Вискозиметр Советский патент 1979 года по МПК G01N11/16 

I

Изобретение относится к устройствам цля измерения вязкости и может найти применение для точного определения вязкости различных жидкостей при нормальных и повышенных температурах.

Известен вискозиметр, в котором в качестве датчика угловых перемещений маятника использован цилиндрический магнит, закрепленный на оси маятника и помещенный в катушку соленоид В качестве преобразователя сигнала датчика в электрический сигнал использован генератор синусоидально изменящегося напряжения, а в качестве реги- стрирующегг устройства применен осциллограф 1J .

Однако И1)цукцнонные датчики изза ниокой точности, обусловленной неравномерностью магнитного поля магнита, не успешно использоваться при проведении высокоточных исследований вязкости жидкостей. Отсутствие стабильности магнитшлх свойств магни-

та при условии повышения TeNfiiepaTy- . ры опыта делает невозможным применение вискозиметра с иноукциониым датчиком угловых перемещений маятника для измерения вязкости высокотемпературных жидкостей (например, расплавленных солей), {получение с датчика сигнала в виде скорости перемещения маятника усложняет конструкцию преобразователя сигнала с датчика в электрический сигнал.

Из известных вискозиметров наиболее близким по технической сущности является вискозиметр, состоящий из маятника, подвешенного на упругой

5 нити, погруженного в исследуемую жидкость и заключенного в герметический сосуд, системы возбуждения колебаний маятника, датчика угловых перемещений маятника, в качестве ко0торого используется плоское зеркальце, закрепленное на оси , оптического преобразователя сигнала датчика в электрический сигнал и электронной системы регистрации параметров колеблющейся системы. Оптический преобразователь состоит из лазера, системы развертки луча света и двух фотоциодоь, расположенных на линейной шкале, удаленной от оси маятника. Электронное регистрирукьшее устройство состоит из электронной схемы, обеспечивающей измерение времени прохождения лучом света расстояния между фотодиодами и периода нашего колебания маятника, чем обеспечивается автоматизация процесса измерения 2 .

Основной недостаток этого вискозиметра,.- .применение света для регистрации крутильных колебаний маятника, что вызывает конструктнв 1ые трудности при измерении вязкости агрессивных высоколетучих жидкостей, пары которых, конденсируясь на частях оптической cиcтe ;ы, вызывают уменьшение интенсивности отраженного от датчика луча света, а в случае агрессиных жидкостей приводят к помутнению стенок герметичного сосуда вследствие; их коррозии (например, при измерении вязкости,расплавленных солей при температурах до 110О-120О С).

Цель предлагаемого изобретен1 Я - повышение точности, чувствительности и стабильности работы прибора для измерения вязкости жидкостей, особенно высокотемпературных и высоколечучих (например, расплавленные соли) в широком интервале температур вплот до 1100-120О С.

Она достигается тем, что в качестве датчика угловых перемешений маятника, поцвешенного на топкой нити, .погруженного в исследуемую жидкость совершающую гармонические колебания и помещенного в герметический сосуд, применен дифференциальный емкостной датчик.

Он состоит из двух излучающих пластин, питающихся в противофазе одной приемной и одной вращающейся. Для обеспечения нормальной работы прибора неподвешенные пластины датчика расположены в холодной зоне и снаружи от герметического сосуда, выполненного из диэлектрического материала (например, кварца). С помощью керамической трубы, обеспечивающей , электрическую и тепловую изоляцию от маятника, погруженного в расплав, вращающаяся пластина датчика крепится вертикально ня оси маятника и подвешивается вместе с ним на тонкой упругой металлической нити на уровень неподвешенных пластин датчика угловых перемещений. Применение вертикально установленной вращающейся пластины датчика снижает воздействие на Нее конвективных потоков газа, заполняющего герметический сосуд (например,

аргона), вызванных различием температур в зоне расположения исследуемой жидкости и зоне расположения датчика угловых перемещений, достигающим в ряде случаев значительной

величины (например, до 8ОО-9ОО в случае измерения вязкости расплавленных солей). Трансформирование изменения емкости на выходе датчика, пропорциональное изменению амплитуды колебаний маятника, в изменение напряжения на выходе преобразователя сигнала датчика в электрический сиг нал позволило использовать для его регистрации высокочувствительные

цифровые электроизмерительные приборы, имеющие высокий класс точности.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого выеокозиметра колебательного типа,

Он содержит генератор 1 импульсов, дифференциальный усилитель 2, излучающие пластины 3 и 4 датчика угловых перемещений, приемную пластину 5 датчика угловырс перемещений, маятник 6 с тепло- и электроизолирующей трубкой 7 и вращающейся пластиной 8 датчика угловых перемещениЛ, герметический сосуд 9, нить 10 подвеса маятника, устройство 11 возбуждения колебаний маятника , усилитель 12 заряда, усилитель 13, демодулятор ,14, 4мльтр 15, усилитель со сглаживанием 16, ключ 17, интегратор 18, цифровой вольтметр 19, коммутирующее устройство 20, схему 21 формирования импульса, цифровой измеритель 22 периода и цифропечатающее устройство 23.

Предлагаемый вискозиметр состоит из маятника 6, соединенного через трубку 7 с вращающейся пластиной 8 датчика угловых перемещений, который подвешен на тонкой металлической нити 1О, заключен в герметический сосуд 9 и совершает затухающие герметические колебания в исследуемой жвдкости. Устройство 11 возбуждения колебаний маятника крепится

на стенках герметичного сосуда снаруж На уровне расположения вращающейся пластины 8 датчика снаружи по окружности на стенках герметичного сосуда 9 жестко закреплены три неподвижные пластины датчика угловых перемещений маятника: излучающие 3, 4 и приемная 5. Преобразователь сигнала датчика в электрический сигнал, который состои из генератора 1 импульсов, цифферен- ниального усилителя 2, усилителя 12, заряда, усилителя 13, демодулятора 14 и фильтра 15, собран на одной плте с регистрирующим устройством. В состав этого устройства входят следующие функциональные узлы: усилитель со сглаживанием 16, ключ 17, интегратор 18, коммутирующее устройство 2О, схема 21 формирования импульса, которая служит для измерения периода крутильных колебаний маятника 6. Регистрирующее устрюйство имеет выходы для подключения цифровых приборов для измерения напряжения {вольтметр 19) и периода (измеритель 22 периода), которые подключаются к цифропечатающему устройству23

Предлагаемый вискозиметр работает следующим образом.

При включении устройства 11 воз- буждегия колебаний маятника маятник, погруженный в контейнер с исследуемой жидкостью, начинает совершать гармонически затухающие крутильные колеба1шя. Пластина 8 датчика угловых перемещений маятника 6, колеблющаяся вместе с ним, вызывает изменение емкости между излучающими пластинами 3, 4 и приемной 5, которое влияет на токи, протекающие в цепи излучающих пластин 3, 4, приемной пластины 5, входа усилителя 12 заряда. Амплитуда импульсов на выходе усилителя заряда пропорциональна токам, протекающим во входной цепи усилителя 12 заряда (т. е. пропорциональна углу поворота маятника 6 относително положения покоя). Импульсное напряжение с выхода усилителя 12 заряда усиливается усилителем 13, и син хронный-демодулятор 14, на который генераторюм 1 импульсов подается опорная фаза, восстанавливает постоянную составляющую, которая сглаживается фильтром 15. Затем напряжение с преобразователя сигнала датчика в электрический С1тгнал подается на вход регистрирующего устройства: усилитель со сглаживанием 16 и далее через ключ 17, управляемый коммутирующим устройством 20, на интегратор 18. Интегратор 18 интегрирует положительные полупериоды напряжения, которые затем измеряются цифровым вольтметром 19. Перец интегрированием следующего положительного полупериода напряжение на интеграторе 18 сбрасывается до нуля с помощью коммутирующего устройства 2О, от которого с помощью схемы 21 формиро- ва1шя импульса направляются импульсы, характеризующие период колебания маятника 6, который измеряется цифровым измерением периода 22. Цифровые приборы 19 и 22 соединены с цифропечатающим устройством 23, которое автоматически регистрирует полученную информацию.

Применение в качестве датчика угловых перемещений маятника вискозиметра дифференциального емкостного датчика позволяет производить измере- ния вязкости жидкостей при температурах до 11ОО-12ОО С. Высокая чувствительность, точность и стаб)1льиость работы вискозиметра, обусловленная высокой чувствительностью, точностью и стабильностью его узлов, т. е. диф- фере1щиального емкостного датчика угловых перемещений, преобразователя крутильных колебаний маятника и регистрирующего устройства, позволяет использовать предлагаемый прибор при проведении точных {до 2%) измерений вязкости различных жидкостей в лабораторных условиях, в Щ1ФОКОМ интервале температур, вплоть до 11ОО-120О С. Высокая чувствительность и точность преобразователя крутильных колебаний достигается питанием излучающих пластин датчика от дифференциального усилителя, связанного одним выходом с генератором импульсов. Применение дифференциального усилителя позволяет получить питающие напряжения строго противофазными. Применение интегратора в регистрирующем устройстве по- выщает помехоустойчивость, а, следовательно, и надежность работы вискозиметра.

Формула изобретения

1. Вискозил етр, состоящий из маятника, подвещенного на упругой нити,

погруженного в жидкость и заключенного в герметический сосуд, системы возбуждения колебаний маятника, о тличаюшиЯся тем, что, с целью повышения точности, чувствитеЛ1 лости и надежности прибора при измерениях вязкости высоколетучих и высокотемпературных жидкостей, он снабжен дифференциальным емкостным датчиком угловых перемещений MaHtmiKa, преофазователем сигнала датчика в электрический сигнал и регистрирующим устройством.

2. Вискозиметр по п. 1,о т л и- чающийся тем, что дифференцальный емкостной датчик состоит из

трех жестко крепящихся по окружности на внешней поверхности герметического сосуда пластин {одной приемной и двух излучающих) и одной вращающейся, вертикально закрепленной на оси маятника на одном горизонтальном уровне с неподвижными пластинами.

Источники информации, принятые во (Внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 319882, кл. G О1 N 11/16, 1971,

2.0hta.OBorgen.W. В осКпег, D. Frewutad, К 6rjothcm, KJorkwpand НЛ.Оув, ВеГ Bunsenges phyiiH. Chem 79/3/335-34), 1975.