Устройство для определения реологических характеристик жидкости в потоке Советский патент 1979 года по МПК G01N11/16 

йзводительности насоса, что приводит к изменению сигнала дифференциального трансформатора даже при 1ейзменных вязкоупругих свойствах вещества. Все это снижает точность измерений, требует сложной вторичной обработки выходного сигнала измерительного устройства. Известно устройство 2 для определения реологических харадтеристнк, в ко тором подвижный элемент, снабжен изме рительными и компенсирующими устрой- ствами, измеряющими необходимые коор« динаты и обеспечивающими стабилизацию частотных свойств устройства при изменении реологических характеристик вешес ва в течение всего времени измерения, обуславливая тем самым высокую точ-- ность и широкий диапазон измерений вяа коупругих свойств исследуемых веществ в стационарных условиях. Устройство не обеспечивает измерения . реологических харшстеристик жидкости в потоке, в условиях нестаиионарности ее движения. Ближайщим техническим решением к предложенному является устройство для определения реологических характеристик жидкости в потоке з , содержашее кор пус, включающий входную и выходную ка меры, шток с крепленной на нем насадкой, расположенный коаксиально с ней ци линдрический чувствительный алемент с кольцеобразным зазором между ними, пр вод, преобразователи силы относительно го перемещения и скорости перемещения, обратные преобразователи вязкости и мо дуля упругости, соединенные с усилитель нсмтреобразоватеяьными, исполнительными и регистрирующими блоками каналов модуля упругости и вязкости. Недостатками известного вискозимет ра являются невысокая точность и узкий диапазон измерений реологических характеристик жидкоста в потоке, обусловленные отсутствием компенсирующих уст-, ройств, обеспечивающих не только точгность и широкий диапазон измерений реологических характеристик вещества, но лнКвидирзтощих влияние гидравлическо го напора исследуемой жидкости, Цель изобретения - повыщение точнос ти и расширение диапазона измерений ре . логических характеристик жидкости в . потоке. Указанная цель достигается тем, что в известное устройство дополнительно введены компенсатор гидравлического напора, блок управления и нуль-орган. При этом компенсатор гидравлического напора выполнен в виде якоря с катушкой, естко связанного с цилиндрическим чу&ствительным элементом, и статора, закрепленного на корпусе, а блок управления в виде интегратора. Вход нуль-органа связан с преобразователем силы, а выход подключен ко входу блока управления, выход которого соединен с катущкой якоря компенсатора гидравлического напора. Обратные преобразователи вязкости и модуля упругости выполнены каждый в виде общего якоря с расположенными на нем катушкой обратного преобразователя вязкости и катущкой обратного преобразователя модуля упругости, а статоры жестко связаны с корпусом устройства. На чертеже представлена схема предложенного устройства для определения реологических характеристик жидкости в потоке, содержащего цилиндрический чувствительный элемент 1, связанный с входной камерой 2 упругим элементом 3, а с выходной камерой 4 - упругим элементом 5. Камера 2 имеет входной патрубок б и крышку 7, камера 4-выходной патрубок 8 и крышку 9, которая механически соединена с корпусом 10. На крышке укреплен привод 11, связанный через кулисный механизм 12 со штоком 13, име1ршнм насадку 14. Один конец щтока CBSJзан с крышкой 9 через ттругую диафраг му 15, а другой конец - с крышкой 7 че рез упругую диафрагму 16. Цилиндрический чувствительный элемент 1 и насадка 14 расположены коаксиально с кольцеобразным зазором между ними. На чувствительном элементе 1 укреп пены: шторка 17 преобразователя силы, представляющего собой фотоэлектрическую пару, содери ащую фотодиоды 18 и электрические лампочки 19, закрепленные на корпусе 10 устройства; шторка 2О преобразователя относительно перемещения элемента 1, представляющего собой фотоэлектрическую пару, содержащую фотодиоды 21 и электрические лампочки 22, укрепленные на скобе 23. Одним концом скоба связана со штоком 13, а на другом конце ее укреплен статор 24 преобразователя скорости относительного перемещения чувствительного элемента 1. На чувствительном элементе установленьг также якорь 25 с кату1икой 26 обратного ферродинамического преобразователя модуля упругости, статор 27 с катушкой 28 которого укреплен на кольце 56 29, жестко связанном с корпусом Ю устройства, и катушкой 30 ферродицамического обратного преобразователя вязкости, статор 31 с катушкой 32 которое го также у.креплен на кольце 29; якорь 33 с катушкой 34 преобразователя скорости относительного перемешения элемента 1; якорь 35 с катушкой 36 компенсатора гидравлического напора, статор 37 которого укреплен на корпусе 10 устройства. Выход фотодиодов 21 преобразователя измеряющего величину перемещения чувствительного элемента 1 относительно насадки 14, электрически связан со входом усилителя 38, первый выход которого связан с первым вкодом формирователя 39 сигнала модуля упругости, прейставляюшего собой множительное устройство, а второй выход - со входом катушки 26 якоря 25 обратного преобразователя модуля упругости. Выход фотодиодов 18 преобразователя силы, измеряющего величину перемещения цилиндрического Чувствительного элемента 1, пропорционального силе сопротивления, обусловленной вязкоупругими свойствами вещества, электрически связан со входом усилителя 40, первый выход которого связан со ъто .Qo рым входом формирователя 39 сигнала мо дуля упругости, выход которого через фильтрующий блок 41 связан с интегрирующим исполнительным блоком 42 канала модуля упругости. Второй выход усилителя 40 связан со вторым входом формирователя 43 сигнала вязкости, представляющего собой множительное устройство, первый вход которого через усили- тель 44 связан с катушкой 34 преобразователя cjtopocTH,. измеряющего скорость перемещения элемента Г. относительно насадки 14. Выход формирователя 43 через фильтрующий блок 45 связан с интез рирующим исполнительным блоком 46 ка-нала вязкости. Второй выход усилителя 44 связан со входом катушки 30 обратного преобразователя вязкости. Первый выход исполнительного блока 42 канала модуля упругости связан со входом катушки 28 обратного преобразователя модуля упругости, обеспечивая постоянное магнитное поле его статора, пропорциональное величине модуля упругости исследуемого вещества, а второй выход исполнительного блока 42 связан со Входом регистрирующего блока 47 модуля упругости. Первый выход исполнительного блока 46 канала вязкости связан с вхо5055 33f дом кагушхи 32 обратного пре обра зова теля вязкости, обеспечивая постоянное магнитное поле его статора, сфопорционапьное величине вязкости исследуемого вещества, а второй выход исполнительного блока 46 связан со входом регистрирую, щего блока 48 вязкости. Вход нуль-органа 49, выделяющего постоянную соста&. ляющую выходного сигнала преобразователя силы, характеризующую величину и знак отклонения чувствительного элемента 1 относительно исходного (нулевого) положения,,обусловленного гидравлическими напорами исследуемой жидкости, связан с выходом усилителя 5О, вход которого подключен к выходу фотодиодов 18 преобразователя силы. Выход нз- ль-органа 49 связан со входом блока управл&ния 51 канала компенсашш гидравличеокого напора, представляющего собой интегрирукнцее устройство, выходом связанное с катушками 36 компенсатора гидра впического напора. Устройство работает следующим обраВключение яривода 11 вызывает воэвратно-поступательное движение штока 13 и вместе с ним насадки 14 с определенной частотой и фиксированной ампли,, -л л ту ДОИ. Колебания насадки 14 приводят к ,« деформации исследуемого вещества в кольцевом зазоре, -образованном внешней поверхностью насадки 14 и внутренней поверхностью цилиндрического чувствительного элемента 1. Деформация вещества вызовет колебания чувствительного элемента 1 с той же частотой, но иной амплитудой и фазой, определяемыми вязкоупругими свойствами исследуемого вещества. При отсутствии перепада давлений на патрубках 6 и 8, т.е. при отсутствии течения жидкости, колебания чувствительного элемента 1 симметричны относите; льнону тевого положения ©того элемента 1, т.е. положения его нри неподвввкном штоке 13. При этом с выхода фотодиодов 18 преобразователя силы, фо годаодов 21 преобразователя относительного перемещения элемента 1 и обълоткк катушки 34 преобразователя скорости на входы усилителей 4 О, 38, 44 будут поступать синусоидальные колебания без постоянной составляющей. С первого и второго выходов усилителя 40 сигналы, пропорциональные силе, воздействующей на чувствительный элемент, поступят на лервые входы формирователя 39 и 43, на вторые -входы которых подается напряжение, пропорциональное п&ремещению, с усилителя 38 и напряже. ние, пропорциональное скорости перемещения, с усилителя 44, Благодаря этому выделяется сигнал, пропорциональный уп- ругости, и сигнал, отстающий на It/2, т.е. сигнал, пропорциональный вязкости. Следовательно, разделяются активная и реактивная составляющие комплексного модуля. Сигналы, пропорциональные модулю упругости и вязкости, поступают на фильт рующие блоки 41, 45 и далее в интегрирующие исполнительные блоки 42 и 46 и по катушкам 28 и 32 обратных преобразователей пойдет ток, Так как на катушки 26 и 30 обратных преобразователей подаются синусоидаль-. ные токи, пропорциональные перемещению и скорости соответственно, то в результате взаимодействия магнитных потоков, рбусловленнь1х токами в неподвижных ка. тушках 28 и 32, .и синусоидальных токов в катушках 26 и 30 обратных преобразователей, возникнут силы, направленные навстречу измеряемым силам, пропор цйональным модулю упругости и вязкости исследуемого вещества. Ток в неподвижных катущках обратных преобразователей будет изменяться до тех пор, пока силы, воздействующие со стороны исследуе мого вещества, не будут уравновешены электромагнитными силами обратных преобразователей. Таким образом, по величи не тока в катущках обратных преобразователей можно судить об упругости и вяз кости исследуемого вещества. Эти значе- НИН токов регистрируются в блоках 47 и .48 соответственно. Пока сигнал с фото диодов 18 преобразователя силы не имеет постоянной составляющей, сигнал на выходе усилителя 5О будет симметри ным и сигнал на выходе нуль-органа 49 будет равен нулю, что обусловит отсутствие тока в катущке 36 компенсатора гидравлического напора. .Появление разности давлений на паг рубках 6, 8 приведет в движение иссле дуемую жидкость, чувствительный элемен 1 смесится, причем величина смещения зависит и от свойств жидкости, и от величины перепада давлений. В результате, помимо периодической составляющей, на выходе фотодиодов 18 и 21 преобразователей силы и относител ного перемещения элемента 1 и, следовательно, на выходе усилителя 50 появит ,г;я постоянная составляющая, которая при ведет к возникновению ощибок при измерении вязкой и упругой компонент комплексного модуля. В нуль-органе 49 выделяется эта постоянная составляющая сигнала и после усиления в блоке управле ния 51 она поступает в катуижу 36 компенсатора гидравлического напора. Взаимодействие тока в катущке 36 и постоянного магнитного поля в воздушном зазоре статора 37 создает электромагнитную силу, действующую на чувствительный элемент 1 и направленную навстречу силе гидравлического напора. Ток будет изменяться до тех пор, пока силы не скомпенсируйт друг друга. Сумма сил, приводящих к смещению цилиндрического чувствительного элемента 1, будет равна нулю в течение всего времени работы устройства, что обеспечит а,1сокую точность и широкий диапазон измерений вязкости и модуля упругости исследуемого вещест ва в потоке, Использование предложенного устройства в контрольно-измерительных системах стационарных, заправочных станций летательных аппаратов позволит значительно повысить точность бортовых топливо-измерительных систем за счет вве- дения дополнительной информации о реологических характеристиках топлив. Это обеспечит не только экономию горючего в процессе полета, но и повысит полезную нагрузку летательного аппарата, увеличив тем самым экономическую эффективность полета. Формула изобретения Устройство для определения реологическ.г1х характеристик жидкости в потоке, содержащее корпус, включакшшй входную и выходную камеры, шток с укрепленной на нем насадкой, расположенный коаксиально с ней цилиндрический чувствительный элемент с кольцеобразным зазором между ними, привод|Преобразователи силы, относительного перемещения и скорости перемещения, обратные преобразователи вязкости и модуля упругости, соединенные с усилительно-преобразовательными, исполнительными и регистрирующими блоками каналов модуля упругости и вязкости, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности и расширеггая диапазона измерений, в него дополнительно введены компенсатор гидра&лического напора, блок управления и нульорган, причем компенсатор гидравлического напора выполнен в виде якоря с катушкой, жестко связанного с цилиндрическим чувствительным элементом, и статора, закрепленного на корпусе, а блок управления выполнен в виде интегратора, при этом вход нуль-органа связан с преобразователем сипы, а выход подключен ко входу блока управления, выход которого соединен с катушкой якоря компенсатора гидравлического напора, а обратные преобразователи вязкости и модуля упругости Еыполнень каждый в виде общего

якоря с расположенными на кем катушкой обратного преобразователя вязкости и катушкой обратного преобразователя модуля упругости, а статоры жесткос вязаны с корпусом устройства.

Источника информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 392378, кл. S О1 N 11/00, 1971.

2.SasfBKaNo 2311998/25, 29.07.76.

3.Патент Великобритании № 1227737, кл. Q 01 N 11/10, 1971.