Измеритель вязкости жидкости Советский патент 1993 года по МПК G01N11/00 

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

На чертеже представлена структурная схема измерителя вязкости.

В состав измерителя входят шаровой зонд 1, трос 2, барабан 3, датчик 4 угла поворота, генератор 5, формирователь 6, элемент НЕ 7, первый, второй и третий элементы и 8, 9. 10. первый, второй, третий и четвертый элементы И 11. 12, 13 и 14, лервый и второй дешифраторы 15 и 16, первый и второй индикаторы 17 и 18, первый и второй цифроаналоговые преобразователи 19 и 20. первый и второй сумматоры 21 и 22, пер- вый и второй задатчики 23 и 24. инвертор 25, четвертый элемент И 26. кнопка 27, блок деления 28 и индикаторная лампочка 29.

Измеритель вязкости жидкости работает следующим образом.

Поворотом барабана 3 устанавливают зонд 1 в исходное положение перед началом очередного замера. После того, как, например, риска на барабане 3 окажется против

00

ю

ISO О

со чэ

стрелки указателя в заданном положении, нажимают кнопку 27. На формирователь 6 от внешнего источника подается напряжение, под воздействием которого этим формирователем генерируется одиночный импульс. Этот импульс поступает на обнуляющие входы первого, второго, третьего и четвертого счетчиков 11,12,13 и-14, сбрасывая в нуль их содержимое.

Импульсы генератора 5 постоянно под- аются на соответствующие входы первого, второго, и третьего и четвертого элементов И 8, 9. 10 и 26, но проходят через них только при разрешающих потенциалах на других входах этих элементов. В рассматриваемом режиме первый, третий и четвертый элементы И 8, 10 и 26 заперты по вторым входам запрещающими потенциалами с выходов второго дешифратора 16. Элемент НЕ 7, инвертируя подаваемый на вход запрещающий потенциал с выхода первого дешифратора 15, открывает по третьему входу второй элемент И 9. При правильной установке в исходное положение зонда 1, второй элемент И 9 открыт и по второму входу разрешающим по- тенциалом с выхода датчика 4. Импульсы генератора 5 проходя на счетный вход второго счетчика 12 и суммируются им. Как только сумма второго счетчика 12 достигнет требуемого значения, т.е. зонд 1 перед из- мерением будет выдержан в исходном положении требуемый промежуток времени с тем, чтобы его начальная скорость заведомо равня- лэсь нулю, на выходе первого дешифратора 15 появляется разрешающее напряжение. Под его воздействием начинает светиться индикаторная лампочка 29. Инвертируемое элементом НЕ 7 разрешающее напряжение с выхода первого дешифратора 15 в запрещающее, запирает второй элемент И 9. Им- пульсы генератора 5 в ланном цикле измерения на счетный вход второго счетчика 12 больше не проходят.

Свечение индикаторной лампочки 29 является сигналом о том, что можно осуще- ствлять очередной замер. Барабан 3 отпускают. Зонд 1 под воздействием собственного веса начинает увеличивать глубину своего погружения в исследуемой жидкости с постепенно увеличивающейся скоростью до достижения скорости равномерного прямолинейного движения. Трос 2 сматывается с барабана 3, вызывая его вращение. Как только начальная метка барабана 3 сместится по отношению к датчику 4. разрешающий потенциал снимается с его выхода. Возникающий отрицательный перепад напряжение передается на счетный вход третьего счетчика 13, что вызывает срабатывание счетчика и увеличение его кода на единицу.

Это приводит к появлению разрешающего потенциала на первом выходе второго дешифратора 16. Этим потенциалом открывается первый элемент И 8, и импульсы генератора 5 начинают поступать на счетный вход первого счетчика и суммироваться им. Процесс счета продолжается до тех пор, пока перед чувствительным элементом датчика 4 вследствие вращения барабана 3 пройдет вторая метка, что вызовет появление на выхе- де датчика 4 импульса напряжения. Отрицательным фронтом этого импульса третий счетчик 13 будет переведен в новое состояние, в котором разрешающий потенциал будет переключен с первого выхода второго дешифратора 16 на третий. Первый элемент И 8 запираются. Поступление импульсов на суммирующий вход первого счетчика прекращается. Разрешающим потенциалом с третьего выхода второго дешифратора 16 открывается четвертый элемент И 26, и импульсы генератора 5 начинают поступать на вычитающий вход первого счетчика 11. Код счетчика начинает уменьшаться. Важно подчеркнуть, что суммирование импульсов счетного входа в первом счетчике 11 осуществляется в более старших разрядах, а следовательно, увеличение кода счетчика при суммировании каждого очередного импульса счетного входа в четное число раз больше, чем при вычитании после поступления каждого импульса на вычитающий вход. После прохождения перед чувствительным элементом датчика 4 следующей метки, на выходе датчика появится очередной импульс, под воздействием которого третий счетчик 13 перейдет в следующее состояние, в котором напряжения снимаются со всех выходов второго дешифратора 16. Суммирование импульсов первым счетчиком 11 .осуществляется на протяжении времени прохождения зондом 1 первого участка, а вычитание - на протяжении времени прохождения второго участка траектории движения. В результате в первом счетчике 11 формируется код, с заданной точностью характеризующий необходимое для последующих расчетов значение постоянной времени экспоненты, определяющей изменение скорости погружения зонда 1 при достижении равномерной скорости погружения.

Через промежуток времени, заведомо достаточный для достижения зондом 1 скорости равномерного погружения, мимо чувствительного элемента датчика 4 проследует очередная метка. Вновь на выходе датчика 4 возникает импульс напряжения, который будет просуммирован третьим счетчиком 13. Появляется разрешающий потенциал на втором выходе дешифратора 16 Открывается третий элемент И 10. Импульсы генератора 5 передаются на счетный вход четвертого сумматора 14 и суммируются им. Этот режим продолжается до прохождения мимо чувствительного элемента датчика 4 очеред- ной метки. Возникающим при этом выходным импульсом датчика 4 третий счетчик 13 переводится в новое состояние, в котором напряжения отсутствуют на всех выходах второго дешифратора 16. Третий элемент И 10 запирается. Прохождение через него импульсов на четвертый счетчик прекращается. Зафиксированный код четвертого счетчика 14 характеризует измеренное значение времени прохождения зондом 1 заданного расстояния при движении с равномерной скоростью, т.е. на его основе может быть рассчитана равномерная скорость движения шарового зонда 1.

Выходные потенциалы первого счетчика 11 управляют работой первого цифроана- лотового преобразователя 19, на выходе которого формируется аналоговое напряжение, пропорциональное коду этого счетчика, т.е. характеризующего измеренное значение постоянной времени экспоненты Т. Это напряжениеподается на первый вход первого сумматора 21, на второй вход которого подводится заданное по величине постоянное напряжение с первого задатчика 23. На выходе первого сумматора 21 форми- руется напряжение, характеризующее отклонение измеренного значение вязкости от выбранного номинального значения. С выхода первого сумматора 21 это напряжение передается на вход первого индикато- ра 17 и на первый выход измерителя. Индикатор 17 высвечивает измеренное значение вязкости жидкости, а напряжение с первого выхода измерителя может быть использовано для регулирования вязкости жидкости.

Код четвертого счетчика 14, характеризующий измеренное время прохождения зондом 1 заданного расстояния, вторым цифроаналоговым преобразователем 20 преобразуется в пропорциональное аналоговое напряжение. Это напряжение, как и выходное напряжение первого цифроана- логового преобразователя 19, подаются соответственно на второй.и первый входы блока деления 28, на выходе которого фор- м ируется напряжение, величина которого характеризует отклонение измеренного значения плотности жидкости от заданного номинального значения. Это напряжение подается на инвертор 25. который изменяет его фазу на противоположную и приводит входное напряженно к требуемому масштабу. Выходные напряжения инвертора 25 и второго задатчика 24 подаются на первый и

второй входы второго сумматора 22. на выходе которого формируется напряжение, ха- рактеризующее измеренное значение плотности жидкости. Это напряжение подводится к входу второго индикатора 18 и к второму выходу измерителя. Индикатор 18 высвечивает измеренное значение плотности жидкости, а напряжение с второго выхода измерителя может быть использовано для регулирования плотности жидкости.

В основе работы измерителя лежат приведенные ниже закономерности, с помощью которых осуществляется расчет вязкости и плотности исследуемой жидкости по измеренным значениям равномерной скорости погружения зонда 1 в жидкости и постоянной времени экспоненты Т, характеризующей изменение скорости зонда 1 при достижении равномерной скорости погружения.

Для расчета вязкости жидкости за основу взята закономерность, справедливость которой доказывается в (1) и которая характе-, ризует зависимость вязкости жидкости от постоянной времени экспоненты Т:

(1)

R

-вязкость исследуемой жидкости;

-радиус шарового зонда 1;

р - плотность материала шарового зонда 1;

Т - постоянная времени экспоненты.

Формулу для расчета плотности исследуемой жидкости можно получить при совместном решении уравнении (1) и уравнения. соответствующего закону Стокса, представленного в следующем виде:

лР3д(/о-/ож ) , (2)

где /Эж - измеряемая плотность исследуемой жидкости;

g - ускорение свободного падения;

Vp - равномерная скорость погружения зонда 1 в жидкости.

Преобразование системы указанных уравнений (1) и (2) позволяет получить еле- дующую формулу для расчета плотности жидкости:

(- -lV)

(3)

При применении измерителя непосредственно измеряется не равномерная скорость погружения зонда 1. а время погружения с этой скоростью на заданное расстояние. Поэтому непосредственный расчет по видоизмененной формуле:

«-рс-тпьг)

(4)

где La - заданное расстояние;

t4 - время, измеренное четвёртым счетчиком 14.

Таким образом, измерителем обеспечи- вается измерение вязкости и плотности жидкости, т.е. полностью решается задача изобретения.

Формула изобретения

Измеритель вязкости жидкости, содер- жащий программное реле, блок взвода, генератор, первый и второй-счетчики, первый и второй элементы И и барабан, на котором с помощью троса закреплен шаровой зонд, причем ось барабана кинематически связана с осью блока взвода, электрический вход которого соединен с первым выходом программного реле, первый и второй входы и выход элемента И соединены с выходом генератора, выходом триггера и счетным входом счетчика соответственно, а также первый и второй компараторы, первый и второй цифроанало- говые преобразователи, аналого-цифровой .преобразователь, инвертор, первый сумматор, первый делитель напряжения, элемент ИЛИ, индикатор вязкости 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 первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого цифроаналогового преобразователя и вторым входом первого компаратора, первый и второй входы и выход второго элемента И соединены с выходом первого компаратора, выходом генератора и счетным входом второго счетчика соответственно, обнуляющий вход второго счетчика соединен с вторым выходом программного реле, обнуляющим входом первого счетчика и первым входом элемента ИЛИ, а его выходы 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 первого сумматора и первому входу второго компаратора, вход индикатора вязкости является первым выходом измерителя, выходы аналого-цифрового преобразователя через последовательно соединенные второй цифроаналоговый. преобразователь и первый делитель напряжения связаны со вторым входом второго компаратора, отличающийся тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей за счет дополнительного измерения плотности жидкости, в измеритель введены третий цифроаналоговый преобразователь, первый и второй задатчики, второй блок деления, второй инвертор, второй и третий сумматоры и индикатор плотности, причем группа входов третьего цифроаналогового преобразователя соединена с выходами первого счетчика, а его выход подключен к первым входам второго сумматора и второго блока деления, второй вход второго сумматора соединен с выходом первого задатчика, а его выход подключен к входу первого индикатора, второй вход второго блока деления соединен с выходом первого цифроаналогового преобразователя, а его выход через второй инвертор подключен к первому входу третьего сумматора, второй вход которого соединен .с выходом второго задатчика, а выход подключен к входу второго индикатора и является вторым выходом измерителя.

Изобретение относится к технике измерения вязкости и плотности жидкости и касается измерителей, обеспечивающих измерение вязкости и плотности контролируемой жидкой среды. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей измерителя за счет дополнительного измерения плотности жидкости. В измеритель введены первый и второй цифроаналоговые преобразователи, первый и второй сумматоры, первый и второй задатчики, блок деления, инвертор и четвертый элемент И, первый и второй входы и выход которого соединены с выходом генератора, третьим выходом второго шифратора и вычитающим входом первого счетчика соответственно, входы первого и второго цифроаналоговых преобразователей и вторые входы первого и второго сумматоров соединены с выходами первого и четвертого счетчиков и первого и второго эадатчиков соответственно, первый вход первого сумматора соединен с выходом первого цифро- аналогового преобразователя и первым выходом блока деления, второй вход которого подключен к выходу второго цифроа- налогового преобразователя, а выход через инвертор соединен с первым входом второго сумматора, выходы первого и второго сумматоров соединены с входом первого индикатора и первым выходом измерителя и входом второго индикатора и вторым выходом измерителя соответственно. 1 ил. Ё