Капиллярный вискозиметр Советский патент 1976 года по МПК G01N11/08 

1

Изобретение относится к устройствам для измерения реологических характеристик жидких сред.

Известен капиллярный вискозиметр 1, содержащий термостатируюш,.ий сосуд, внутри которого находится кориус, образованный тремя расположенными друг над другом станками, в«утренние объемы которых поделены сильфонами, предназначевными для измерения перепадов давления, на внешние и внутренние полости, измерительный капилляр, компенсационный ка:пилляр, насос-дозатор и иреобразователь. Внутренние полости верхнего и среднего стаканое соединены компенсационным капилляром, внутренние полости верхнего и нил него стаканов соединены измерительным капилляром. При этом торец верхнего сильфо-на через компенсациониый сильфон соедине} со штоком магнитного датчика, управляющего преобразователем. Испытуемая жидкость проходит по капиллярам и впутрениим полостям, а виешние полости стаканов и камера, в которой установлен магнитный датчик, соединены между собой и заполнены силиконовой жидкостью.

Ввиду того, что во внутренних полостях сильфонов присутствует воздух, являющийся посредником в передаче давления между испытуемой жидкостью и сильфОНОм, имеет место повышенная инерцнониость передающей

системы и пониженная точность измерении вискозиметра. Это происходит потому, что воздух обладает сжимаемостью, и мгновенная передача изменения давления от испытуемой жидкости при переменах значения ее вязкости к силиконовой жидкости через сильфон и иаоборот невозможна. Вискозиметр включен в систему автоматического регулирования процессов непрерывного производства, и его запаздывание в этом приводит К уменьшению точности регулирования и ухудшению качества продукции, так как требует увеличения допустимого интервала изменения вязкости испытываемой жидкости. В процессе работы часть воздуха может выходить вместе с током испытуемой жидкости или вытесняться ее парами, постоянная вискозиметра меняется, растет погрешность. Кроме того, усложняется эксплуатация, так как необходима нежелательная в непрерывном процессе периодическая тарировка вискозиметра.

Известен также дроссельный вискозиметр 2, содержащий входной и выходной штуцера, верхний и нижний блоки мембранных коробок, соединенных между собой трубкой, в которой иомещен шток, соединяющий жесткие центры мембран между собой и с конта ктными угольными преобразователями. Испытуемая жидкость насосом с постоянной подачей прокачивается через прибор и, проходя

в межмембранном пространстве, создает на кольцевом дросселе, образованном трубкой и штоком, перепад давлеппя, зависящий от ее вязкости. Перепад давления фиксируется мембранами и передается через шток на угольные контакты, .включенные в смежиые плечи моста.

Жесткая связь двух мембран для получения улавливаемого сигнала разности давлеипй испытуемой жидкости на них требует точной настройки, зависяш,ей «ак от жесткости мембран, так и от рабочей длины дросселя. Выпускаемые промышленностью мембраны имеют относительно большую жесткость, и при их использовании требуется большая длина дросселя, что зиачительно увеличивает габариты прибора. KpOiMe того, применение электропреобразователя затрудпяет использование дроссельного вискозиметра во взрывои пожароопасных производствах химической п нефтяной промышленности.

Известен капиллярный вискозиметр 3, состоящий из термостатируюшего сосуда, внутри Которого размеш,ены мембранный узел из двух измерительных мембран, измерительный капилляр, компенсационный капилляр, насоса-дозатора и преобразователя.

Он содержит две камеры, образованные мембранами и соединенные измерительным капилляром. Мембраны связаны штоками с сердечниками дифференциальных трансформаторов, выполняющих роль преобразователя.

С помощью мембран измеряется перепад давления испытуемой жидкости. Деформации мембран передаются через штоки на сердечники дифференциальных трансформаторов, являющихся преобразователями ;механического сигнала. При движении сердечников на выходе каждого трансформатора меняется напряжение. Включенные В противофазе оба трансформатора образуют систему, на выходе которой .возникает суммарное значение напряжения, пропорциональное измеряемому перепаду давления, а следовательно, и изменению вязкости .испытуемой жидкости.

Такая система выдает искаженный суммарный сигнал по сравнению с действительным значением перепада давления на капилляре, так как погрешности накладываются в процессе передачи сигнала от двух мембран двумя .имеющими трен.ие о направляющие штоками к двум преобразователям, имеющим, как и любое измерительное или фиксирующее устройство, ОБОИ погрешности.

В систему дистанционной передачи сигнала изменения величины вязкости испытуемой жидкости вискозиметров входят преобразователи, превращающие механические регистрируемые перемещения чувствительных элементов в пневматический или электрический сигналы, уже могущие быть переданными на большие расстояния.

Цель изобретения-повышение точности измерений.

Это достигается тем, что в мембранный узел .предлагаемого впскозилетра введе}1а третья суммирующая мембрана, образующая полость, связа-нную компенсацио.нным и измерительным капиллярами с полостями, образованными измерительными мембранами, и соединенная с сильфонным гидравлическим усилителем, передающим сигнал величины измерения вязкости испытуемой жидкости на преобразователь.

Па чертеже изображен предлагаемый капиллярный .вискозиметр, разрез.

В термостатирующем сосуде 1 с крышкой 2 установлен корпус мембранного узла, состояший из фланцев 3, 4, 5. Между фланцами 3 и 4 закреплена измерительная мембрана 6, между фланцами 4 и 5-измерительная мембрана 7. Между фланцем 5 и крышкой 2 закреплена суммируюшая мембрана 8. Полость 9, образованная мембраной 7, соединена с полостью 10, образованной мембраной 8, компенсационным капилляром 11. Измерительный капилляр 12 соединяет полость 10 с полостью 13, образованной мембраной 6. По .полостям 9, 10 и 13 .пропускается испытуемая жидкость. Полости 14 .и 15 заполнены силиконовой жидкостью и соединены трубкой 16 так, что образуется маслосистема, связываюшая мембраны 6, 7 и 8 через сильфонный усилитель в единый измерительный блок.

К внеш.ней поверхности крышки 2 жестко прикреплен стакан 17, в котором находится сильфон 18, связанный со штоком 19. Посредством последнего усиленный .механический сигнал преобразуется в унифицированный пневматический сигнал преобразователем 20. Полость 21 стакана 17 входит в маслосистему гидроусилителя сигнала. Сильфой 22 жестко связан с суммирующей мембраной, которая С.ВОИМ перемещением изменяет объем сильфона 22, вследствие чего сильфон 18 растягивается.

В крышке 2 имеется канал 23, по которому испытуемая жидкость поступает в щестеренчатый насос 24 с приводом 25.

По трубе 26 испытуемая жидкость подается в полость 9, образованную измерительной мембраной 7. Отводная трубка 27 выводит испытуемую жидкость после замера ее вязкости на утилизацию.

В предлагаемом вискозиметре введение третьей суммирующей .мембраны позволяет уменьшить погреш.ность в измерении вязкости испытуемой жидкости.

Третья суммируюшая мембрана прерывает известный измерительный капилляр и устанавливается между измерительными мембранами, создавая известный эффект применения компенсационного и измерительного капилляров. Причем отношение длины компенсационного капилляра к длине измерительного должна составлять 1:2.

Таким образом, введенная мембрана, одновременно измеряя перепад давления с .одной из измерительных мембран на компенсационном капилляре, а с другой па измерительном, суммирует значения перепадов и выдает суммарный сигнал, пропорциональный изменению вязкости -испытуемой жидкости. Система силиконовой жидкости, которая связывает все три мембраны, не имеет люфтов и трущихся деталей, поэтому суммирующая мембраиа выдает сигнал без искажений, который далее через усилитель передается только одним щтоком на один преобразователь. Все это повыщает точность измерений предлагаемого вискозиметра по сравнению с ирототииом.

Вискозиметр работает следующим образом.

Испытуемая жидкость по каналу 23 поступает в щестеренчатый насос 24, который по трубе 26 равномерно подает ее в полость 9 измерительной мембраны 7.

В сочетании измерительная мембрана 7 и суммирующая мембрана 8 измеряют потерю давления испытуемой жидкости на компенсационном капилляре II, по которому испытуемая жидкость переходит в полость 10 мел1браны 8. Помимо этого та же суммирующая мембрана 8 совместно с измерительной мембраной 6 фиксирзет перепад давления испытуемой жидкости па измерительном капилляре 12, по которому она далее перемещается -в полость 13 мембраны 6.

Поскольку длина компенсационного капилляра составляет /-к 50, а длина измерительного Li,100d, то суммирующая мембрана деформируется на величину Д/г, фиксируя перепад давления, равный ДР, на участке L . При этом деформация суммирующей мембраны прямо пропорциональна величине ДЯ, т. е. Д/г /С1Д/, где /Ci - коэффициент нропорциональности.

Эффективная вязкость определяется отнощением (где т--цапряжение сдвига; 1)

V-скорость сдвига).

Напряжение сдвига определяется по перепаду давления па единице длины капилляра при установи-вщемся ламинарном потоке жидкости, скорость сдвига-по диаметру капилляра и расходу через пего. Та)чим образом, при прочих равных условиях эффективпая вязкость испытуемой жидкости пропорциональна деформации -мсмбраьы 8

11 /С2А/г,

где / 2-коэффициент нропорциональноети, учитывающий дл1ииу и диаметр Капилляров 11 и 12, расход испытуемой жидкости н коэффициент /Сь

Деформация мембраны 8 через сильфон 22, жидкость усилителя, находящуюся в полости

21 и залИВаемую через горловину 28, сильфон 18 и щтск 19 передается на заслонку сонла преобразователя 20 и преобразуется в пневмоспгнал.

Окончательная формула для онределения вязкости жидкости принимает вид

f B-pi,

где В - постоянная прибора; pi - выходной нневмоснгнал.

Меняя диаметры капилляров 11 и 12, можно получить разные пределы измерения вязкости.

Вискозиметр .может быть укреплен на резервуаре с испытуемой жидкостью, например на реакторе.

Сравнив предлагаемый вискозиметр с рассматриваемым прототипом, можно сделать вывод, что первый точнее, так как имеет один выход механического сигнала и, следовательно, один нреобразователь, а последний два В1,:хода н два преобразователя, суммарная погрешность которых выше. Предлагаемый вискозИМетр по сравненню с рассматриваемыми аналогами имеет большую точность измерений и более экономичен (дает большой эконо:-.гический эффект за счет улучшення качества продукции и экономии сырья).

Примененное в предлагаемом вискозиметре сочетание суммирующей мембраны с известьым сильфонкым гидроусилителем позволяет увеличить диапазон перемещения датчика, нодающего сигнал изменения величины вязкости испытуемой жидкости на преобразователь.

Формула изобретения

Капиллярный вискозиметр, состоящий из термостатирующего сосуда, внутри которого размешены мембранный узел из двух измерительных мембран, измерительный капилляр, компенсационный капилляр, насоса-дозатора и преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, мембранный узел снаби-сен третьей суммирующей мембра)юй, образующей полость, связанную компенсационным и измерительным каниллярами с полостями, образованными измерительными мембранами, и соединенной через сильфонный гидравлический усилитель с преобразователем.

Источники информации, принятые во вниманне при экспертизе:

1.Авт. св. .Ко 396642, кл. G 01N 11/04.

2.Авт. св. Л 151863, кл. G 01N 11/08.

3.Авт. св. № 312539, кл. G 01N 11/08.

П