Ультразвуковой вискозиметр Советский патент 1979 года по МПК G01N11/16 

1

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к устройствам для измерения реологически характеристик жидких сред.

ультразвуковые приборы для измерения внутреннего трения: в металлах и жидкостях, содержащие соединенные последовательно возбудитель, измерительный преобразователь, линейный усилитель, детектор сравнивающее устройство, триггер измерительное устройство 1.

Из-за влияния температуры эти приборы имеют невысокую точность измерений.

Наиболее близким к изобретению по своей технической сущности является ультразвуковой вискозиметр, содержащий генератор импульсов, усилитель мощности, выход которого подключен к измерительному преобразователю и входу предварительного усилителя, соединенные последовательно оконечный усилитель, детектор-Фильтр, сравнивающее устройство, триггер, измерительное устройство 12.

Одако точность измерений известного выскозиметра снижается изза дополнительного нагревания измеряемой жидкости, обусловленного .превращением энергии механических колебаний преобразователя в тепло. При попытке ограничить величину нагрева путем уменьшения амплитуды колебаний преобразователя точность измерений начинает ухадшаться из-за влияния шумов усилителя.Это усу- f губляется теМ|, что начальная Аьщли0туда колебаний преобразователя зависит от измеряемой вязкости (она уменьшается при увеличении вязкости).

Явления эти ограничивают точность измерений и сужают динамический ,

5 диапазон измеряемых величин, что особенно проявляется при повышении частоты колебаний преобразователя, ибо тепловыделение прямо пропорцио нально кубу частоты.

0

Целью изобретения является расширение диапазона измерений и повышение их точности.

Достигается это тем, что в состав устройства дополнительно введены

5 модулятор и каскад с регулируемой полосой пропускаемых частот, входы управления которых подключены к вьлходу измерительного устройства, второй вход и выход модулятора сое0динены соответственно с выходом генератора импульсов и входом усил теля мощности, а второй вход и выход каскада с регулируемой полосой соответственно с выходом предварительного усилителя-и входом оконеч ного усилителя. На чертеже представлена схема ультразвукового вискозиметра,. Предлагаемый вискозиметр содержит ге.нератор импульсов 1, модулятор 2, усилитель мощности 3, измер тельныйпреобразователь 4, предвар тельный усилитель 5, каскад с регу лируемой полосой б, оконечный уси|;1итель 7, детектор-фильтр 8, сравнивающее устройство 9, характеризующееся двумя уровнями сравнения, триггер 10 с раздельными входами, -измерительное устройство 11, В вискозиметре могут быть испол зованы в качестве измерительного п разователя магнитострикционные датч и вязкости с крутильными колебани представляющие собою колебательную систему,добротность которой зависи от величины измеряемой вязкости,Со венная добротность QO указанных датчиков равна, приблизительно500 ,При погружении в измеряемую жидкость добротность датчика Q j; и меняется в зависимости от величины добротности Q )« . где Qsf Itf/oL, - собственная частота колебаний датчика, ci. - затухание свободных колебаний датчика в жидкости. Для датчика по авт.св. № 204379 Г5 Л где R и RJJ- соответственно внешни и внутренний радиусы резонатора датчика; Р - плотность материала резонатора . 26 - длина резонатора; р, - плотность и вязкость измеряемой жидкости. Для никелевого резонатора с раз мерами. I 3 cM,.R 0,5 см., RO 0,4 см, частота колебаний f 25000 ГЦ, Qo 500, При этом В случае измерения воды ( « 0,01 пуаз,Р 1 г/см) QA 6750 Q 466, а в случае минерального мадла ( J 1,77 пуаз, р 0,905;Г/см5) G| 169, 126. Рассматриваемый вискозиметр работает с импульсно возбуждаемыми датчиками. Генератор 1 вырабатывае запускающие импульсы напряжения, Модулятор 2 усиливает этот сигнал в зависимости от величины напряжения обратной связи, поступающего с выхЪда измерительного устройства 11. Яатем усиленные усилителем 3 импульсы поступают на измерительный преобразователь (датчик) 4 и на вход усилителя 5. Яатухающее напряжение, снимаемоес датчика, усиливается в предварительном усилителе 5, проходит каскад с регулируемой полосой 6 и оконечный усилитель 7. Полоса частот, пропускаемых каскадом 6, управляется цепью обратной связи с вьвсода измерительного устройства 1i Огибающая усиленного напряжения, зависящая от затухания oL г-rcf/Qj,, выделяется детектором-фильтром 8 и поступает на сравнивающее устройст&о 9 с двумя уровнями сравнения Е,(Ч, и ECJ Импульсы, соответствующие уровням Ej. и Ej;2 поступают на входы триггера 10, длительность импуЛЬса ut которого в первом приближении не зависит от измерений начальной амплитуды затухающего по зкспоненте сигна ха датчика : .М V где Е ЕС. В измерительном устройстве 11 производится вычисление измеряемой величины Л Р;К на основании известных (измеренных заран.ее) значений QQ, f, If R-i f RO P-1 ci/Ec2« измеренной прибором величины b.t, Напряжение обратной связи, снимаемое с устройства 11, пропорционально величине Q. При увеличении Q происходит сужение полосы частот, пропускаемых каскадом 5, а коэффициент усиления усилителя, содержащего каскады 5,6 и 7, не меняется, В этом случае при уменьшении измеряемой вязкости уменьшается действующее значение шумов усилителя, что способствует сохранению точности прибора при уменьшении вязкости и, следовательно, позволяет расширить диапазон измеряемых величин в сторону их уменьшения при сохранении заданной точности. Яедобкодимость введения в схему модулятора 2 обусловлена следующим. Яача Яьная амплитуда колебаний резонатора датчика при постоянной амплитуде возбуждения зависит от величины измеряемой вязкооти. Это связано с.тем, что при погружении датчика в жидкость резонатор становится несимметричным, вследствие чего часть энергии колебаний рассеивается в системе крепления резонатора. В рассматриваемом диапазорш измерений v(Q 126 - 466) амплитуда колебаний p e30HaTOjC)a отличается в 2-3 раза в крайних точках диапазона (при увеличении вязкости амплитуда умень шается) , Величина минимальной амплитуды, допускаемая при больших вязкостях, должна выбираться, исходя из допускаемого перегрева жидкости, возникаюшег о из-за превращения энергии механических колебаний в тепло. Величина этого перегрева должна быть значительно меньше точности стабилизации температуры в термостате, т.е. значительно меньше 0,02 - 0,1°С для лабораторных термостатов. При экспериментах выяснено, что в случае ультразвуковой частоты колебаний сравнительно трудно достич малого перегрева, ибо даже при тгжо небольшой амплитуде колебаний как 0,5-10 см наблюдается заметное теп ловыделение, что подтверждается также и теоретическими расчетами. Увеличение амплитуды колебаний в жидкостях с малой вязкостью приводит к ухудшению точности измерений из-за возрастания перегрева, что может быть устранено введением модулятора 2, обеспечив ак)1цего уменьшение возбуждения датчика при возрастании величины Qj. Это также способствует расширению диапазона измеряемых величин и ловышению точности измерений. Использование предлагаемого вискозиметра позволяет расширить диапазон измеряемых величин по край ней мере в 15 раз, уменьшить величину температурной нестабильности изм ряемой жидкости на два порядка и . довести их до сотых долей градуса, что позволяет вести технологический контроль вязкости малоподвижных (неперемешиваемых) жидкостей, в которых затруднен теплообмен. Формула изобретения Ультразвуковой вискозиметр, содержащий генератор импульсов, усилитель мощности, выход которого подключен к измерительному преобразователю и входу предварительного усилителя, соединенные последовательно оконечный усилитель, детектор-фильтр, сравнивающее устройство, триггер, измерительное устройство, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений и повышенйя их точности, в него дополнительно введены модулятор и каскад с регулируемой полосой пропускаемых частот, входы управле(ия которых подключены к выходу измерительного устройства, второй вход и выход модулятора соединены соответственно с выходом генератора импульсов и входом усилителя мощности, а второй вход и выход каскада с регулируемой полосойсоответственно свыходом предварительного усилителя и входом оконечного усилителя./ Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.FUSfield H.J, Apparatus for rapid measurement of internal friction. Review of Seientific Instrur menti 1950, V 21, 7, p, 612. 2.Смирнов Ю.К,, Толоконников С.В. Ультразвуковой вискозиметр, сб. Ультразвуковая техника, 1966, вып.1, (прототип).