Вибрационный вискозиметр Советский патент 1980 года по МПК G01N11/16 

. . I. Изобретение относится к области измерительной техники, в частности, к устройствам для измерения вязкости жидкостей и может быть использовано в химической, нефтехимической, машиностроительной и других отраслях промышленности.. Известен вискозиметр Вудворда, содержащий измерительный преобразователь, схему автогенераши и измерительную схему. Измерительный преобразователь представляет собой зонд с возбуждающим преобразователем электромагнитного типа и приемным преобразователем пьезоэлектрического типа. Приемный и возбуждающий преобразователи соответственно подключены ко входу и выходу схемы автогенерации, состоящей из предваритель ного усилителя, усилителя-ограничитетй и усилителя мощности, К выходу предварительного усилителя подключена измерительная схема, представляющая собой амплитудный ламповый вольтметр (Ij. Однако этот вискозиметр имеет усложненную конструкцию иэ-за наличия усилителя-ограШ1чителя, кроме того, последний является источником фазовых и амплитудных погрешностей, что снижает точность измерений. Известен акустический вискозиметр, состоящий из низкочастотного измерительного преобразователя, электронной схемы автогенерации, измерительной схемы и схемы термокомпенсации. Измерительный преобразователь содержит зонд, приемный и возбуждающий преобразователи электромагнитного типа. Схема автогенерации состоит из частотно-независимого фазовращателя, усилителя-ограничителя, полосового фильтра и выходного каска- . да. Приемный и возбуждающий преобразователи соответственно подключе1Пз1 к входу и выходу электронной схемы аптогенерации. Измеритопьная иолкпючена к входу электронной схомы самовозбуждения и препс1авпяот собой нимпо- кый вольтметр. Схпмп тсрмокомпййсч3 7 НИИ содержит датчик темпфатуры и аналогорешаюшую схему, дающую поправку на показания вольтметра. Гармонические колебания зонда преобразуются приемным преобразоватепем в электрическое напряжение и поступают на вкод частотн независимого фазовращателя, а затем в усилитель-ограничитель, который nfieобравует синусоидальное напряжение в импульсы прямоугольной формы. Полосовой фильтр вьщеляет лишь первую гармонику, после чего она усиливается по мощ ности выходным каскадом и поступает на возбуждающий преобразователь. При изменении вязкости жидкости изменяет ся величина напряжения на приемном преобразователе, которое и является мерой вязкости. Напряжение на приемном преобразователе регистрируется измерительной схемой Г2. Однако это устройство имеет также усложненную конструкцию из-за наличия усилителя-ограничителя и полосового фильтра в схеме автогенерацни, кроме того усилитель-ограничитель и полосовой фильтр являются источником фазо- , вых и амплитудных погрешностей, что снижает точность измерений. &1ижайшим по технической сущности к предложенному является вибра1шонный вискозиметр, содержащий измерительный преобразователь с зондом, возбуждающим и приемным электромеханическими преобразователями, подключенными соответс венно к выходу и входу схемы автогенерации, включающей фазовращатель и усилитель Мощности, детектор, вход которого подключен к приемному электромеханическому преобразователю, а выход к одному из входов сравнивающего устройства, источник опорного напряжения, подключенный ко второму входу сравнивающего устройства, измерительную схе му. Гармонические колебания зонда преобразуются приемным преобразователем в электрическое 1нап{5Яжение, kOTbpoe поступает на частотно-независимый фазо вращатель. Сдвинутое по фазе напряжение подается на усилитель-ограничитель, который преобразует синусоидальные напряжения в импульсы прямоугольной формы, С помощью полосового фильт ра выделяется первая гармоника, которая усиливается по мощности выходным каскадом и через регулировочный потенциометр поступает на возбуждающий пре образователь. Напряжение с npHeMHOfo пресй азователя поступает на вход авто в матического регулятора, усиливается усилителем и выпрямляется выпрямителем. Нагрузкой выпрямителя Является резистор, выпрямленное напряжение на кото ром включено встречное напряжением источника эталонного напряжения. Разность этих напряжений подается на вход регистрирующего прибора. Если эта разность равна нулю, то двигатель регистрирующего прибора не вращается. Если эта разность не равна нулю, то двигатель вращается в ту или иную сторону в зависимости от полярности разности напряжений, изменяя при этом напряжение на возбуждающем преобразователе до тех пор, пока разность напряжений не станет равна нулю. Условием равенства этих напряжений является постоянное напряжение на приемном преобр азовате- ле. Величина возбуждающего напряжения однозначно зависит от вязкости контролируемой жидкости и регистрируется регистрирующим прибором СЗЛ. Однако, этот вискозиметр имеет также усложненную конструкцию из-за наличия усилителя-ограничителя и полосового фильтра в схеме автогенерации, кроме того они являются источником фазовых и амплитудных погрешностей, что снижает точность измерений. Величина возбуждающего напряжения, по которой судят об амплитуде возбуждающей силы, является мерой вязкости, только если параметры возбуждающего преобразователя не изменяются при действии дестабилизирующих факторов. При изменении этих параметров, например, от температуры, появляется систематическая погрешность, зависящая от величины измеряемой вязкости и температуры контролируемой жидкости. Как правило, возбуждающий преобразователь электромагнитного типа содержит сердечник из магнитного материала и обмотку с определенным числом витков. Магнитодвижущая сила, а следовательно, амплитуда возбуждающей силы, действующая на зонд, пропорциональна величине амплитуды тока, протекающего через обмотку, и числу витков в ней, В случае, если параметры возбуждающего преобразователя стабильны (т. е, стабильны активное и индуктивное сопротивления преобразователя), об амплитуде возбуждаютдей силы судят .по величине возбуждающего напряжения. При изменении температуры изменяется активное сопротивление возбуждающего преобразователя, и одному и то- 57 му же значению вязкости соответствуют различные значения возбуждающего напряжения при различных температурах. Цепь изобретения - повышение точно ти измерений, Это достигается тем, что вибрационный вискозиметр снабжен магазином нэмеритепьнь х резисторов и регулируемым усилителем. Выход сравнивающего устро ства подключен к управляющему входу регулируемого усилителя. Магазин изм&рительных резисторов включен поспедоватепьно с возбуждающем преобразователем и подключен ко входу измерительной схемы. Регулируемый усилитель включен между фазовращателем и усилителем мощности, выход которого непосредственно соединен со входом возбуждающего электромеханического преобразователя. На фиг, 1 представлена функциональная схема вискозиметра; на фиг, 2 один из вариантов схемы подключения измерительного преобразователя, Шскозиметр состоит из измерительного преобразователя вязкости 1, схемы автргенерации 2, схемы автоматичес кого регулирования 3 амплитуды колебаний зонда и измерительной схемы 4, Измерительный преобразователь вязкости 1 содержит приемный электромеханический преобразователь электромагнитного типа 5, возбуждаюютй электромеханический Преобразователь 6 электромагнитного типа и зонд 7, часть которого погружена в жидкость, вязкость которой измеряется. Схема автогенерации 2 состоит из последовательно соединенных фазовращателя 8, регулируемого усилителя 9 и усилителя мощности 10, Ко входу схемы автогенерации 2 подключен приемный электрЪмеханический преобразователь 5, а к ее выходу - последовательно соединенные возбуждающий элек ромеханический преобразователь 6и маг.ази измерительных резисторов 11, Схемаавтом тического регулирования 3 амплитуды колеб ний зонда 7 состоит из детектора 12, фввнивающего устройства 13 и источника эталонного напряжения 14, Вход детектора 12 подключен к приемному электромеханическому преобразователю 5 а его вьтход - к одному из входов сравнивающего устройства 13, на другой вход которого подается напряжение от источника эталонного напряжения 14. Выход сравнивающего устройства 13 подключен к управляющему входу регулируемого усилителя 9. Измерительная 8,. 4, представляюпгая собой лпмповый вольтметр, своим входом полключона к магазину измерительных резисторов И. Один из вариантов подключеття возбуждающего эпектромеханического преобразователя 6 и магазина измеритепьных резисторов И к выходу усилителя мощности 1О приведен на фиг. 2, При таком подключении усилитель мощности 10 имеет симметричный выход, одна клемма которого подключена к возбуждающему электромеханическому преобразователю 6, а другая - к магазину измерительных резисторов И. Этот вариант подключения имеет преимущество при дистанционном измерении вязкости, когда измерительны} преобразователь вязкости 1 удален на значительное раЬстояние от остальной час-га вискозиметра, так как один из выводов возбуждающего электромеханического преобразователя б подключен к земле. Такое подключение ни в коей мере не изменяет работу вискозиметра, Шбраиионный вискозиметр работает следующим образом. Гармонические механические колебания зонда 7 преофазуются приемным электромеханическим преобразователем 5 в электрическое напряжение, которое поступает на высокоомный вход фазовращателя 8. Сдвинутое по фазе напряжение усиливается регулируемым усилителем 9, после чего оно поступает на вход усилителя мощности 10. С его выхода напряжение поступает на возбуждающий электромеханический преобразователь 6 и последовательно с ним соединенный магазин измерительных резисторов 11, При протекании тока через преобразователь 6 и последовательно с ним соединенный магазин измерительных резисторов 11 возникает позбуждаюшая сипа, под действием которой зонд 7 совершает механические колебания. При соблюдении баланса фаз и амплитуд в измерительном преобразователе вязкости 1 и в схеме автогенеращти 2 возникают гармонические колебатш с частотой, равной резонансной частоте измерительного преобразователя вязкости 1. Электрическое напряжение с приемного прообразоватбля 5 поступает также на высокоомный вход детектора 12, где вьшрямпяется и подается на один из входов сравниваюего устройства 13. Fla лругой вход этого устройства подается напряж шо ОТ источника эталонного напряжения 14Сравнивающее устройство 13 формирует сигнал, пропорциональный разности напряжений, который и подается на управляющий вход регулируемого усилителя 9 и управляет его коэффициентом усиления. Если беличина сигнала, подаваемого на управляющий вкод усилителя 9 не равна нулю, то уменьшается или увеличивается KOaijMjniffieHT усиления регулируемого усилителя в зависимости от полярности сигнала, изменяя при этом величину тока в возбуждающем электромеханическом преобразователе б до тех пор, пока величина сигнала не станет равной нулю. Условием равенства сигнала нулю является постоянное напряжение на приемном элект ромеханическом преобразователе 5, Величина тока в возбуждающем электромеханическо1у1 преобразователе 6 однозначно зависит от вязкости жидкости, Регистраиия тока осуществляется по падению напряжения на магазине измерительных резисторов 11, к которому йёгдключён вхЪд измерительной схемы 4. Изменением величины резистора в магазине измерительных резисторов можно изменять диапазон измерения вязкости жидкости. Преимуществом данного вискозиметра перед известным являются упрощение Ъго конструкции в результате отсутствия в схеме автогенерации усилителя-ограничителя и полосового фильтра, более высокая точность измерений за счет снижения фазовых и амплитудных погрешностей в схеме автогенерации и снижемте погрешности измерения амплитуды возбужяак щей силы. Исключение из схек4Ы автогенерации усилителя-ограничителя и полосо вого фильтра приводит к снижению фазошлх и амплитудных погрешностей. Измерение величины тока в возбуждающем электромеханическом преобразователе, а не возбуждающего напряжения, снижает погрешность измерения амплитуды возбуждающей силы, kpoMe того, преимущес вом устройства является более широкий температурный интервал измерения вязкости, так как изменение параметров прием ного и возбуждающего электромеханических преобрасзо вате лей от температуры не снижает измерения вязкости. Это связано с тем, что приемный электромеханический преобразователь подключен к высокромньтм входам детектора и фазойраг8ателя, т. е, работает в режиме холостоо хода. Поэтому изменение параметров риемного электромеханического преобразователя, в частности, активного сопротивления не изменяет величину электриеского напряжения, подаваемого на вхоы детектора и фазовращателя. Изменение параметров возбуждающего электромеханического преобразователя от температуры не снижает точности измерения вязкости, поскольку мерой вязкости является величина тока в нем. Формула Изобретения Вибрационный вискозиметр, содержащий измерительный преобразователь с зондом, возбуждающим и приемным электромеханическими преобразователями, подключенными соответственно к выходу и входу схемы автогенерашга, включающей фазовраптатель и усилитель мощности, детектор, вход которого подключен к приемному электромеханическому преобразователю, а выход - к одному из входов сравнивающего устройства, источник опорного напряжения, подключенный ко второму входу сравнивающего ус-рройства, измерительную схему, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен магазином иотлерительных резисторов и регулируемым усилителем, а выход сравнивающего устройства подключен к управляющему входу регулируемого усилителя, при этом магазин измерительных резисторов включен последовательно с возбуждающим преобразователем и подключен ко входу исмерительной схемы, а регулируемый усилитель включен между фазовращателем и усилителем мощности, выход которого непосредственно соединен со входом возбуждающего электромеханического преобразователя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе i.Vk/oodw pd 3.( ectronic&, 1952, т. 25, № 2, с. 98-100. 2.Авторское свидетельство СССР № 238875 кл. С 01 N, 11/16, 1968. 3.Авторское свидетельство СССР № 366390, кл. С 01 N, 11/16, 1972 (прототип).

fO

ff- 4

Ш

f