Вибрационный вискозиметр Советский патент 1992 года по МПК G01N11/16 

Изобретение относится к области вискозиметрии и может найти применение в различных отраслях техники и производства для определения вязкости химических растворов, нефтепродуктов, спиртов и других маловязких жидкостей.

Известны вис козиметры капиллярного типа, принцип работы которых основан на определении времени протекания известного количества жидкости через узкие капиллярные трубки.

Недостатками капиллярных вискозиметров являются сравнительно низкая производительность контроля, неприспособленность к организации непрерывных измерений.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является вибрацион- ный вискозиметр, основанный на измерении максимальной амплитуды колебаний погруженного в исследуемую жидкость тестового объекта (тонкой пластины).

Известное устройство содержит погружаемую в исследуемую жидкость тонкую пластину, прикрепленную к ней трубку, корпус, систему линейных упругих элементов в виде натянутых струн, жестко соединенных с трубкой и стенками корпуса, вибровозбудитель с защитными экранамаи и измеритель вибраций. При работе вискозиметра его колебательная система настраивается (например, путем измерения частоты вибровозбудителя) на режим с максимальной амплитудой колебаний пластины, погруженной в исследуемую жидкость, и по измеренному значению максимальной амплитуды определяется вязкость.

Недостатком известного вискозиметра является низкая чувствительность измерений.

Цель изобретения - повышение чувствительности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что вибрационный вискозиметр содержит корпус, в котором расположены стержень, жесЧ

N

|ь СЛ

ю со

тко соединенный с чувствительным элементом в виде пластины, система упругих элементов, выполненных в виде натянутых струн, жестко соединенных со стержнем и стенками корпуса, размещенный между струнами вибровозбудитель с защитными экранами и измеритель вибраций. При этом вискозиметр дополнительно содержит установленные внутри корпуса постоянные магниты; причем магниты расположены так, что силовые линии образованного ими магнитного поля параллельны оси стержня, а струны изготовлены из магнитного материала и размещены между магнитами.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема вибрационного вискозиметра; на фиг. 2 - амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) перемещений чувствительного элемента (пластины) вискозиметра в резонансной области частот (кривая а соответствует устройству-прототипу, кривая б-обьекту изобретения); на фиг. 3 - зависимость вязкости ц исследуемой жидкости (бензола) от максимальной амплитуды колебаний Уомакс чувствительного элемента (кривая а - уст- ройствалрототип, кривая б-объект изобретения).

Вибрационный вискозиметр (фиг. 1) содержит пластину 1, погружаемую в сосуд 2 с исследуемой жидкостью 3, и прикрепленный к пластине стержень 4 (тонкостенная трубка). На стержне 4 имеются отверстия 5 и 6, через которые пропущены струны 7, изготовленные из магнитного материала и играющие роль упругой системы устройства. Струны 7 жестко прикреплены к стержню 4 и стенкам корпуса 8, натянуты (с помощью специальных винтов, не показанных на схеме) и размещены в магнитных полях, образованных постоянными магнитами 9. Для возбуждения вынужденных колебаний (в направлении оси х) стержня 4 и жестко связанной с ним пластины 1 предназначен вибровозбудитель, включающий встречно включенные обмотки электромагнитов 10, 11, диоды 12, 13 и генератор 14 напряжения, а для регистрации параметров колебаний - бесконтактный измеритель 15 вибраций. Для защиты от наводок вибровозбудитель оснащен защитными экранами 16.

Вибрационный вискозиметр работает следующим образом,

При проведении вибрационного контроля пластина 1 вискозиметра опускается в сосуд 2 с исследуемой жидкостью 3, после чего с помощью вибровозбудителя возбуждаются вертикально направленные колебания подвесной части устройства. На струны 7, размещенные в полях постоянных магнитов 9, при этом действуют электромагнитные силы притяжения, направленные в сторону смещения струн и способствующие уменьшению (по мере роста смещения) экБивалентной упругой восстанавливающей силы системы. В результате упругая характеристика вискозиметра преобразуется в нелинейную мягкую, благодаря чему возникающие в системе колебания также становятся нелинейными.

Более высокая чувствительность объекта изобретения подтверждается результатами экспериментальных исследований на лабораторной установке, изготовленной в

соответствии с принципиальной схемой устройства, показанной на фиг. 1. В качестве исследуемой жидкости использовался бензол, вязкость г которого варьировалась посредством изменения температурного

режима испытаний. Значение температуры исследуемого бензола стабилизировалось на заданном уровне (с точностью ± 0,05°С) посредством его размещения в стеклянном сосуде 2 с двойными стенками (на схеме не

показаны), между которыми циркулировала жидкость из термостата типа U-8. Основная часть стержня 4 была изготовлена из немагнитного материала, а его средний участок (на схеме заштрихован) - из магнитного

сплава альнико. Колебания пластины 1 и скрепленного с ней стержня 4 на струнах 7 возбуждались с помощью электромагнитного вибровозбудителя, управляемого генератором 14. Благодаря наличию диодов 12 и

13, синусоидальный электрический ток, вырабатываемый генератором 14, одну половину периода проходил через обмотку 10, другую половину периода - через обмотку 11. На магнитный участок стержня 4 при

этом,действовала сила, заставлявшая стержень поочередно втягиваться то в обмотку 10, то в обмотку 11. В результате возбуждались вертикальные (в направлении оси х) колебания стержня 4 и жестко связанной с

ним пластины 1, которые регистрировались бесконтактным измерителем 15 вибраций.

На фиг. 2 изображены полученные экспериментально (при Po/ka 0,005, rj 0,8 мПа с и t0 20°С, где Ро - амплитуда тесто0 вого гармонического воздействия, k - эквивалентный коэффициент жесткости упругой части вискозиметра) АЧХ перемещений чувствительного элемента вискозиметра в зоне основного резонанса при гармоническом

5 воздействии вида P0sin со t (кривая а соответствует устройству-прототипу, кривая б - объекту изобретения). При эотм по осям координат отложены безразмерные амплитуда Yo х0/а и частота v (У/йьколебаний

(х0 - полуразмах колебаний чувствительного элемента вискозиметра, а - зазор между струной и постоянными магнитами, (Do - частота свободных колебаний системы, ю- частота внешнего гармонического воздей- ствия.

Сопоставительный анализ приведенных АЧХ позволяет установить следующее. В устройстве-прототипе упругая характеристика является линейной, поэтому соответ- ствующая АЧХ- (кривая а) имеет характерный для линейных систем острый резонансный пик. Информативным параметром, используемым для определения вязкости i, при этом служит максимальная амплитуда колебаний Усомакс, которой соответствует точка С на АЧХ.

После введения в конструкцию вискозиметра постоянных магнитов эквивалентная упругая характеристика подвески становит- ся нелинейной мягкой, что соответствующим образом отражается на АЧХ (кривая б). Появляется зона неоднозначности колебаний, в пределах которой система имеет два устойчивых режима движения: резонанс- ный (участок АВ АЧХ) и нерезонансный участок (участок А В1 АЧХ). Наивысшая чувствительность контроля в этом случае достигается при использовании в качестве информативного признака амплитуды коле- баний в резонансной точке В АЧХ (максимальная аМПЛИТуда УвОмакс).

По результатам испытаний получены градуировочные кривые (фиг. 3), устанавли- вающие взаимосвязь максимальной амплитуды колебаний Уомасс с вязкостью г) исследуемой жидкости (кривая а соответствует устройству-прототипу, кривая б - объекту изобретения). Как показывает анализ градуировочных кривых и соответствующие расчеты, относительному изменению вязкости q на одну условную единицу соответствует изменение информативного признака Увомакс на одну единицу в устройстве-прототипе и на 1,6-1,8 единиц в объекте изобретения. Практически это эквивалентно увеличенной в 1,6-1,8 раз чувствительности измерений при использовании объекта изобретения для определения вязкости исследуемой жидкости.

Таким образом, основным технико-экономическим преимуществом изобретения является более высокая чувствительность измерений, что в конечном счете позволяет с повышенной точностью определять вязкость исследуемой жидкости.

Формула изобретения Вибрационный вискозиметр, содержащий корпус, в котором расположены стержень, жестко соединенный с чувствительным элементом в виде пластины, система упругих элементов, выполненных в виде натянутых струн, жестко соединенных со стержнем и стенками корпуса, размещенный между струнами вибровозбудитель с защитными экранами и измеритель вибрации, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности измерений, вискозиметр дополнительно содержит установленные внутри корпуса постоянные магниты, причем магниты расположены так, что силовые линии образованного ими магнитного поля параллельны оси стержня, а струны изготовлены из магнитного материала и размещены между магнитами.

гэ

О5

ю г ч- г

У.

0,3

0,2

0,7

ОМг

0,60,7,07,2 9

Vе

то тлх .0

Использование: для определения вязкости химических растворов и нефтепродуктов. Сущность изобретения: вибрационный вискозиметр содержит корпус. В корпусе посредством системы упругих элементов прикреплен стержень. Стержень механически соединен с пластиной. В качестве упругих элементов использованы струны. Струны размещены между постоянными магнитами. 3 ил.

w/70c 7.0

0,5

Фиг. 2