Устройство для измерения вязкости жидкости Советский патент 1993 года по МПК G01N11/16 

; Изобретение относится к измеритель- н|ой технике.

I Цель изобретения - расширение диапазона измерения вязкости, увеличение надежности и взрывобезопасности устройства.

; Существенным отличием изобретения Ивляется использование в качестве зонда Пьезоэлектрического трансформатора с фа- зЪвым сдвигом между входным и выходным Напряжениями, равным л /4, на основе которого реализуется фазовый метод измерения вязкости, за счет чего расширяется

1иапазон измерения вязкости. Реализация

юнда в виде твердотельного пьезоэлектрического трансформатора, не имеющего кинематических звеньев и практически не потребляющего электрического тока по :воей диэлектрической природе, позволяет повысить надежность и взрывобезопасность устройства.

На фиг. 1 изображена схема устройства.

Устройство для измерения вязкости жидкости содержит генератор 1, пьезоэлектрический трансформатор 2, фазосдвигающую цепочку 3, фазовый детектоп А, фильтр 5 низких частот, управляющей элемент 6 для перестройки частоты генератора 1 и регистрирующее устройство 7, причем последовательно соединены фазовый детектор 4, фильтр 5 низких частот и управляющий элемент 6 для перестройки частоты генератора Т. Выход генератора 1 соединен с входами пьезоэлектрического трансформатора 2 и фазесдвигающей це- 3, выход которой подключен к первому входу фа:зозого детектора 4, а выход пьезоэлектрического трансформатора 2 соединен с регистрирующим устройством 7 и с вторым входом фазового детектора 4,

, Зависимости частоты геняоатопз1 и выходного напряжения пьезоэлектрическое трансформатора 1 от вязкости жидкости при Ьц) я/4 пбказаиы соответственно на Ф,т.2 и 3,

Устройство работает следующим оора- зом.

Пьезоэлектрический трансформатор 2 представляет собой биморфный пьезозлг- мент в виде пластинки, работающей на изгиб под действием возбуждающего

f™

ЧЭЕШЭ

оэ

IP

напряжения генератора 1. Пьезоэлектрический трансформатор 2 полностью погружен в исследуемую жидкость, что исключает влияние уровня на показания прибора.

Функционирование устройства для измерения вязкости жидкости основано на использовании влияния сил вязкого трения со стороны жидкой среды на параметры (амплитуду или частоту) колебаний пьезоэлектрического трансформатора.

При неизменной вязкости частота генератора 1 является такой, что разность фаз между выходными сигналами пьезоэлектрического трансформатора 2 и фазосдвигаю- щей цепочки 3 равняется п /А. При изменении вязкости появляется расстройка по фазе между этими сигналами, которая вызывает появление сигнала на выходе фазового детектора 4, Фильтр 5 низких частот сглаживает выходной сигнал фазового детектора 4 для обеспечения устойчивой работы управляющего элемента 6 для перестройки частоты генератора 1. При этом частота генератора изменяется таким образом, чтобы обеспечить фазовый сдвиг на входе фазового детектора 4, равный п /4. К выходу пьезоэлектрического трансформатора 2 подключено регистрирующее устройство 7. В зависимости от типа регистрирующего устройства (частотомер или вольтметр) устройство для измерения вязкости жидкости может иметь соответственно частотный или амплитудный выход.

Техническим преимуществом устройства является возможность простого согласования с любыми устройствами контроля и обработки информации. Так как устройство является следящим по частоте за счет включения фазосдвигающей цепочки и элементов обратной связи, то измерение вязкости можно проводить непрерывно.

В области низких частот ФЧХ пьезоэлектрического трансформатора 2 имеет следующий вид:

СО(Тпп-К2) й/(К2Тпп -Ki) +1

(1)

где Ki, Кг и Тпп - константы, зависящие от параметров зонда и окружающей его жидкости.

При - я/4 частота изгибных колебаний и амплитуда выходного напряжения пьезоэлектрического трансформатора 2 могут быть определены по формулам

(2)

М +

ту

ивых( со)

КзЦвх/ш)

V( 1 - ИГ К4 / + ( Ш Кб )

(3)

В выражении (2) m - масса пьезоэлектрического трансформатора; о - коэффициент внутреннего трения керамики; m - вовлекаемая в движение масса жидкости за счет колебаний зонда.

В выражении (3) Кз, К4 и КБ - константы,

отражающие параметры и свойства зонда и исследуемой жидкости.

Надежность изобретения повышается за счет снижения количества функциональных блоков устройства и устранения всех

кинематических звеньев. В частности, по сравнению с прототипом устраняется относительное движение зонда с возбуждающей катушкой и с высокочастотным датчиком. Надежность также повышается потому, что

не используется струнный способ закрепления зонда. Так как зонд полностью погружен в жидкость, то исключается влияние сил поверхностного натяжения жидкой среды. Варывобезопасность повышается за

счет исключения возбуждающей катушки зонда и высокочастотного индуктивного датчика - устройств, потребляющих сравнительно большие токи.

Экспериментальные исследования проведены с нефтепродуктами (в том числе и с взрывоопасными), динамическая вязкость которых менялась от 0,003 до 4 Па с. В отличие от прототипа, где используется фазовый метод для измерения больших вязкостей, экспериментально доказано, что с помощью изобретения можно измерить и малые значения вязкости, а следовательно, значительно расширить диапазон измерения данного метода с высокой надежностью

и взрывобёзопасностью.

Формула изобретения

Устройство для измерения вязкости жидкости, содержащее генератор, зонд и регистрирующее устройство., отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерения вязкости, увеличения надежности и взрывобезопасности, зонд выполнен с фазовым сдвигом между входным и выходным напряжением, равным тс /4 , в виде пьезоэлектрического трансформатора, устройство дополнительно снабжено последовательно соединенным фазовым детектором, фильтром низких частот и управляющим элементом для перестройки частоты фазы генератора, фазосдвигающей цепочкой, причем выход генератора соединен с входами пьезоэлектрического трансформатора и фазосдвигаю(щей цепочки, выход которой ПОДКЛКУ- трансформатора соединен с регистрирую- чей к первому входу фазового детекто- щим устройством и с вторым входом фазо- ра, а выход пьезоэлектрического вогодетектора.

Изобретение относится к вискозиметрии и может быть использовано в вибраци- онных вискозиметрах. Сущность изобретения заключается в использовании зонда, выполненного со сдвигом между входным и выходным напряжением, равным я/4, и в виде пьезоэлектрического трансформатора. 3 ил.

a&f - af

.. фме. Ј

,/70 С

&0Ш. А

В

4

OMf

ff,f q&esc 3