Вискозиметр Советский патент 1979 года по МПК G01N11/16 

Изобретение относится к вискозиметрам, основанным на апериодическом движении тела в. среде,, и может быть использовано в .химической, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности для контроля технологических процессов, протекающих при высоких температурах и давлениях, а также для научных исследований. Известен вискозиметр 1, основанный на апериодическом движении тела в среде. Вискозиметр содержит возбуждающую и измерительную схемы, измерительный преобразователь, включающий измерительный зонд, выполненный в виде цилиндра с расположенным внутри магнитами, возбуждающие и регистрирующие преобразователи. Недостатком вискозиметра является недостаточно высокий верхний предел рабочей температуры (+60|-100°С), определяемый типом применяемых регистрирующих преобразователей (герконов). Известен вискозиметр 2, работающий при повыщенных температурах и давлениях. Вискозиметр содержит возбуждающую и измерительную схемы, измерительный преобразователь, состоящий из измерительного зонда, возбуждающих и регистрирующих преобразователей. Недостатком вискозиметра является увеличение погрещности измерений при повышении частоты колебаний измерительного зонда. Известен также вискозиметр 3, основанный на апериодическом движении тела в среде, где устранены недостатки описанного выше вискозиметра. Вискозиметр содержит возбуждающую и измерительную схемы с триггером управления, измерительный преобразователь, включающий измерительный зонд с прикрепленным к нему акустическим экраном в виде металлической пластинки, акустические регистрирующие преобразователи, состоящие из генератора, двух пьезоэлектрических излучателей и приемных пьезопреобразователей. Работа вискозиметра основана, на измерении времени перемещения измерительного зонда между двумя положениями, фиксируемыми акустическими регистрирующими преобразователями.

Недостатком известного вискозиметра является увеличение погрешности измерений при изменении величины акустического сигнала, что имеет место при применении вискозиметра в средах с неременным коэ())фнциентом поглощения, при старении пьезоэлементов или при накоплении иа последних налипшего слоя контролируемого ве1нества, - Целью предлагаемого изобретения является nOBbmjeHne точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в вискозиметре, содержащем возбуждлюш.ую и измерительную схемы с триггером управления, четырьмя усилителями-детекторами и двумя пороговыми дискриминаторами, имеющими по два входа, измерительный преобразователь, включающий измерительный зонд с прикрепленным к нему акустическим экраном, выполнершым в виде металлической пластинки, акустические регистрирующие преобразователи, состоя1цие из .генератора, двух пьезоэлектрических излучателей и приемных пьезопреобразоватслей, последние выполнены в виде двух включенных акустически параллельио пьезоэлементов в форме полудисков, электрические выходы которых соединены со входами триггера управления через усилители-детекторы с разными коэффициентами усиления, и пороговые дискриминаторы, подключенные на выходы последних.

Кроме того, акустический экран регистрирующих преобразователей расположен в одной плоскости с приемными преобразователями, а площадь экрана не превышает площади каждого полудиска.

На фиг. 1 а изображена конструкция измерительного преобразователя; на фиг. 1 б - функциональная схема вискозиметра; на фиг. 2 а - фазы движения измерительного зонда относительно приемного пьезопреобразователя; на фиг. 26 - эпюры напряжений, поясняющие работу акустических регистрирующих преобразователей.

Вискозиметр состоит из возбуждающей и измерительной схем и измерительного преобразователя.

Измерительный преобразователь содержит герметичный корпус 1, катушки возбуждения 2, удлиненные магнитонроводы 3, кронштейн 4, герметично выведенный из корпуса 1, на конце которого в исследуемой среде помещены два пьезоэлектрических излучателя 5 и два приемных пьезопреобразователя, состоящие из полудисков б и 7, две камневые опоры 8, измерительный зонд 9 с размещенными в нем магнита.ми, закрепл енный в камневых опорах 8 между наружными полюсами магнитопроводов 3, акустический экран 9,. закрепленный на измерительном зонде 10.

.Возбуждающая схема содержит источник питания 11, нагрузкой которого являются катущки возбуждения 2, подклю.ченные к его

выходу,через KOM.IiyTaTop 12, уг1равляю1Ц11е которого подключены к выходам триггера yripaii.ieiniH 13. Уи|1пвля1О1ние входы трштсра 13 соеди11е1и | с акустическими регистрирующими преобразователями, иредставля1оии1ми собой генератор синусоидальных колеба1Г1и1 (и.щ генератор iiMiiy.) 14 .на 1)1Х{)Д которого подключен, два пьезоэлектрических излучателя 5, акустически связанные с двумя нриемн1)1М11 ш езонреобр 13()1 ателями, каждый нз которых состоит из двух иолудисков 6 и 7. Электрические вь1ход|5| полудисков1 1х ньезоэ.1ементов 6 и 7 соединены со входами триггера управлеиия через усилите:1и-детскторы 15, 16, 17 и 18 и подключенные на их выход пороговые дискриминаторь 19 и 20. Из.мерительная схема еодержит измеритель нериода колебаний 21, подключенный к одному из выходов триггера управления 13.

Фиг. 2а и 26 поясняют работу акустических регистрируюии1х преобразователей. На фиг. 2а изображены фазы движения измерительного зонда 10 с акустическим экраном 9 относительно правого приемного ньсзопреобразователя, состоянюго из ruxiyдисков 6 и 7, электрические которого соедипены со входами трипсра управления через усилители-дстскторы 17, 18 и иодключе1Н)ый на их В1))1 порогов1)й диск)имипатор 20.

На фиг. 26 изображены.эпюры напряжений па выходах усилителей-детекторов Ui и Ua и порогового дискри.минатора 20 Ufe при различьп ьч коэффициентах ногло1цения акустических сигналов 22 и 23. Изменение напряжений U| и Ua показано в зависимости от положений акустического экрана 10 (I, И, III, IV, V).

Вискозиметр работает следующим образом.

При нахождении измерительного зонда 10 в крайнем правом положении (фиг. 16), фиксируемым левым регистрирующим преобразователем, правое плечо триггера управления 13 закрыто и ток источника питания 1.1.. через коммутатор 12 запитывает катушку возбуждения 2, преобразующую этот ток в усилие, заставляющее измерительный зонд вращатьея против часовой стрелки (магнит в цилиндре движетея в стороиу левого электромагнита). При подходе зоида 10 в крайиее левое положение, фиксируемое правым регистрирующим иреобразователе.м, сигнал с последнего перебрасывает триггер управления, открывая правое плечо. В данном случае запитьшается правая катущка возбуждения 2 и направление движения зонда 10 реверсируется. При подходе зоида 10 в крайнее правое положение, фиксируемое левым регистрирующим нреобразователем, триггер 13 вновь перебрасывается и ток источника питания .11 поступает на левую катушку возбуждения 2, после чего цикл повторяется. Работа -«.кустических регистрируюпшх преобразователей , пропсходпт следующим образом. Геператор 14 (фиг. 1 б) вырабатывает сйнусоидальпое напряжение (возможпо прпмепепие и импульсного генератора), которое поступает на два пьезоэлектрических излучатеотя 5, находящихся в исследуемой среде возле измерительного зонда 9 (фиг. 1а). Энергия электрического сигнала преобразуется излучателями 5 в механические колебания, которые, распространяясь. по исследуемой среде, достигают приемных пьезонреобразователей, состояншх пз двух включенных акустически параллельно элемептов в форме полуколец 6 и 7, где преобразуются сиова в электрические колебания, которые подаются па усилители-детекторы 15 и 16 (левьш приемный пьезопреобразователь) и 17 и 18 (правый приемный пьезопреобразователь), где происходит их усиление и преобразование в постоянные напряжения (фиг. 26). С выхода усилителей детекторов постоянное напряжение прикладывается ко входам пороговых дискриминаторов 19 (с 15 и 16) и 20 (с 17 и 18). При достижении измерительным зондом 10 одного из крайних положений, например правого (фиг. 2 а), происходит экранирование акустического пути от правого пьезоэлектрического излучателя 5 к полукольцам, вначале к 6, а затем к 7 приемного пьезопреобразователя акустическим экраном 9 и сигналы с их электрических выходов, а,следовательно, к с выходов усилителей-детекторов 17 и 18 (U( и Uj) изменяютея, как показано на эпюре 22 (фиг. 26). Положение акустического экрана 1 (фиг. 2 а) соответствует началу экранирования акустического пути (момент времени t| , фи. 26) к полукольцу 6. Положение экрана Ц соответствует моменту времени t2 , а положение III - моменту tj, когда начинается акустическое экранирование полукольца 7 и сигнал с выхода усилителя-детектора 18 (Ua) начинает уменьшаться, а сигнал с выхода усилителядетектора 17 (Ui ) увеличивается. В момент равенства напряжений Ui и Uz (положение IV, соответствующее моменту t.) пороговый дискриминатор 20 вырабатывает короткий импульс Uo, который перебрасывает триггер управления, после чего направление движения измерительного зонда 10 реверсируется. Так как усилителидетекторы 17 и 18 имеют разные коэффициенты усиления, срабатывание порогового дискриминатора 20 будет происходить только в одном положении акустического экрана 9 относительно полуколец 6 и 7, а именно когда напряжения на их электрических выходах Uf и Uz станут равными. Площадь 6 0 ак стпческог() экрана д.1я достижения намлучигего режима срабатывания дискрмм натора В1)1полиепа равной площлл кп.-кдого полудиска. В этЪм стучос в равенства напряжений, соотнстствуюшпй нре--;о:1и 14. (фиг. 26), амплитуда Lip 1Ь LI будет меньше амплитуды Iz и бо.илпо амп.читуды iJi в момепт tj. Однако в зависимости оз назначения вискозиметра допускается выбирать эту плоН1адь несколько меньгпе плоишди нолудисков. Реверсировапие движения измерительного зопда происходит в моме1гт времени 1 + . происходит Па фиг. 26 для наглядпост | показано прохождение акустического экрана 9 из поюжения I в иоложение IV, что соответскг.чл моментам времеш li --te. При изменении амплит ды сигнала па прпем}1ых пьсзопреобразователях, связанпого с изменением коэффициента ноглон:ения акустического сигнала в среде, с величснием па ньезоэлемептах палипн1его слоя, а также со старением пьезонреобразователей или изменеппем ами.митуды с генератора 14 (фиг. 16), время срабят1,1вапия дискриминатора .20 пе изменяется. Это хорошо Bii/ino из эпюры 2,, IVU показано С|)а6атыванпе дискримниатора к случае у.мсчнипения cnrna/ia на приемном П1 е;онре()бразователе. .Аналогич1п 1Й эф(|)ект будет наб.подлться и при уве..П1Н1 сигнала. д()( измерите.1ьным зондом к|)ай|1его .leBoro положепия работа левого регистрирующего р1.ч)браз()вателя происходи г аиа.1огич1(). В этом случае будет экранироваться акустический путь к полукольцам, вначале к 7, на выход которого подключен усилитель-детектор 16, а затем к 6, подключенпому на вход усилителя-детектора 15. Сигна. па опрокидывание триггера управ.чепия в данном случае будет вырабатываться пороговым дискриминатором 19. Таким образом, применение прием Ш)1Х ш езопреобразователей в виде двух включенных акустически параллельно пьезоэлементов с описанным электрическим соединением со входами триггера управлепия, выгодно отличает предлагаемый вискозиметр от прототипа тем, что позволяет повысить точность .измерений в случае таких неблагоприятных условий .работы, как изменение Коэффициента поглощения акустического сигнала в среде, налипание на пьезопреобразователях, старение пьезоэлемеитов, изменение напряжения генератора регистрирующего преобразователя и т. д. Все это значительно расширяет сферу применения вискозиметра в промышленных условиях в случае его использования для контроля среды, находящейся при высоких температурах и давлениях. При этом значительно упрощаетея электронная схема устройства, что облегчает эксплуатацию вискозиметра. Формула изобретения Вискозиметр, содержащий возбуждающую и измерительную схемы с триггером управления, четырьмя усилителями-детекторами и двумя пороговыми дискриминаторами, имеющими по два входа, измерительный преобразователь, включающий измерительный зонд с прикрепленным к нему акустическим экраном, выполненным в виде пластинки, акустические регистрирующие преобразователи, состоящие из генератора, двух пьезоэлектрических излучателей и приемных пьезопреобразователей, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности измерений, приемные пьезопреобразователи вьшолнены в виде двух включенных акустически параллельно,пьезоэлементов в форме полудьсков. электрические выходы которых соединены со входами триггера управления через усилители-детекторы с разными коэффициентами усиления, и пороговые дискриминаторы, подключенные на выходы последних, при этом акустический экран регистрирующих преобразователей расположен в одной плоскости с приемными пьезопреобразователями, а площадь экрана не превь1шает площадь каждого полудиска. Источники; информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР, заявка № 2312195/24, кл, G 0.1 N 11/16, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР, заявка № 2149462/25, кЛ. G 01 N 11/16, 1975. 3.Авторское свидетельство СССР заявка № 2401379/25, кл. G 01 N 11/16, 1976.

54/.г. /Jа

-0