Вискозиметр Советский патент 1992 года по МПК G01N11/10 

Изобретение относится к устройствам для измерения вязкости жидкостей и может быть использовано в химической, нефтяной и других отраслях промышленности, где необходимо контролировать их вязкость.

Известен шариковый вискозиметр, содержащий шарик на нити фиксированной длины, подвешенный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в вертикальном направлении, помещенный в вертикальный цилиндр с затвором, коромысло, к одному из плеч которого подвешен шарик и прикреплен цилиндр, а к другому плечу-стрелка самописца для регистрации пути и времени его движения в исследуемой жидкости.

Известно также устройство, содержащее оптическую пару, включающую источник света, фотосопротивление и систему зеркал.

Однако такое устройство не исключает влияния субъективных факторов при его юстировке, что влияет на достоверность измеряемого параметра и ограничивает использование прибора только лабораторными условиями, так как применение в полевых условиях не исключает запотевания, загрязнения зеркал и влияния вибрации при работе реверсивного двигателя.

Кроме того, недостатками устройства являются невозможность определения вязкости жидкостей, требующих нагрева, что ограничивает его эксплуатационные возчэ

можности, наличие ручных операций при освобождении шарика, извлечении его из жидкости, расчет вязкости по расстоянию между всплесками на диаграмме, что вносит погрешность в данные измерения (субъ- ективный фактор).

Цель изобретения - повышение точности результатов и расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что вискозиметр дополнительно снабжен нагревательным элементом, автоматизированной системой обеспечения контроля и стабилизации температуры исследуемой жидкости, которая включает датчик темпе- ратуры, связанный с входом измерительного моста, соединенного выходом с входом компаратора, выход которого соединен с входом тиристора и входом инвертора, выход которого связан с входом генератора импульсов и входом тиристора, соединенного выходом через ключ с нагревательным элементом, а генератор импульсов управления через ключ соединен с рамкой магнитного устройства, автоматизированной системой регистрации времени перемещения рабочего тела, содержащей реле време- ни, соединенное своими контактами с тиристором, ключом, и счетчик импульсов, соединенный входом с тиристором через ключ, другим входом - с генератором импульсов счета через ключ, а выходом - с входом индикатора, связанного другим входом с тиристором через ключ, и соединенный с оптической парой излучатель - фотоприемник через ключ, с рамкой электромагнитного устройства через ключ.

Выполнение элемента регистрации времени перемещения рабочего тела в виде оптической пары излучатель - фотоприем- ник в сочетании с экраном позволяет задать время перемещения рабочего тела в исследуемой жидкости от ее поверхности до дна емкости, а связь оптической пары с автоматизированной системой регистрации вре- мени перемещения обеспечивает автоматизацию процесса измерения и исключает влияние субъективных факторов и тем самым повышает достоверность результатов определения вязкости.

Выполнение опоры коромысла в виде рамки, помещенной в магнитное поле, и связь электромагнитного устройства (опоры) с автоматизированной системой обеспечения контроля и стабилизации температуры позволяет перемешивать исследуемую жидкость и определять ее вязкость. Перемешивание исследуемой жидкости в период ее нагрева обеспечивает стабильность температурного поля, тем самым позволяет повысить достоверность результатов определения вязкости.

Снабжение вискозиметра нагревательным элементом позволяет определить вязкость жидкостей, требующих нагрева, например моторных, трансмиссионных масел и рабочих жидкостей, и тем самым расширить эксплуатационные возможности устройства.

Снабжение вискозиметра автоматизированными системами позволяет не только повысить достоверность получаемых результатов определения вязкости, но и применять его в полевых условиях, не ограничиваясь лабораторными, и тем самым расширить его эксплуатационные возможности.

Оптическая пара излучатель - фотоприемник в сочетании с экраном используются в различных фотометрических системах для регистрации количества деталей, геометрических оазмеров объектов и т.д , в предлагаемом вискозиметре они позволяют задать время перемещения рабочего тела на заданную глубину (новый результат). Связь фотоприемника с системой регистрации времени перемещения обеспечивает автоматизацию процесса измерения и исключает влияние субъективных факторов при измерении, тем самым повышает достоверность результатов определения вязкости. Электромагнитное устройство, включающее рамку, помещенную в магнитное поле, широко используется в электроизмерительных приборах для измерения постоянного напряжения и тока. В предложенном вискозиметре рамка электромагнитного устройства - опорой коромысла, связанная с автоматизированными системами обеспечения контроля и стабилизации температуры исследуемой жидкости и регистрации времени перемещения рабочего тела в жидкости, позволяет перемешивать исследуемую жидкость и определять ее вязкость.

На чертеже изображен вискозиметр, снабженный автоматизированными системами обеспечения контроля, стабилизации температуры исследуемой жидкости и регистрации времени перемещения рабочего тела, общий вид,

Вискозиметр включает емкость 1 для испытуемой жидкости (съемный стакан), установленную на платформе 2, выполненной с возможностью подъема и опускания, а также фиксации в верхнем положении. Емкость 1 помещена внутрь полого нагревательного элемента 3, установленного на основании 4. На основании 4 установлено и электромагнитное устройство 5 с рамкой 6, жестко со- единенной с коромыслом 7. Рамка 6

является опорой коромысла 7. К одному из плеч (к торцу его) коромысла 7 подвешено рабочее тело 8, выполненное с возможностью возвратно-поступательного перемещения в вертикальном направлении в емкости 1 для исследуемой жидкости. На том же плече коромысла 7, к которому подвешено рабочее тело 8, установлен экран 9, фиксирующий время перемещения рабочего тела 8 в исследуемой жидкости при перемещении одновременно с последним в оптической паре, включающей излучатель 10 и фотоприемник 11. Рабочее тело 8 может быть выполнено в виде диска, шара, цилиндра. Но наиболее хорошее перемешивание при нагревании исследуемой жидкости обеспечивает рабочее тело 8 в виде диска, последний наименее трудоемок при изготовлении.

Вискозиметр снабжен автоматизированной системой обеспечения контроля и стабилизации температуры исследуемой жидкости, включающей измерительный мост 12с задатчиком температуры (не показан), соединенный с датчиком 13 температуры.

Мост 12 соединен с входом компаратора 14, выход которого соединен с инвертором 15 и тиристором 16. Выход инвертора 15 соединен с генератором 17 импульсов управления и с тиристором 18, который через ключ 24 соединен с нагревательными элементом 3. Генератор 17 импульсов управления через ключ 19 соединен с рамкой 6 электромагнитного устройства 5, которое через этот же ключ 19 соединено с тиристором 16, управляемым компаратором 14.

Вискозиметр снабжен системой регистрации времени перемещения рабочего тела 8, включающей реле 17 времени, соединенное своими контактами с тиристором 16 и через ключ 19 с рамкой 6 электромагнитного устройства 5, счетчик импульсов 18, соединенный одним входом через ключ 20 с тиристором 16, другим входом через ключ 21 соединенный с оптической парой излучатель 10 - фотоприемник 11, с генератором 22 импульсов счета, а выходом - с одним из входов индикатора 23. Другой вход индикатора 23 через ключ 20 соединен с тиристором 16.

Устройство работает следующим образом.

Испытуемое масло заливается в емкость 1, которая фиксируется в пазу платформы 2, с помощью которой емкость 1 вводится снизу вверх в цилиндрический нагреватель 3 и фиксируется в верхнем положении. С помощью переключателя (не показан) в мосте 12 подключается необходимый задатчик температуры, обеспечивающий установку температуры измерения вязкости, например 100 или 50°С. Элементом управления (кнопка Пуск), связанным

с источником питания и анодами тиристоров 16 и 18 последние устанавливаются в исходное закрытое состояние, при котором потенциалом, снимаемым с анода тиристора 18, открывается ключ 22, а нулевым по0 тенциалом, снимаемым с катода тиристора 16, закрывается ключ 20, при этом генератор 17 импульсов управления движением коромысла 7 с рабочим телом 8 отключен, а генератор 22 импульсов счета работает, а

5 так как ключ 21 заперт фотоприемником 11, то счетчик 18 закрыт. Напряжение питания через открытый ключ 24 подается на нагреватель 3. По мере нагрева испытуемой жидкости сопротивление датчика 13

0 температуры падает, а напряжение на выходе моста 12 увеличивается. В момент, когда температура испытуемой жидкости превысит на 1 % значение заданной температуры, срабатывает компаратор 14. При этом отри5 цательным перепадом напряжения с выхода компаратора 14 через инвертор 15 открывается тиристор 18, который через ключ 24 отключает нагреватель 3 и включает генератор 16, импульсы которого через

0 ключ 19 поступают на обмотку рамки 6. Последняя поворачивается в магнитном поле созданном электромагнитным устройством 5, что обеспечивает подъем коромысла 7 с рабочим телом 8, которое занимает верхнее

5 положение, не выходя из объема жидкости. В промежутках между импульсами, выдаваемыми генератором 17, обмотка рамки 6 обесточена, что обеспечивает опускание рабочего тела 8 под собственным весом. Та0 ким образом, генератор 17 через ключ 19 обеспечивает возвратно-поступательное перемещение коромысла 7 с рабочим телом 8, используемое для перемешивания жидкости в емкости 1 с целью создания стабиль5 ноготемпературногополя,

обеспечивающего достоверность результатов определения вязкости.

В момент отключения нагревателя 3 температура жидкости за счет тепловой

0 инерции некоторое время продолжает повышаться, а затем начинает падать, и при достижении ею заданного значения компаратор 14 возвращается в исходное состояние и положительным перепадом

5 напряжения открывает тиристор 16, а через инвертор 15 отключает генератор 17. В этот момент прекращается перемешивание жидкости в емкости 1.

Тиристор 16 через ключ 19 одновременно подает напряжение на обмотку рамки 6,

в результате чего коромысло 7 с рабочим телом 8 занимает верхнее положение и запускает реле 25 времени, снимает сигнал установки нуля со счетчика импульсов 18 через ключ 20 и включает индикатор 23. По истечении времени, примерно 6 с, необходимого для успокоения вихревых потоков жидкости после перемешивания, реле 17 времени через ключ 19 обесточивает обмотку рамки б и рабочее тело 8 начинает опускаться под собственным весом. Как только экран 9, закрепленный на коромысле 7, перекроет световой поток от излучателя 19 к фотоприемнику 11, последний открывает ключ 21 и разрешает прохождение импульсов от генератора 22 на счетчик 18 импульсов, регистрируемых индикатором 23. После того, как экран 9 выйдет из оптического канала, фотоприемник 11 выдает сигнал на закрытие ключа 21 и отключение генератора 22 импульсов счета. Счет импульсов прекращается, и на цифровом индикаторе 23 устанавливается результат измерения, выраженный в относительных единицах, характеризующих время опускания рабочего тела 8 на установленную постоянную глубину.

При повторном нажатии кнопки Пуск цикл повторяется.

Вязкость исследуемой жидкости определяется по формуле

-С К

где rj- вязкость исследуемой жидкости;

И - показания цифрового индикатора;

С, К - постоянные прибора, зависящие от геометрических размеров и веса рабочего тела, глубины погружения рабочего тела и объема исследуемой жидкости.

Возможно подключение вискозиметра к ЭВМ от счетчика 18 импульсов через устройство сопряжения.

Преимущество предложенного вискозиметра по сравнению с прототипом заключается в том, что процесс определения вязкости полностью автоматизирован с учетом обработки полученных результатов на ЭВМ, этим исключается влияние субъективных факторов на получаем ые результаты.

Расширены эксплуатационные возможности устройства за счет определения вязкости жидкостей при различных температурах, в том числе жидкостей, требующих нагрева, и в разных условиях экс-, плуатации: устройство может быть использовано при измерении вязкости не только в лабораторных условиях, но и полевых.

Использование процесса перемешивания жидкости при ее нагреве обеспечивает равномерность температурного поля по высоте стакана, что положительно влияет на достоверность результатов определения вязкости.

Кроме того, использование малого объема исследуемой жидкости и возможность фиксации емкости способствуют снижению трудоемкости подготовки устройства к работе.

Формула изобретения

Вискозиметр, содержащий рабочее тело, закрепленное на одном из плеч коромысла с возможностью возвратно-поступательного перемещения в вертикальном направлении в емкости

для исследуемой жидкости, причем коромысло связано с блоком регистрации времен1/ перемещения рабочего тела, выполненным в виде оптической пары излучатель - фотоприемник, мостовую

измерительную схему и регистратор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности результатов и расширения функциональных возможностей, он снабжен на- гревательным элементом, датчиком

температуры, компаратором, первым и вторым тиристорами, инвертором, первым и вторым генераторами, первым-четвертым ключами, кнопкой Пуск и экраном, установленным на том же плече коромысла, на

котором закреплено рабочее тело, опора коромысла выполнена в виде рамки, размещенной в поле электромагнитного устройства, датчик температуры связан с входом мостовой измерительной схемы,

при этом датчик температуры связан с входом мостовой измерительной схемы, подсоединенной выходом через компаратор к входу инвертора и первому входу первого тиристора, второй вход которого подключен

к кнопке Пуск и первому входу второго тиристора, второй вход которого подключен через первый генератор к первому входу второго ключа, выход второго тиристора через первый ключ соединен с рамкой электромагнитного устройства, причем блок регистрации времени перемещения рабочего тела содержит реле времени, одними контактами связанное с выходом первого тиристора и с входом третьего и вторым

входом второго ключей, а другими контактами - с третьим входом второго ключа, счетчик импульсов, связанный первым и вторым входами и выходом соответственно с выходом третьего ключа, выходом четвертого ключа и первым входом цифрового индикатора, второй вход которого связан с выходом третьего ключа, а второй генератор соединен с первым входом четвертого ключа,

второй вход которого связан с фотоприемником оптической пары.

Изобретение относится к устройствам для измерения вязкости жидкостей химической, нефтяной и других отраслей промышленности, где необходимо контролировать их вязкость. Целью изобретения является повышение точности результатов и расширение функциональных возможностей за счет стабилизации температуры жидкости. Вискозиметр содержит рабочее тело, подвешенное к коромыслу, емкость для исследуемой жидкости, элемент регистрации времени перемещения рабочего тела. Новым в вискозиметре является то, что элемент регистрации времени перемещения рабочего тела выполнен в виде оптической пары и экрана, установленного на коромысле, опорой которого является рамка электромагнитного устройства. Вискозиметр снабжен нагревательным элементом, автоматизированными системами регистрации времени перемещения рабочего тела и обеспечения контроля и стабилизации температуры исследуемой жидкости. 1 ил. сл с

I

У//////////У///////////7/7