АВТОМАТИЧЕСКИЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ВИСКОЗИМЕТР Советский патент 1968 года по МПК G01N29/02 G01N29/02 

Известен автоматический ультразвуковой вискозиметр, основанный на измерении частоты колеблющегося в исследуемой среде механического вибратора при резонансном его возбуждении. Он содержит магнитострикционный датчик вязкости, усилитель низкой частоты, ограничитель, фазовращатель, гетеродин, смеситель и частотомер. Однако применение этого вискозиметра затрудняется поскольку в нем магнитострикционный датчик, помимо основного назначения, выполняет также и роль элемента цепи обратной связи генератора и поэтому имеет очень сложную конструкцию. Он выполнен с двумя тщательно экранированными и разнесенными возбуждающей и съемной обмотками.

Из-за трудности поддержания необходимых для работы данной схемы фазовых соотнощений прибор недостаточно стабилен, а температурная погрешность чрезмерно велика, в особенности по отношению к маловязким продуктам.

Предлагаемый вискозиметр позволяет повысить точность измерений и стабильность прибора и упростить конструкцию датчика. Это достигается тем, что вискозиметр выполнен по разомкнутой схеме. Он снабжен преобразователем формы сигнала и умножителем частоты, включенными последовательно между датчиком вязкости и смесителем. Причем температурные коэффициенты частоты гетеродина и датчика равны.

На чертелче представлена блок-схема описываемого ультразвукового вискозиметра. Вискозиметр содерлсит генератор 1 импульсов тока, магнитострикционный датчик 2 вязкости, преобразователь 3 формы сигнала, умножитель 4 частоты, смеситель 5, гетеродин 6, усилитель 7 низкой частоты и частотометр 8.

Короткие импульсы тока работающего в режиме самовозбуждения генератора /, с определенной частотой повторения проходящие по обмотке датчика 2, периодически ударно возбуждают в его магнитострикционной пластинке свободные механические колебания на ее собственной частоте. Тормозящее действие окружающей датчик 2 вязкой среды приводит к экспоненциальному затуханию амплитуды этих колебаний в промежутках между импульсами тока, а также к уменьшению их частоты относительно начальной частоты колебаний пластинки на воздухе. Квадратичная зависимость между сдвигом собственной частоты механических колебаний пластинки и вязкостью

контролируемой жидкости и лежит в основе действия описываемого вискозиметра.

Снимаемые с обмотки датчика 2 электрические колебания в виде повторяюшихся экспоненциально убывающих радиоимпульсов посгуЗдесь радиоимпульсы, после предварительного усиления, ограничиваются по амплитуде и усиливаются. Затем полученный сигнал повторно ограничивается и усиливается с помощью шунтирующих диодив, усилительных каскадов и схемы автоматической регулировки усиления. В результате на выходе преобразователя формы сигнала возникают непрерывные электрические колебания постоянной амплитуды с частотой, равной собственной частоте механических колебаний датчика 2. Так как последняя много больще частоты повторения возбуждаЮШ.ИХ импульсов, то погрешность из-за возможного несовпадения фаз колебаний генератора / и датчика 2 в конце периода повторения радиоимпульсов крайне мала, к тому же она устранима когерентной синхронизацией генератора L

С преобразователя 3 сигнал поступает па умножитель частоты 4, повыплающий ее в три (пять) раз, и далее на смеситель 5, на который одновременно подаются колебания с гетеродина 6, настроенного соответственно на утроенную (упятеренную) начальную частоту собственных колебаний датчика 2. Появляющийся на выходе смесителя 5 сигнал низкой (разностной) частоты, непосредственно связанной квадратичной зависимостью с вязкостью контролируемой среды, усиливается усилителем 7 низкой частоты, после чего подается па аналоговый пли цифровой частотомер S, отградуированный непосредственно в едипица.к вязкости или снабженный переводной номограммой.

Частота гетеродина 6 может несколько отличаться от указанной. В этом случае индикатор частотомера 8 снабжается цепью установки нуля.

В вискозиметре используется простой и надежный магнитострикщюнный датчик 2 с одной совмещенной обмоткой, что возможно благодаря отсутствию в схеме прибора петли обратной связи, замыкающейся через датчик вязкости. Использование такого датчика и отсутствие в вискозиметре перестраиваемых фазоБращающих устройств, повышает его стабильность.

Умножитель 4 частоты предназначен для уменьшения погрешности при измерепии малых вязкостей, когда сдвиг собственной частоты колебаний датчика 2 весьма мал. С этой же целью в модификациях прибора, предназначенных для контроля низковязких сред, целесообразно усилитель преобразователя 5 настроить на третью гармонику колебаний датчика J, умножитель частоты 4 собирать из двух каскадов умножения, магнитострикционный датчик 2 выполнить с насадкой на одном конце пластинки и уравновешивающей ее массой на другом.

Для устранения погрешности, обусловленной влиянием температуры на сдвиг собственной частоты колебаний датчика 2, что особенно важно при измерении малых вязкостей, температурный коэффициент частоты гетеродина 6 вискозиметра и датчика вязкости должны быть равны. Это достигается включением

в цепь обратной связи гетеродина 6 находящихся при температуре контролируемой среды термозависимых элементов, которыми, в зависимости от типа гетеродина 6 (RC- или LC-rcнератор), могут, например, служить соответственно резисторы или магнитострикционная пластинка, аналогичная используе.мой в датчике вязкости 2.

Таким образом, предлагаемый вискозиметр характеризуется импульсным возбуждение.м

собственных механических колебаний датчика 2 с последующим преобразованием его экспоненциально затухающего электрического выходного сигнала в гармонические колебания той же частоты. Он сочетает достоинства ультразвуковых вискозиметров, основанных как на принципе измерения частоты (независимость результатов измерения от амплитуды и формы сигнала датчика), так и на прнпципе измерения коэффициента затухания (возможность использования датчика простой конструкции) .

Предмет изобретения

Автоматический ультразвуковой вискозиметр, основанный на частотном принципе измерения, содержащий магнитострикционный датчик вязкости, генератор импульсов тока, гетеродин, смеситель, усилитель низкой частоты и частотомер, отличающийся тем, что, с целью повышения точностп измерений, стабильности прибора и возможности использования датчика вязкости с одной обмоткой, в нем между датчико.м и смесителем включены псследовательно соединенные между собой преобразователь формы сигнала и умножитель частоты, а гетеродин выполнен с температурным коэффициентом частоты, равным этому коэффициенту для датчика вязкости.