Датчик вязкости жидкости Советский патент 1979 года по МПК G01N11/00 

на выходную ось которой надеты маховик, отметчик угла поворота и чувствительный элемент датчика, погруженный в исх едуемую жидкость, программное реле времени, перый выход которого соединен с электрическиили входами электромагнитной муфты, а второй вьсход - со входом отметчика угла поворота. Измерение осуществляется в переходном режиме при отключении чувствительного элемента от электродвигателя 13. Однако и этот тип датчика не дает достаточной точности.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Это достигается тем, что в предложенный датчик введены одновибратор, вход которого подключен к выходу отметчика угла поворота, к первому входу группы выходных усилителей и к первому выходу датчика. Первый выход одновибратора подключен ко второму входу ключа прямого следования, второй выход - ко второму входу ключа следования с задержкой, первый выход которого соединен с первым входом ключа прямого следования и с выходом ключа схемы счета. Первый вход последнего соединен с выходом кварцевого генератора, а второй - с третьим выходом программного реле времени. Второй вход счетчика импульсов времени соединен с выходом ключа прямого следования с задержкой, а первый вход - со вторым выходом программного реле времени, а вьпходы счетчика соединены со вторыми входами группы выходных усилителей, выходь которой соединены с выходами датчика.

Па фиг. 1 представлена структурная схема предложенного датчика; на фиг. 2 - временная диаграмма работы некоторых его элементов.

Датчик измерителя вязкости содержит программное реле времени I, определяющее ритм выдачи информации датчиком, электродвигатель 2, разгоняющий вращающиеся детали датчика перед измерением до требуемой скорости, электромагнитную муфту 3, соединяющую электродвигатель с вращающимися деталями датчика на время разгона, отметчик 4 угла поворота, выдающий импульс напряжения при каждом повороте своего ротора на заданный угол, маховик 5, запасающий требуемую энергию в процессе разгона. Датчик содержит также чувствительный элемент 6, воспринимающий тормозящее действие исследуемой жидкости, зависящее от ее вязкости, кварцевый генератор 7, вьщающий прямоугольный импульсы напряжения через постоянные временные промежутки, ключ 8 схемы счета, пропускающий импульсы кварцевого генератора 7 при поступлении разрещающего потенциала с программного реле времени 1, одновибратор 9, управляющий ключами прямого следования 10 и следования с задержкой П. Ключ 10 прямого

следования пропускает импульсы кварцевого генератора 7 в то время, когда импульсы счетчика угла поворота 4 отсутствуют, ключ 1 следования с задержкой пропускает импульсы кварцевого

генератора 7, возникающие одновременно с импульсами отметчика угла поворота 4.Линия 12 задержки задерживает импульсы кварцевого генератора 7 на время прохождения в датчике импульса отметчика 4 угла поворота. Счетчик 13 импульсов времени суммирует в процессе измерения импульсы кварцевого генератора 7. Группа выходных усилителей 14 вьщает на выход датчика по комавде импульса отметчика 4 угла поворота параллельный двоичный импульсный код

времени очередного срабатывания отметчика 4 угла поворота.

Датчик измерителя вязкости работает oieдующям образом.

Срабатывание программного реле времени I

происходит через постоянные промежутки времеШ1 Т, определяемые требуемой пepиoд нocтbю измерения вязкости коЛролируемой жидкости. В первой позиции этого реле напряжение с его первого выхода подается на электродвигатель 2 и

электромагнитную муфту 3. При срабатывании электромагнитной муфты 3 ее входная ось, механичесрш связанная с валом электродвигателя 2, подключается к выходной оси, связанной с маховиком 5, чувствительным элементом 6 и вращающимися деталями отметчика 4 угла поворота. Вращаясь, ротор электродвигателя 2 разгоняет связанные с ним детали до необходимой угловой скорости. Это осуществляется за время разгона разг. (фиг. 2а), после чего программное реле

Времени 1 переходит во вторую позицию. При этом исчезает напряжение на его первом выходе, а со второго выхода выдается одиночный импульс. При снятии напряжения с электромагнитной муфты 3 и электродвигателя 2 муфта разъединяет

свои входную и выходную оси, а вал электродвигателя останавливается. Одиночный импульс со второго выхода программного реле времени 1 подается на первьш вход счетчика 13 импульсов времени и переводит его в нулевое состояние.

Далее программное реле времени переходит в третью позицию, в которой на его третьем выходе появляется постоянное напряжение. Оно подается на электрический вход отметчика 4 угла поворота, как напряжение питаяия, и на второй вход

ключа 8 схемы счета, как разрешающий потенциал. При наличии на1 ряжения питания отметчик 4 угла поворота выдает импульсы напряжения малой длительности каждый раз, когда его ротор поворачивается на заданный угол. Этог импульс,

во-первых, подается непосредственно на первый выход датчика измерителя вязкости, а,во-вторых, он nocTynaet на первый вход группы выходных усилителей 14, на вторую группу входов которых заведены управляющие потетшалы с соответствующих выходов счетчика 13 импульсов времени. На основе поступившего одиночного импульса на вь1ходе группы выходных усилителей 14 формируется параллельный двоичный импульсный код времени выдачи очередного импульса отметчика 4 угла поворота. Этот код поступает на вторую группу выходов датчика измерителя вязкости. В-третьих, этот импульс подается на вход одновибратора 9, которыГ управляет счетом импульсов времени, с его помощью задерживается счет импульсов кварцевого генератора 7 счетчиком 13 им11 71ьсов времени на время прохождения импульса отметчика угла поворота 4 через группу выходных усилителей 14. Этим исключается возможность считывания врем ни в момент переходных процессов в счетчике 13 импульсов времени, что может привести к ошибке в считьшании времени. Счет импульсов времени нач1шается с момента подачи разрешающего потенциала на второй вход ключа 8 схемы счета после перехода программного реле времени в третью позицию. В этом случае импульсы с выхода кварцевого генератора 7, поступая на первый вход ключа 8 схемы счета, прО5фдят через него и далее подаются одновременно на первые входы ключей прямого следования 10 и следования с задержкой 11. При отсутствии импульса на выходе отметчика 4 угла поворота одновибратор 9 находится в устойчивом состоя1гаи, при котором с его выходов на вторые входы ключей прямого следования 10 и следования с задержкой 11 подаются соответственно разрешающий и запрещающий потенциалы. Импульс кварцевого генератора 7 проходит через ключ 10 прямого следования и поступает на второй вход счетчика 13 импульсов времени, увеличивая его содержимое на единицу. В моменты же появления импульса на выходе отметчика 4 угла поворота одновибратор 9 переходит в неустойчивое состош ие. В этом случае на вторых входах ключей 10 и И имеются соответственно запрещающий и разрешающий потенциалы. Импульс кварцевого генератора 7 проходит через ключ следования с задержкой 11 и попадает на линию 12 задержки, в которой находится до тех пор, пока очередной импульс отметчика 4 угла поворота не покинет датчик. После этого одновибратор 9 возвращается в устойчивое состояние, а импульс с выхода линии задержки 12 поступает на второй вход счетчика 13 импульсов времени и суммируется им. По окончании времени измерения 1изм. программное реле времени 1 переходит в четвертую позицию. Напряжение на его третьем выходе исчезает. Поскольку при этом снимается напряжение питания с отметчика 4 угла поворота, он перестает выдавать импульсы напряжения. Импульсы же кварцевого генератора 7 не проходят через схему счета 8, так как на второй вход ее в этом режиме подается запрещающий потенциал. В таком состоянии датчик измерителя вязкости находится до начала нового цикла измерения. Принцип измерения вязкости с применением предложенного датчика заключается в следующем. При вращении чувствительного элемента датчика в контролируемой жидкости он испытьюает тормозящее воздействие, зависящее от вязкости жидкости. Поскольку во время измерения электродвигатель отключен от вращающихся деталей измерительной части датчика, угловая скорость их вращения, вследствие расхода энергии на преодоление тормозящего действяя жидкости, снижается. Для некоторых жидкостей ее шижение с достаточной точностью характеризуется след тошим дифференциальным уравнением: --06-60 .(1) где cj - угловая скорость вращения; а - коэффициент снижения скорости, зависящий от вязкости контролируемой жидкости . и подлежащий определению в процессе измерения. Решение этого дифференциального уравнения имеет вид () ,.(2) где w о - угловая скорость вращения в начале измерения. , На основании уравнения (2) можно определить угол v5, на который поворачивается чувствительньп элемент датчика за промежуток времени ti-ti: J-o ()dt ti r° 2 g-06t ( )J (3) Отметчик 4 угла поворота срабатывает каждый раз, когда ч вствительный элемент датчгоса поворачивается на угол As/- Следовательно, время tj и tji любых двух последовательных срабатываний отме-гчшса связано соот ющением Acp.co,t,,-t,,i-()Jf4) Выражение (4) при малых значениях утла может быть значительно упрощено пря разпожеН1Ш каждой его экспоненты в ряд, в котором

можно учитывать лишь первые три члена. Тогда после преобразования его можно привести к виду:

СОлОб , пп

Дф- ft. t

2 ()

в выражении (5) неизвесты о и ш oi поэтому для оценю величины а необходимо, как минимум, измерить время трех последовательных срабатьшаний отметчика 4 угла поворота.. Точность измерения можно значительно повысить, если измерить время большего числа срабатываний отметчика и использовать более сложный алгоритм вычисления величины а.

Полученное значение а позволяет далее рассчитать вязкость исследуемой жидкости т) на основании градуировочной кривой ). Характер градуировочной кривой зависит прежде всего от выбранной конструкции чувствительного элемента датчика и-должен быть выявлен экспериментально.

Предложенный датчик измерителя вязкости позволяет значительно повысить точность измерения рассматриваемогс параметра и обеспеч1шает, в частности, требуемую точность контроля вязкости шлихты в клеевой коробке шлихтовательной машины. Это достигается за счет того, что в датчике не требуется стабилизации питания электродвигателя и его параметров, а так же за счет высокой точности измерения времени срабатыва1ШЯ отметчика угла поворота, оцениваемой Микросекундами.

Повьииенне точности измерения вязкости позволяет включить его в состав АСУТП шлихтование и автоматизировать тем самым управление такими важными параметрами процесса шлихтования, как вязкость шлихты в клеевом корыте машины, концентрация шлихты, величина истинного приклея основной пряжи. Автоматическое поддержание регламентированного режима шлихтования позволяет резко снизить обрывность основных нитей в ткачестве, а следовательно, повысить производительность труда и оборудования технологического процесса. Одновременно значительно улучшается качество вырабатываемых сурювых тканей.

Формула изобретения

Датчик вязкостм жидкости, содержащий электродвигатель, вал которого механически связан со входным валом электромагнитной муфты, на вьрсодную ось которой надеты маховик, отметчик угла поворота и чувствительный элемент датчика, погруженный в исследуемую жидкость, програм1«ное реле времени, первый выход кото рого соединен с злектрическими входами электромагнитной муфты, а второй выход - со входом отметчика угла поворота, отличаюшийся тем,.что, с целью повышения точности измерения, в него введены одновибратор, вход которого подключен к выходу отметчика угла поворота, к первому входу группы выходных усилителей и к первому выходу датчика, первый выход одновибратора подключен ко второму входу ключа прямого следования, второй выход - ко второму входу ключа следования с задержкой, первый вход которого соединен с первым входом ключа прямого следования и с выходом ключа схемы счега, первый вход которого соединен с выходом кварцевого генератора, а второй вход - с третьим вькодом программного реле времени, и счетчик импульсов времени, второй вход которого соединен с выходом ключа прямого следования и через линию задержки -с выходом ключа следования с задержкой, nepBbrfi вход счетчика импульсов - со вторым выходом программного реле времени, а выходы счетчика соединены со вторыми входами группы выходных усилителей, выходы которой соединены с выходами датчика.

Истошики шх юрмации, принятые во внимание при экспертизе

1. Заводская лаборатория, 1965, № 2.

2.Авторское свидетельство СССР № 500472, кл. COIN 11/00,.1975.

3.Журнал Всесоюзного химического общества. 1961, Т.1У. N 4, С.417.

Г

1

«

tpase

«m.

«Wp

tj/3K

нв-ген

бья.втм

/

a fex,