Вибрационный измерительный преобразователь вязкости Советский патент 1980 года по МПК G01N11/16 

I

Изобретение относится к колебательным приборам для исследования физико-химических свойств материалов, в частности для измерения вязкости жидкостей.

Известны вибрационные вискозиметры, измерительным преобразователем которых является колеблющийся, зонд, демпфированный исследуемой жидкостью. Вязкость испытуемой среды определяют посредством измерения колебательных характеристик зонда. Практически используются два вида зондов - зонды с сосредоточенными упругостью и массой и зонды с распределенными пар аметрами. ,

Известны вибрационные преобразователи вязкости, содержащие низкочастотный генератор, вибратор, чувствительный элемент, датчик с приемной катушкой и йилливольтметр 1. Эти устройства не обеспечивают перекрытия широкого диапазона измеряемых вязкостей и обладают пониженной точностью измерения равновесной вязкости.

Ближайшим по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее корпус, в котором установлен зонд, связанный с возбуждающим и приемным электромеханическими элементами, соответственно подключенными к генератору возбуждения и измерителю 2. Зонд бегущей волны с распределенными параметрами представляет собой цилиндрический стержень. На пьезоэлектрический преобразователь подается импульс возбуждения, который преобразуется в импульс механических напряжений, возбуждающих волну деформацией в

зонде. Волна распространяется от точки возбуждения до противоположного конца зонда, погруженного в жидкость, отражается от этого конца и возвращается к сечению зонда, в котором помещен пьезоэлектрический преобразователь. Последний преобразует импульс механических деформаций в электрический, которьш, в свою очередь, поступает на измерительное устройство, определяющее запаздывание времени прихода этого импульса по отношению к импульсу посылки. Таким образом измеряется скорость распространения бегущих волн в зонде, демпфированном испытуемой жидкостью.

Это устройство позволяет измерять вязкость в широком диапазоне, однако на реультаты измерении существенно влияет двиговая упругость жидкости, что снижает очность определения равновесной вязкоси релаксирующих высоковязких жидкостей.

Целью изобретения является расширение иапазона и повышение точности измереия равновесной вязкости. Вибрационный измерительный преобразователь вязкости позволяет перекрыть широкий диапазон измеряемых величин вязкости на низких частотах, поэтому при исследовании выс;оковязких жид-« костей точность измерения равновесной вязкости значительно повышается.

Это достигается тем, что зонд Предлагаемого вибрационного измерительного преобразователя вязкостивыполнен в виде набора одинаковых резонаторов с сосредоточенными парамётрами, последовательно связанных между собой, снабженного на конЦе поглотителем бегущих волн.

Другими отличиями является то, что резонаторы вьшолнены В виде дисков, жесткоустяновленных на отрезке трубы на одинаковом расстоянии друг от друга, причем это расстояние принято меньше длины волны в трубе; резонаторы выполнены в виде стержней, жестко установленных на упругой пЛастййе, места закрепления кЬторых расположены на прямой с расстояниями, меньшими длины волны в пластине и равными между собой.

На фиг. 1 дан общий вид. устройства; на фиг. 2, 3 варианты исполнения устройства.

Вибрационный измерительный преобразователь вязкости содержит корпус 1,в Котором установлен зонд 2 (фиг. 1), возбуждающий 3 и приемный 4 преобразователи, которые служат для возбуждения колебаний зонда генератором 5 и их регистрации с последующим измерением колебательных характериктик зонда измерителем 6. Зонд 2 составлен из набора резонаторов 7 с сосреДб Ьчёнными параметрами, Соединённых между собой элементами связи 8, И может быть Отнесен к промежуточному классу колебательных систем с сосредоточенно-распределительными параметрами.

Существенной особенностью таких систем является то, что в них может распространяться бегущая волна, причем скорость распространения такой волны может быть сделана на несколько порядков ниже, чем у систем с распределенными параметрами; частота колебаний может быть значительно сййжена, размеры зонда при этом также намного меньше, чем у аналогичных систем с распределенными параметрами.

Для обеспечения режима бегущих волн на конце зонда 2 установлен поглотитель 9 бегущих волн. Его устройство может быть различным, например, это может быть набор рёзЬт атороВ с различными резонансными частотами или набор одинаковых резонаторов, аналогичных резонаторам зонда, снабженных демпферами, причем демпфирование плавно нарастает от резонатора к резонатору; демпферы могут быть механическими или электромеханическими.

Генератор 5 возбуждает гармонические - или импульсные колебания (например, в виде радиоимпульса с гармоническим заполнением ) , которые возбуждающим преобразователем 3 преобразуются в механические колебания левого первого резонатора 7 в наборе резонаторов, из которых составлен чувствительный зонд 2 вибрационного преобразователя вязкости. Колебания этого резонатора осуществляются с некоторым запаздыванием по фазе относительно фазы возбуждающей силы, созданной преобразователем 3. Это запаздывание зависит от

частоты возбуждения и фазово-частотной характеристики резонатора, которая, в свою очередь, зависит от демпфирующего действия испытуемой вязкости жидкости. Колебания левого первого резонатора зонда из0 за наличия упругой связи между резонаторами передаются второму слева и последующим резонаторам с фазовым запаздыванием, которое зависит от коэффициента связи резонаторов и от вязкого демпфирования. Таким образом, каждый последующий резонатор колеблется по отношению к предыдущему с запаздыванием по времени, что эквивалентно распространению возбуждения вдоль зонда в виде бегущей волны. Скорость распространения этой волны, зависящая от фад зового запаздывания колебаний каждого Последующего резонатора относительно предыдущего, зависит от фазово-частотных характеристик резонаторов, от величины коэффициента связи и вязкого демпфирования.

В вибрационном измерительном преобразователе вязкости фазовый сдвиг накапливается от резонатора к резонатору и измеряется посредством измерения скорости распространения волн в зонде.

Зонд устройства, показанного на фиг. 2, состоит из набора одинаковых крутильных Дисковых резонаторов-маховиков, изготовленных как одно целое с трубой, по которой транспортируется испытуемая жидkocть. Возбуждающий преобразователь 3, подключенный, к генератору 5 создает вращательные колебания первого левого диска вокруг оси трубы. Роль упругого подвеса резонатора играет сама труба, а ее участки между дисками 7 6Дновременно выполняют роль элементов упругой связи. Наличие упругой связи между резонаторами приводит к тому, что второй резонатор также вовлекается в колебательное движение, но с некоторым временным запаздыванием относительно

первого; то же самое происходит и с последующими резонаторами.

В результате этого в зонде распространяется крутильная волна, которая принимается после пробега ее по зонду приемным преобразователем 4 и поступает на измеритель 6. Скорость ее распространения в зонде намного ниже скорости распространения волн в трубе, что позволяет значительно уменьшить размеры зонда и понизить частоту колебаний. Для создания режима бегущей волны в зонде на его конце установлен поглотитель бегущих вОлн 9, устраняющий их отражение of конца зонда. Это может быть поглотитель из рёзиноподобной массы или несколько аналогичных дисков, между которыми помещен демпфирующий материал. Такой зонд создаёт В испытуемой жидкости чисто сдвиговые деформации, что повышает точность измерения сдвиговой вязкости. Зонд измерительного преобразователя вязкости, показанный на фиг. 3 состоит из набора изгибно колеблющихся резонаторов 7, установленных на упругой пластине 10. Связь между резонаторами моЖет осуществляться или через упругуК)пластйну 10, или через пластину и дополнительные эл1ементы связи 11. Конец зонда снабжен поглб йтёЛеМ 9, причем зойдмс жет соприкасаться с исследуемой жидкостью как нижней стороной пластины 10, так и всей поверхностью резонатора 7. Эти два способа демпфирования зонда испытуемой жидкостью обладают различной чувствительностью из за разной площади соприкосновения зонда с жидкостью. Формула изобретения 1.Вибрационный измерительный преобразователь вязкости, содержащий корпус, в котором установлен зонд, связанный с возбуждающим и приемным электромеханичесКИМ преобразователями, соответственно подключенными к генератору возбуждения и измерителю колебательных характеристик зонда, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона и повышения точности измерений равновесной вязкости, зонд выполнен в-виде набора одинаковых резонаторов с сосредоточенными параметрами, последовательно связанных между собой, снабженного на конце поглотителем волН. 2.Преобразователь вязкости по п. 1, отличающийся тем, что резонаторы выполнены в виде дисков, жестко установленных на отрезке трубы на одинаковом расстоянии друг от друга, причемэто расстояние принято меньше длины волны в трубе. 3.Преобразователь вязкости по п. I, отличающийся тем, что резонаторы выполнены в виде стержней, жестко установйенных на упругой пластине, места закрепления которых расположены на прямой с расстояниями, меньшими длины волны в пластине и равными между собой. Источники информации, , принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №320753, кл. G 01 N 11/16, М., 1971. 2.YASA, V. 24, р. 385, 1952 (прототип).

/ W

Фиг.З