движения шарового зонда 27, программное реле переходит в третью позицию, в которой на его втором выходе появляется- управляющий импульс напряжения. Поежде всего, этим импульсом переводится в единичное состояние триггер 35. Разрешающим потенциалом с его выхода открывается по первому входу дополнительный элемент И 37. Импульсы генератора 36 проходят через него на счетный вход счетчика 38 и суммируются им. Одновременно импульс с второго выхода программного реле 23 подается и на второй вход аналого-дискретного преобразователя 29, включая его в работу по измерению текущего значения напряжения на выходе акселерометра 28, поданного на первый вход этого преобразователя. Полученный в процессе преобразования двоичный код напряжения акселерометра 28 хранится в аналого-цифровом преобразователе 29, выходными потенциалами которого управляется цифроаналоговый преобразователь 30. Им формируется постоянное по величине напряжение, значение которого равно напряжению на выходе акселерометра 28 в момент появления импульса на втором выходе программного реле. Это напряжение подается на делитель 31 напряжения, которым уменьшается в требуемое число раз (если напряжение уменьшается в е раз, где е - основание натуральных логарифмов, то в результате замера в счетчике 38 код суммы будет соответствовать постоянной времени экспоненты Т). Выходное напряжение делителя 31 подается на второй вход компаратора 32, на первые вход которого поступает напряжение с выхода акселерометра 28. Поскольку в рассматриваемом режиме напряжение на первом входе превышает напряжение на втором входе, то на выходе компаратора 32 - запрещающий потенциал.

Через следующий небольшой промежуток времени, достаточный для наступления ранее описанного режима, программное реле 23 переходит в четвертую позицию, в которой напряжение подается только на третий его выход. Этим напряжением по второму входу открывается элемент И 33. Поэтому, когда по мере увеличения скорости движения шарового зонда 27 уменьшается его ускорение, а следовательно, и напряжение на выходе акселерометра 28, в какой-то момент времени оно становится 5 меньшим напряжения на выходе делителя 31. На выходе компаратора 32 появляется разрешающий потенциал, который передается через элемент И 33, элемент ИЛИ 34 и поступает на обнуляющий вход триггера 35.

0 Триггер 35 переходит в нулевое состояние. Появляющимся на его выходе запрещающим потенциалом запирается по первому входу дополнительный элемент И 37. Импульсы генератора 36 на счетчик 38 не по5 ступают. Счетчик 38 хранит значение ранее рассчитанного кода. Выходные потенциалы этого счетчика управляют индикатором 39, которым высвечивается результат измерения.

0 Через заданный промежуток времени программное реле 23 переходит в пятую позицию. Напряжения со всех трех его выходов снимаются. В этой позиции программное реле 23 находится до начала

5 следующего цикла измерения вязкости жидкости.

Считанные показания индикатора 39, в частности с помощью графика градуировки измерителя, позволяют оценить вязкость

0 исследуемой жидкости. Измеритель обладает преимуществами сточки зрения времени измерения, габаритов технологических ванн, в которых возможно измерение. Точность измерения в определяющей мере за5 висит от точности оценки текущих значений ускорения шарового зонда 27 акселерометром 28.

Формула изобретения Измеритель вязкости жидкости, содер0 жащий программное реле, блок взвода, счетчик, индикатор, элемент И и барабан, на котором с помощью троса закреплен шаровой зонд, причем ось барабана кинематически связана с осью блока взвода,

5 электрический вход которого соединен с первым выходом программного реле, и генератор, выход которого связан с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу триггера, а выход - к

0 счетному входу счетчика, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности измерения путем учета влияния изменения скорости шарового зонда в переходном режиме, в него введены дополнительный счет5 чик, дополнительный элемент И, первый и второй компараторы, первый и второй циф- роаналогозые преобразователи, аналого- цифровой преобразователь, инвертор, сумматор, делитель напряжения, элемент ИЛИ и датчик скорости, ось которого кинемагически связана с осью барабана, а электрический выход подключен к первому входу первого компаратора и через инвертор - к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого цифро- аналогового преобразователя и вторым входом первого компаратора, первый и второй входы дополнительного элемента И соединены соответственно с выходом первого компаратора и выходом генератора, выход дополнительного элемента И связан со счетным входом дополнительного счетчика, обнуляющий вход которого соединен с вторым выходом программного реле, обнуляющим входом счетчика и первым входом элемента ИЛИ, выходы дополнительного счетчика подключены к входам первого цифроаналогового преобразователя, второй вход и выход элемента ИЛИ соединены с выходом второго компаратора и обнуляющим входом триггера соответственно, единичный вход триггера соединен с третьим выходом программного реле и первым входом аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого подключен к выходу сумматора и первому входу второго компаратора, входы индикатора соединены с выходами счетчика, входы второго цифроаналогового преобразователя связаны с выходами аналого-цифрового преобразователя,приэтомвыход

цифроаналогового преобразователя через делитель напряжения подключен к второму входу второго компаратора

Изобретение относится к технике измерения вязкости жидкости и касается измерителей, обеспечивающих автоматическое измерение вязкости контролируемой жидкой среды. Целью изобретения является повышение точности учета влияния изменения скорости шарового зонда в переходном режиме. В измерителе содержится дополнительный элемент И, дополнительный счетчик, первый и второй компараторы, первый и второй цифроаналоговые преобразователи,аналого-цифровой преобразователь, инвертор, сумматор, делитель напряжения, элемент ИЛИ, индикатор и датчик скорости, ось которого кинематически связана с осью барабана, а электрический выход подключен к первому входу первого компаратора и через инвертор - к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого цифроаналогового преобразователя и вторым входом первого компаратора, первый и второй входы и выход дополнительного элемента И соединены с выходом первого компаратора, выходом генератора и счетным входом дополнительного счетчика соответственно, обнуляющий вход дополнительного счетчика соединен с вторым выходом программного реле, обнуляющим входом счетчика и первым входом элемента ИЛИ, а его выходы подключены к входам первого цифроаналсгового преобразователя, второй вход и выход элемента ИЛИ соединены с выходом второго компаратора и обнуляющим входом триггера соответственно, единичный вход триггера соединен с третьим выходом программного реле и первым входом аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого подключен к выходу сумматора и первому входу второго компаратора, входы второго цифроаналогового преобразователя соединены с выходами аналого-цифрового преобразователя. Измеритель имеет более высокие метрологические характеристики и более высокую точность измерения. 2 ил. сл с XI о hO ю СП

Фиг А

Фиг. 2