Вискозиметр Советский патент 1992 года по МПК G01N11/10 

ния соединена соот ьтсгзе но пераым и вторым входами vicf рорл ирорр;нир ьрс менного импулч т.

Блок фоомиооь.к я рэме;. scrn nvribca бьполмен а еиде пос/сдо ем чо соединен ix суммам ооа и ну пага-с ра.

Расстояниемег цу приемным кап, ми, вкпючзнными последоватрльмо-встреч но, между серединами .,а ч пределах от 0,5 до 1,5 цияметрч о ,4-,-, из них, взятого п среч. С му дл-эме -зу км.

Расстояние между ceu-v 1 ой щей и дополнительной мз/, лзту .е выбрано в лредетах от 0,5 , 1,о однсйН з них, взятого г о среднему дпамсто обмотки.

На фиг. 1 приведена аиск.сг. ме,-т- ра; на фиг. 2 - вариант СУМЫ конструкции вискозиметра; на фиг. 3 - вармят схемы регистрации, на фиг. 4-эпюры напряжений на выходе генератора и выходе гинхрснизз- тора; на фиг. 5 - зависимость амплитуды сигнала на выходе устройства выбсрки-хра- нения от положения шарика, ка фиг. б - эпюры напряжений нл выходахсинхрониза- юря; ча Фиг. 7 - зависимости а ппиТу,,ы сигналов, воспринимаемых парами трюмных катушек, от положения шарика; на фиг. 8 - зависимость амплитуды сигнала на выходе гумма тора от положения .

Вискозиметр содержит калиброванную трубку 1, з которую вставлен с зозмож о- стью свобод -.ото перемещения металличе- ский шарик. 2, индуктивный датчик 3, который включает в себя излучающую катушку 4 и две приемные катушки 5, б, а также блок регистрации 7, который имеет генератор8,синхронизатор9,усилитель Ю, устройство выборки-хранения 11, бпок формирования временного импульса - экстре- матор 12 и секундомер 13.

Использование излучающей катушки А и двух приемных катушек 5 и 6. включенных последовательно-встречно и расположенных симметричко-соосно относительно излучающей катушки 4, по обе стоооны от нее, дзет возможность фиксировать л рос грамотеем ное перемещение метал лическогошари- ка 2 между двумя точкам;, в калиброванной трубке 1 по двум характерным экстремальным точкам зависимости амплитуды сигнала, воспринимаемого парой приемных катушек 5 и 6, от положения шарика на геометрической оси калиброванной трубки 1.

Оптимальное расстояние между каждой из приемных катушек 5, 6 и излучающей

катушкой 4 находится в пределах от 0,6 до ,2 гззиуса одной из них.

Вискозиметр по второму варианту вы- енпя (Фи 2, 3} содержи чгосачt- -О трубку 1. В - O C , v Cr tft-n С

1 а.-М Л чсстью грободю о .«. out. .- ета .лич. г,м г шаг - ч,г

п.- Г, . 1 . ice, , с , чгуц., ,su:iэчниты. i Vю v /| кчг 1-4, rnpy npvct чыч , i O - гепьнь° nu C4- ме кат IK U члк хсм Г;0ги)ра1,1-и .---пг ,л eci leM jdTOp 8, csihxpo irs оо 7 м/ нь iO,,,сг;слните -ьый ус1 ти , т

ЯС Зс f GpiCH-Xp -.e.iM 1 , ДО г-О , ,,,г,,О

VCi Г0 ВЫбОрКИ-Хр HOHIr. х. С 1 фт

ировяния зсеменного и л пул sea - i oor.c, Вг тьтьно соединенные то 5 ,J и путь (ссмпзрзгсо 9 и секундомер i3

Дополнительнее приемные .ки 15 16 расположены симметрично-ссосно относительно дополнительной излучающей катушки11ИСКТОЧ2Ч -1

послецовательно-всгречно. Все кат лик-/ ин- яуктивного датчика 3 размещены соосно Намотка излучающей катушк 4 противоположна , лопопн пелы ой излучаю- L,CI- ч ,-,е 1 тушки 5. 6 соединен --со :нодом vc пите и fO, адопол- нитзльнь : nf MfMiioivr З ушк 15, 16 - со входом допол -,итьла:1ого еля 18, Выходы усилите -1 0 1 дополнительного усилителя 18 под.зчсны ссо аегственно к первым sxoqЈi«. cipoioTca выбооки-хране- ния 11 и дополните :чего устройства выЬорки-xpanpHs

чюрые R4OAf соторых

подключены гоответсгьеннз к птсоому и третьему выходам сич рониз юрс- 17. пер- ьый и четвертый вькоды которого соствет- ственно соединены с мз.,учающей кг- х-икой 4 и дополнительной изл, 1эющей а ушкой 14. Выходь усгройствг.1 выб- рГл.-ч- -чония 11 и дсполчительного устрсиот-за вь борки- урзнения 19 подключень. к соответствующим зхсдам сумматор 20. Секундомер 13 соединен с выходом нуль компаоатора 2 i.

Оптимальные расстояния 2 Л 23 Ичзжду серединами приемных ка-,ушек 5, Ь и ,опо .- нительных приемных кат, 1Г 16 ны5;. с5 ны в предепах от 0,5 до 1 5 диамо а орной из них, взятого по среднему диаметру обмотки

Оптиматько-з расгтсчн .е 2-1 ме., д/ се- peAwnaNM излучэющб и кат «.и п допел -w,- тельной И3| учающеу; катушки i4 sufpdno з пределах от 0,5 до 1,5 дпамг- рг одноч из них, взятого по среднему дчймьтоу об.иоткп

Вискозиметр работает след ошим образом.

При движении внутри калиброванной трубки 1, заполненной исследуемой жидкостью, металлический шарик 2 проходит начальный участок разгона, после чего попадает в зону действия индуктивного датчика 3. Генератор 8 вырабатывает прямоугольные импульсы 25 (фиг. -4, где на оси ординат 26 - амплитуда напряжений, а на оси абсцисс 27 - время), которые питают излучающую катушку 4, создающую в окружающем пространстве первичное электромагнитное поле, наводящее в металлическом шарике 2 вихревые токи. Металлический шарик 2 становится источником вторичного электромагнитного поля, наводящего в приемных катушках 5 и 6 индуктивного датчика 3 ЭДС. Сигнал, воспринимаемый приемными катушками 5, 6, усиливается усилителем 10 и поступает на первый вход устройства выборки-хранения 11, второй вход которого питается импульсами синхронизации 28, задержанными на определенный промежуток времени 29 относительно задних фронтов прямоугольных импульсов генератора 8.

Выработку импульсов синхронизации 28 осуществляет синхронизатор 9, питаемый импульсами 5. После прихода на второй вход устройства выборки-хранения 11 очередного импупьса синхронизации 28, на его выходе фиксируется текущее мгновенное значение амплитуды сигнала на его первом входе, которое запоминается до прихода очередного импульса синхронизации. Таким образоп на выходе устройства выборки-хранения П имеется сигнал, несущий с определенной дискретностью выборки, соответствующей частоте генератора 8, информацию о положении металлического шарика 2 на оси калиброванной трубки 1.

При пространственном перемещении шарика 2 в калиброванной трубке 1 в приемных катушках и 6 наводятся ЭДС причем вследствие того, что приемные катушки 5, 6 включены последовательно-встречно, сигнал Uc, воспринимаемый парой приемных катушек 5 и 6, определяется выражением:

Uc U1-U2(1)

где Ui, U2 - ЭДС, наводимые соответственно в приемной катушке 5 и приемной катушке 6. Зависимость значений сигна/meUi, Ua и Uc от положения шарика 2 в калиброванной трубке 1 на выходе устройства вчборки- хранения 11 имеет, соответственно, вид кривых 30, 31 и 32 (фиг. 5), где на оси ординат 33 - амплитуда напряжений, а ья оси абсцисс 34 - координата положения центра шарика 2 на геометрической оси калиброванной трубки 1. Положению плоскостей

приемной катушки 5, излучающей катушки 4 и приемной катушки б соответствуют на фиг. 3 вертикальные оси 35, 36, 37. Вследствие идентичности приемных катушек 5 и 6 кривые 30 и 31 идентичны. Кривая 32 зависимости сигнала, воспринимаемого парой приемных катушек 5 и 6 имеет три характерные точки: две точки 38 и 39, соответствую- шие экстремальным значениям сигнала и

точку 40, соответствующую нулевому значению сигнала, которое достигается при нахождении центра шарика 2 в плоскости излучающей кэтушки4. Экстремальный значения сигнала Uc достигается при положеним центра шарика 2 между плоскостями соотзетствующих приемных катушек 5 или б и плоскостью излучающей катушки 4. Положение характерных точек 38 и 39 вдоль оси 34, как и расстояние между ними, не зависит

ни от материала, из которого изготовлен шарик 2, ни от его размеров, ни от отклонения центра шарика 2 от оси калиброванной трубки 1, ни от температуры исследуемой среды и других факторов.

Сигнал с выхода устройства выборки- хранения 11 поступает на вход экстремато- ра 12. При достижении сигналом первого экстремального значения, например, точки 38, достигаемого при положении центра метзлличес шго шарика 2 между плоскостями приемной катушки 5 и излучающей катушки 4, экстрематор 1 срабатывает и нз его выходе формируется передний фронт импульса к-пряжения, который, поступая ча вход

секундомера 13, вызывает его включение. Сигнал на выходе экстрематора 12 остается до тех пор. пока в ходе движения шарика 2 не будет достигнуто второе эстремальное значение сигнала - точка 39, достигаемое

при положении центра шарика 2 между плоскостями приемной катушки В и излучающей катушки 4. При этом происходит второе срабатывание экстремачорз 12, формирующего задний фронт импульса напряжения,

напряжение на входе секундомера 13 сми- маьтся и происходит его выключение.

По второму варианту выполнения вискозиметр работает следую-дим сбргзом. Пои движении внутри калиброванной

трубки 1, заполненной исследуемой жидкостью, металлический шарик 2 проходит начальный участок разгона, после чего попадает в зону действия индуктивного датчика 3. Задающий генератор 8 вырабатывает прямоугольные импульсы 41 (фиг. 6, где на оси ординат 42 4- амплитуда нзпряже- ( й, а на оси абсцисс 43 - время), котооые подаются на вход синхронизатора 17. Син- , 17с соответствующих первого-1

чегеер.счо выходов по очереди питае излу

чающую катушху 6 импульсами 41 и излучающую дополнительную катушку 14 импульсами 44 с задержки 45 между ними,

В промежутксо; между этими импульсами синхоониза . ор 17 t; соответствующих второго /; т; выходов подает импульсы разреч ; |ия46 м 47 на запоминание значений амплитуды сигнала на соотватс гв/ющие вторые входы устройств выборки-хранения 11 и 19. Так после подачи возбуждающего импульса 41 на излучающую катушку 5, импульс разрешения 46 подается нз второй вход устройства выборкм-хрьнения 11, а после подачи возбуждающего импульса 44 на дополнительную излучающую кзтушку 14, импульс разрешения 47 подается на второй вход дополнительного устройства выборки-хранения 19. Промежуток времени 48 между питающими импульсами 41 и импульсами разрешения 46, в также между питающими импульсгми 44 и импульсами разрешения 47 выбирается из условия уменьшения уровней собственного переходного процесса индуктивных катушек и переходного процесса от корпуса калиброванной трубки 1 (в случае изготовления ее из металла) до необходимой минимальной величины и практического исключения их из результатов измерения. Сигнал,0 воспринимаемый парой .-:х кзту .ж, к 5, 6, усиливается уси- /теяег 10 и подается на первый вход устройство аь;бор:сг-:фанения 11, а сигнал, поспс)ин .. земый парой приемных катушек 15. 16, усиливается дополнительным усилителем -6 и подается на первый вход дополнительного уст роист за выборки-хранения 19. После поступления нз второй вход соответствующего устройства выборки-хранения импульса разрешения, оно запоминает мгновенное значение амплитуды сигнала на его пераом входе. С выхода .устройства выборки-хранения 11 сигнал подается нз первым вход сумматора 20, а с выхода дополнительного устройства выборки-хранения 19 сигнал подается на второй вход сумматора 20. Сигнал, поступающий на первый вход сумматора 20,имеет вид кривой 49 (ф /г. 7, где на оси ординат 50-амплитуда напряжений, а на оси абсцисс 51 - координата положения центра шарика 2 на геометрической оси калиброванной трубки 1), Сигнал, поступающий на второй вход сумматора 20, имеет вид кривой 52, Суммарный сигнал на выходе сумматора 20 имеет вид кривой 53 (фиг. 8), который подается на вход нуль-компаратора 21. В момент изменения полярности поступающего на нуль-компаратор 21 сигнала (точка 54 кривой 53), нуль- компаратор 21 срабатывает, включая

секундомер 13. Сигнал на выходе нуль-компаратора 21 остается до тех пор, пока на его входе присутствует сигнал определенной полярности. В момент обратного изменения

полярности сигнала на входе нуль-компаратора 21 (точка 55 кривой 53) он срабатывает, выключая секундомер 13.

Изобретение позволяет повысить точность измерений вязкости жидких сред за

0 счет значительного повышения точности фиксации пространственного перемещения металлического шарика между двумя точками в калиброванной трубке. Так как изменение температуры исследуемой жидкости и

5 других факторов не влияет на работоспособность и точность работы вискозиметра, а также имеется возможность в качестве материала калиброванной трубки использовать нержавеющую сталь и сплавы титана,

0 оно позволяет использовать предлагаемый вискозиметр в широком диапазоне температур и давлений, в частности для исследования вязкости пластовых жидкостей, в том числе содержащих сероводород hbS. Одно5 временно изобретение позволяет значительно сократить время измерений и объем исследуемой пробы за счет проведения измерений пространственного перемещения шарика нз малых расстояниях.

0

Формула изобретения 1. Вискозиметр, содержащий калиброванную трубку, внутри которой расположен металлический шарик с возможностью сво5 бодного перемещения, индуктивный датчик, состоящий из двух приемных катушек, блока регистрации, включающего генератор, усилитель и секундомер, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью повышения

0 точности измерения вязкости путем повышения точности фиксации пространственного перемещения шарика между двумя точками, сокращения времени измерений и объема исследуемой пробы путем сокраще5 ния длины рабочего хода шарика, индуктив- ный датчик дополнительно содержит излучающую катушку, а в блок регистрации введены синхронизатор, устройство выборки-хранения и блок формирования времен0 ного импульса, причем приемные катушки индуктивного датчика включены послед.метельно встречно и расположены симметрично с о ос но относительно и пучзюшей катушки по обе стороне от не:. ЬАОД гене5 ратора- соединен с излучающее клушкой и с входом синхронизатора, прмем:-;-/:1 к туи;- ки соединены со входом успли:, пыход которого связан с первым входом устройства выборки-хранения, второй вход которого соединен с выходом синхронлзлк-ря. .-, г.-ыход- с входом блока формирования временного импульса.

2.Вискозиметр по п. 1,отличающи- й с я тем, что блок формирования зременного импульса выполнен в виде экстрематора.

3.Вискозиметр поп. 1,отличающи- й с я тем, что расстояние между каждой из приемных катушек и излучающей катушкой, взятое между серединами катушек по ширине намотки, выбрано в пределах о г 0.6 до 1,2 радиуса одной из них, взятого по среднему диаметру обмотки,

4.Вискозиметр по п. 1, отличающийся тем, что, в блок регистрации введены дополнительный усилитель и устройство вы- борки-хранения, в индуктивный датчик введены дополнительная излучающая и две дополнительные приемные катушки, причем, последние расположены симметрично соосно относительно дополнительной излу- чающей катушки и включены последовательно встречно, при этом все катушки индуктивного датчика размещены соосно, а первая и вторая пары приемных катушек соединены с входами соответственно уси- лителя и дополнительного усилителя, выходы которых подключены к первым входам одноименных блоков выборки-хранения, вторые входы которых подключены соответственно к второму и третьему выходам син хрониэатора первый и четвертый выходы ко торого подключены соответственно к излучающей дополнительной излучающей катушкам, выходы устройства выборки- хранения и дополнительного устройства выборки-хранения соединены соответственно с первым и вторым входами блока формирования временного импульса, выход которого соединен с секундомером.

5.Вискозиметр по п. 4, о т л и ч а ю щ и- й с я тем, что блок формирования временного импульса выполнен в виде последовательно соединенных сумматора и нуль-компаратора.

6.Вискозиметр по п. 5, о т л и ч & ю щ и- й с я тем, что расстояние между приемными катушками, включенными последовательно встречено, между серединами катушек выбрано в пределах от 0.5 до 1,5 диаметра одной из них, взятого по среднему диаметру обмотки.

7.Вискозиметр по п. 5, о т л и ч а ю и; и- й с я тем, что расстояние между серединами излучающей и дополнительной излучающей катушек выбрано в пределах от 0 5 до 1,5 диаметра одной из них, взятого по среднему диаметру обмотки.

«fa&/

гъ

гз

аз

8

J

&

г

3$ & 3

s

ф№ $

t

« $/

$г

Ј/