Вибрационное устройство для определения физических свойств веществ Советский патент 1978 года по МПК G01N11/16 

1

Изобретение относится к измерительной технике, а точнее, к устройствам для определения физических свойств веществ, например вязкости, плотности, фазового состава растворов и расплавов, путем измерения параметров колебаний механической колебательной системы, взаимодействующей с исследуемым веществом.

Известно устройство, применяемое для этой цели, например вибрационный вискозиметр, содержащий два электродинамических преобразователя, возбуждающий и измерительный, состоящий из неподвижных катушек и постоянпых магнитов, жестко связанных посредством штока с механической колебательной системой, закрепленной на упругих подвесках.

Наиболее близким по технической сущности из известных устройств для определения физических свойств веществ является устройство, содержащее измерительную систему и корпус, в котором размещены электромагнитные преобразователи с двумя катущками, образующими с рабочим органом колебательную систему, связанную с корпусом упругими элементами.

В этом устройстве используются два электродинамических преобразователя, каждый из которых состоит из постоянного магннта с магпнтоироводом, и катущки, расположенной в магнитном зазоре, причем один из преобразователей служит для возбуждения механических колебаний, а другой - для их регистрации, подвижные части обоих преобразователей (катущки) соединены жесткой механической связью друг с другом и упругими элементами и совместно с рабочим органом образуют механическую колебательную систему, неподвижные части (магниты и магнитопровод) механически соединены между собой.

Рабочий орган, представляющий собой шар, закрепленный на штоке колебательной системы, погружается в исследуемую жидкость. Для возбуждения механических колебаний на катущку одного из электродинамических преобразователей подается переменное напряжение от генератора звуковой частоты. При колебаниях катущки измерительного преобразователя, механически связанной с катушкой преобразователя, возбуждающего колебания, в ней наводится ЭДС, пропорциональная скорости движения катушки в поле постоянного магнита. Эта ЭДС регистрируется соответствующим измерительным прибором. Для определения сдвига фаз между силой, возбуждающей колебания, и механическими колебаниями, составляющего 90°, измерительная схема включает в себя фазометр.

Существенным недостатком этих устройств является наличие прямой наводки со стороны преобразователя, возбуждающего колебания.

на измерительный. Для уменьшения этой наводки необходима установка толстых стальных экранов и увеличение расстояния между катушками нреобразователей. Другим недостатком устройства является необходимость жесткого механического соединения неподвижных частей преобразователей между собой.

Целью изобретения является упрощение конструкции устройства.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве нреобразователи снабжены одним магнитом с магнитопроводом, а катушки расположены на его нротивоноложных концах. При этом сам магнит с магнитопроводом играет роль электромагнитного экрана, зашиш,ающего катушку измерительного преобразователя от наводок со стороны возбуждающего преобразователя.

На чертеже показано предлагаемое устройство, общий вид.

Устройство содержит корпус-магнитопровод 1, изготовленный из магнитомягкого материала, постоянный магнит 2 цилиндрической формы, щток 3 из немагнитного материала, подвешенный на упругих подвесках (растяжках) 4 и 5 к корпусу, катушку 6 возбуждающего преобразователя, закрепленную на штоке с одной стороны магнита, и катушку 7 измерительного преобразователя, закрепленную на том же штоке с другой стороны магнита,

Для возбуждения колебаний механической колебательной системы, состоящей из обеих катушек, щтока, упругих подвесов и рабочего органа (на чертеже не показан), через катушку возбуждающего преобразователя пропускают переменный ток низкой частоты (например, от звукового генератора 8). При колебаниях катущки измерительного преобразователя в поле постоянного магнита (в зазоре между магнитом и магнитопроводом) в ней возникает ЭДС, пропорциональная скорости движения катушки; параметры электрического сигнала измеряют соответствующим измерительным прибором, например, ламповым вольтметром 9 переменного тока.

Рассмотрим в качестве примера схему проведения опыта при измерении вязкости жидкости по амплитуде резонансных колебаний механической колебательной системы. Для этого подают на катушку возбуждающего преобразователя 6 напряжение со звукового генератора 8 постоянной амплитуды с частотой, равной собственной частоте механической колебательной системы, и измеряют электрический сигнал с измерительной катушки 7 ламповым вольтметром 9. В начале опыта рабочий орган вискозиметра, обычно представляюший собой тонкую пластину или шар, не касается исследуемой жидкости. Затем перемещают сосуд с исследуемой жидкостью относительно рабочего органа устройства (или наоборот) до касания, которое отмечается по резкому изменению амплитуды механических колебаний, и, следовательно, по резкому изменению показаний вольтметра. Таким образом,

в этом случае устройство служит в качестве уровнемера. Затем, перемещая сосуд с исследуемой жидкостью, погружают рабочий орган на определенную глубину. При этом гидродинамическое сопротивление движения рабочего органа зависит от параметров исследуемой жидкости, в частности, от ее вязкости, и, следовательно, амплитуда механических колебаний и пропорциональные ей показания вольтметра определяются вязкостью среды. Таким образом, если устройство предварительно нроградуировано по жидкостям с известной вязкостью (и плотностью), вязкость исследуемой жидкости при изменении ее температуры или состава определяется по показаниям вольтметра.

При измерении вязкости частотно-фазовым методом измерительная схема должна быть дополнена фазометром и частотомером, при измерении вязкости по затухающим механическим колебаниям - измерителем декремента затухания и т. д. Следовательно, предлагаемое устройство в данном случае выступает в качестве вискозиметра.

Если жидкость при понижении температуры затвердеет, то амплитуда механических колебаний, и, следовательно, показания вольтметра, станут равны нулю. При плавлении твердого тела амплитуда колебаний будет отличаться от нуля. Следовательно, устройство в совокупности с измерителем температуры может служит для определения температур затвердевания и плавления или, в общем случае, для целей фазового анализа.

При испытании устройства механическая колебательная система полностью депфировалась, на катушку возбуждающего преобразователя подавалось напряжение от О до 3 В от звукового генератора, при этом электрический сигнал на катушке измерительного преобразователя не изменялся и оставался на уровне электрических тепловых шумов.

Постоянный магнит с магнитопроводом практически полностью экранируют катушку измерительного преобразователя от наводок со стороны электромагнитного поля, возникающего в катушке возбуждающего преобразователя при протекании через нее неременного тока.

Таким образом, конструкция нредлагаемого устройства упрощается по сравнению с другими аналогичными устройствами, так как содержит один магнит с магнитопроводом, и в устройстве отсутствуют защитные экраны и детали, соединяющие неподвижные части преобразователей.

Формула изобретения

Вибрационное устройство для определения физических свойств веществ, например, вязкости и плотности, содержащее измерительную систему и корпус, в котором размещены .электромагнитные преобразователи, с двумя катушками, образующими с рабочим органом

колебательную систему, связанную с корпусом упругими элементами, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции,

преобразователи снабжены одним магнитом с магиитопроводом, а катушки расположены на его противоположных концах.