Устройство для измерения поверхностного натяжения жидкостей Советский патент 1993 года по МПК G01N13/02 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аэрогидродинамическим устройствам для измерения поверхностного натяжения жидкостей, и может найти применение в различных отраслях промышленности при контроле состава и свойств жидкостей,

. Цель изобретения - повышение точности.

На чертеже представлена структурная схема устройства для измерения поверхностного натяжения жидкостей.

Устройство содержит анализируемую жидкость в измерительном сосуде 1 (проточном или непроточном), внутри которого размещены металлическая сетка 2, приемная петля связи 3 и барботажная трубка 4. Бар- ботажная трубка 4 является электромагнитным вибратором генератора СВЧ 5 и соединена с входом 6 коммутатора 7. Приемная петля связи 3 через усилитель 8 подключена к входу блока 9 автоматической подстройки частоты, Вход пневмоэлектри- ческого преобразователя 10 соединен с газоподводя щей трубкой 11, а его выход подключен к входу дифференциатора 12, выход которого соединён с входом 13 триггера 14 и с входом 15 триггера 16. Вход 17 триггера 14 подключен к выходу усилителя 8, а вход 18 триггера 16-к выходу формирователя 19. Вход формирователя 19 соединен с выходом триггера 14 и входом 20 коммутатора 7. К выходу 21 коммутатора 7 присоединен вход преобразователя периода 22, а к выходу 23 - вход преобразователя частоты 24. Выходы преобразователей 22 и 24 подключены, соответственно, к входам 25 и 26 множительно- делительного устройства 27, выход которого подключен к регистратору 28. Регулятор расхода воздуха 29 присоединен с входу 30 . трехходового клапана 31 с исполнительным механизмом 32, к входу 33 клапана подключена газоподводящая трубка 11, а вход 34 соединен с атмосферой. Исполнительный механизм 32 соединен с выходом триггера 16, к входу 18 которого подключена кнопка пуска 35, и управляющий вход 36 множи- тельно-делительного устройства 27. К генеел

С

00 О v| СА СО Јь

ратору 5 подключен выход блока 9 автоматической подстройки частоты.

Барботажная трубка 4 и приемная петля связи 3 изолированы от стенок измерительного сосуда при помощи диэлектрических вставок.

Устройство для измерения поверхностного натяжения работает следующим образом.

В начальный момент времени пузырек газа отсутствует в измерительном сосуде 1. Барботажная трубка 4 выполняет функцию электромагнитного вибратора генератора СВЧ 5, поэтому в измерительном сосуде 1, в пространстве между барботажной трубкой 4 и металлической сеткой 2, возникают квазистационарные колебания в тороидальном объемном резонаторе с резонансной частотой

f -

Греэ

1 KVF

где L - индуктивность, обусловленная магнитным потоком по кольцу тора объемного резонатора, являющаяся постоянной и не зависящей от наличия жидкости в объемном резонаторе;. - .

С - электрическая емкость между металлической сеткой и верхом (торцом) барботажной трубки;

Е - диэлектрическая постоянная жидкости;

К - постоянный коэффициент.

Пуск устройства осуществляют нажатием кнопки пуска 35. При этом триггер 16 занимает состояние с единичным выходным сигналом, воздействием которого на исполнительный механизм 32 осуществляется подача газа с выхода регулятора расхода газа 29 на вход барботажной трубки 4,

После подачи газа на вход барботажной трубки 4, на ее выходе начинает формироваться пузырек газа. Наличие пузырька газа в электрическом поле тороидального объемного резонатора приводит к увеличению fpea. При достижении пузырьком газа макси- , мального объема Vmax перед его отрывом от среза барботажной трубки 4 частота fpea будет максимальной fpea max.

При отрыве пузырька газа of барботажной трубки и его перемещении до выхода за металлическую сетку 2 резонансная частота практически не изменяется и является пропорциональной максимальному объему пузырька, который в свою очередь определяется отношением поверхностного натяжения (Зк плотности ржидкости, т.е.

f.

резтах

Vn

.д/р

После подачи газа на вход барботажной трубки 4 начинается рост пузырька и давле5 ния в трубке, а на выходе пневмоэлектриче- ского преобразователя 10 будет сигнал единичного уровня. В момент отрыва пузырька газа на выходе преобразователя 10 из-за уменьшения давления в трубке 4 появЮ ляется сигнал нулевого уровня, который после дифференцирования дифференциатором 12 поступает на вход 15 триггера 16 и переводит его в состояние с нулевым выходным сигналом. Клапан 31 переводится в состояние,

15 при котором выход регулятора расхода газа 29 соединяется с атмосферой, тем самым прекращается подача газа на вход барботажной трубки, Единичный сигнал с выхода дифференциатора 12 поступает на вход 13

20 триггера 14 и переводит его в состояние с нулевым выходным сигналом. При поступлении такого сигнала на вход 20 коммутатора 7 сигнал с выхода генератора СВЧ поступает на вход 23. С этого выхода сигнал поступает

25 на преобразователь частоты fpesmax в пропорциональное число импульсов Гц, которое будет пропорционально максимальному объему газового пузырька, т.е.

30

п 1 д/р.

Импульсы в количестве m с выхода преобразователя 24 поступают на вход 26 мно- жительно-делительного устройства 27.

После выхода пузырька газа за пределы тороидального резонатора, т.е. за металлическую сетку 2. частота на выходе генератора 5 становится минимальной fpea min и на выходе усилителя 8 появится сигнал высокого уровня, который воздействует на вход 17 триггера 14, который запускает блок 9 автоматической подстройки частоты генератора 5. Единичный сигнал с триггера 14 поступает на вход 20 коммутатора 7, что приводит к

подключению его входа 6 к выходу 23. При этом частота fpea min поступает на вход преобразователя 22 и преобразуется в число импульсов па, пропорциональное периоду поступающего на вход колебания, т.е.

П2 /fpes min.

При отсутствии пузырька газа в полости тороидального резонатора резонансная часто- та f рез зависит от величины диэлектрической проницаемости жидкости е в электрическом поле резонатора. В свою очередь величина диэлектрической проницаемость жидкости пропорциональная ее плотности р при изменении в небольшом диапазоне. По величине трез mln в отсутствии пузырька газа в полости измерительного сосуда 1 судят о величине плотности р, поэтому

П2 уО.

Одновременно с поступлением на вход коммутатора 7 сигнал единичного уровня с выхода триггера 14 поступает на вход фор- мирователя 19, сдвигающего передний фронт поступающего на его вход сигнала. Через время сдвига тс , значение которого выбирается больше времени измерения плотности, на выходе формирователя появ- ляется сигнал единичного уровня. Этим сигналом, поступающим на управляющий вход 36 множительно-делительного устройства 27, осуществляется ввод информации , где п - число импульсов, пропорциональ- ное поверхностному натяжению жидкости б, в регистратор 28. Кроме того, сигналом с формирователя 19 триггер.переводится в состояние с единичным уровнем, которым вновь осуществляется подача газа на вход барботажной трубки 4,

Вновь на выходе барботажной трубки 4 начинает формироваться пузырек газа и процесс измерения повторяется.

Все операции, направленные на осуще- ствление процесса измерения, осуществляются автоматически, с высокой точностью. Измерительный сосуд 1 для исключения влияния изменения температуры на показания измерительного устройства необходи- мо термостатировать.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Устройство для измерения поверхностного натяжения жидкостей, содержащее из-

мерительный сосуд для контролируемой среды, в верхней части которого размещена металлическая сетка, а в нижней - барбо- тажмэя трубка, соединенная через пневмо- злектрический преобразователь с первым входом трехходового клапана, второй и третий входы которого соединены соответственно с атмосферой и выходом регулятора расхода газа, а трехходовой клапан соединен с исполнительным механизмом, барбо- тажная трубка является электромагнитным вибратором генератора СВЧ, вход которого подключен с выходу блока автоматической подстройки частоты, соединенного через усилитель с приемной петлей связи, расположенной между дном измерительного сосуда и металлической сеткой, два триггера, дифференциатор, формирователь, кнопку пуска, регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно дополнительно снабжено коммутатором, преобразователем частоты, преобразователем периода и множительно-делительным устройством, при этом один вход коммутатора подключен к выходу генератора СВЧ, а другой - с выходом первого триггера и через формирователь и кнопку пуска с одним из входов второго триггера, другой вход которого подключен к одному из входов первого триггера и к выходу дифференциатора, соединенного с выходом пневмоэлектрическо- го преобразователя, второй вход первого триггера соединен с выходом усилителя, выход второго триггера - с исполнительным механизмом, выходы коммутатора подключены соответственно к преобразователю частоты и преобразователю периода, выходы которых подключены к входам множительно-делительного устройства, соединенного с регистратором.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аэрогидродинамическим устройствам для измерения поверхностного натяжения, и может найти применение в различных отраслях промышленности для измерения состава и свойств жидкостей. Сущность изобретения: устройство обеспечивает введение автоматической компенсации влияния плотности на результат измерения поверхностного натяжения по результатам измерения объема пузырька газа в жидкости, проходящего через объемный СВЧ резонатор. 1 ил.