Ультраакустический вискозиметр Советский патент 1980 года по МПК G01N11/10 

Изобретение относится к области физико-химических измерений и может быть использовано в химической и других отраслях промышленности, где необходимо знание вязкости жидкостей и смесей. В физико-химических измерениях ис пользуются вискозиметры для жидких сред 1, состоящие из штатива и трубки, с помещенным в нее стальным шариком, на трубке при помощи хомутов укреплены на определенном рассто янии друг от друга ультразвуковые датчики и регистрационной схемы. Определение вязкости основано на измерении скорости падения тарированного шарика в жидкости по времени падения на известном фиксированном расстоянии. Однако произвольный выбор фиксируемого расстояния без учета ускоренного падения шарика на начальном участке траектории и конечные размеры датчиков, регистрирующих начало и конец прохоз1щения фиксированного пути, существенно снижают точность определения вязкости. Известно устройство измерения вяз кости жидкостей 2, включающее измерительную камеру с исследуемой жид костью, помещенный в нее поршень, пь зопреобразователь, генератор высокой частоты, приемник, состоящий из усилителя и детектора, и частотомер. Недостатком этого устройства является то, что необходимо отдельно измерять время падения поршня f и отдельно подсчитывать число импульсов п, соответствующих максимумам стоячей волны ультразвукового сигнала, распространяющегося по траектории движения поршня, и вычислять по формуле скорость падения поршня (где G - скорость ультразвука; п - число импульсов; f - частота генератора непрерывных колебаний; Т - время падения поршня, соответствующее числу импульсов п., В связи с этим возникают ошибки измерения за счет ускоренного падения поршня на начальном участке траектории, т. к. выбирают длч измерения произвольный участок квазиравномерного падения поршня без всякого контроля, а также сутцественным недостатком является ограничение точности измере ния, скорости падения за счет подсчет расстояний кратных Л/2 на один импульс . С целью повЕлшения точности, чувствительности, сокращения времени измерения за счет использования эффекта Доплера, в ультраакустический вискозиметр введены ком.1утатор, модулятор смеситель, усилитель промежуточной частоты, фильтр доплеровских частот, усилитель низкой частоты, дифференци рующий блок, причем коммутатор подклю чен к пьезопреобразователю, к модулятору, к генератору высокой частоты и к смесителю, соединенному двумя допол нительными входами с делителем частоты генератора высокой частоты и модулятором, а выходом с усилителем промежуточной частоты, соединенным с детектором, который через фильтр допперовских частот и усилитель низкой частоты соединен с частотомером, второй вход которого подключен к генератору высокой частоты, а выход к дифференцирующему блоку, соединенному своим выходом с запирающим входом усилителя промежуточной частоты. Па фиг. 1 изображена функциональная Схема ультраакустического вискозиметра; на фиг.2 - диаграмма его рабо ты. Ультраакустический вискозиметр имеет измерительную камеру 1 из немагнитного материала в форме цилиндра, измеряемую жидкость 2, падающий поршень 3, электромагнит 4, акустический пьезопреобразователь 5, соединенный с коммутатором б, подключенным входом к высокостабильному генератору 7 непрерывных колебаний высокой частоты с частотой 7,5 мГц (с нестабильностью частоты не хуже 2 х X 10) ; управляемый вход коммутатора подключен к модулятору 8, а выход подсоединен к смесителю 9, иметацёго два дополнительных входа, один из которых соединен с делителем частоты гене затора высокой частоты 7, а другой аход соединен с модулятором 8, от пиранвдим смеситель 9 на время прихода отраженного импульса; выход смесителя 9 подключен к усилителю промежуточ ной частоты 10 с ограничителем амплитуды (на частоте ff,p 465 кГц с по , лосой, перекрывакнций диапазон из1 нения частот Доплера) , вы:.од которого подключен к частотному детектору 11, соединенного с фильтром 12, на;троенного на полосу ожидаемых часгот Доплера, соединенного с входом /силителя низкой частоты 13, выход которого соединен с одним из входов частотомера 14,подключенному к дифференцируквдему блоку 15, запирающему вхо;; усилителя промежуточной частоты 10 на время ускоренного падения поршня, то есть при нестабштьности частоты Доплера (не хуже -p2;.0-i), Описываемое устройство работает следующим образом. Прямоугольные радиоимпульсы, формируемые в коммутаторе б прямоугольными видеоимпульсами модулятора 8 из непрерывных высокочастотных колебаний генератора высокой частоты 7, поступают на акустический пьезопреобразователь 5, преобразуются в акустические импульсы, распространяющиеся в измеряемой жидкости 2 до торцовой поверхности падающего поршня 3, отражакщиеся от нее и вновь поступающие на акустический пьезопреобразователь. 5, где преобразуются в электрические импульсы с частотой заполнения (fo+ FQ), где fo - несущая частота; Fg - частота Доплера, и подаются через коммутатор 6 на вход смесителя 9. На время формирования и излучения зондирующего импульса входы смесителя 9 заблокированы. Эти входы открываются стробирующим импульсом модулятора 8 на время прихода отраженного импульса. В смесителе 9 формируется сигнал промежуточной частоты (fjip + Fg) из заполнения отраженного импульса и опорного сигнала (f - fпр снимаемого с делителя частоты генератора высокой час тоты 7, который усиливается и ограничивается усилителем промежуточной час тоты 10. Сформированный сигнал подается на частотный детектор 11, с которого снимается сигнал, изменяющийся с частотой Fg, проходящий через фильтр доплеровских частот 12, усиливается усилителем низкой частоты 13 и поступает на один из входов частотомера 14. На второй вход частотомера 14 подается сигнал с частотой fp. Динамическая вязкость связана с частотой Доплера следующим соотношением: 2U(.Pn-p о . П- G РЭ где k - коэффициент,, зависящий от геометрических размеров камеры и поршня; р - плотность поршня; р - плотность измеряемой жидкосG - скорость ультразвука в измеряемой жидкости. Частотомер измеряет отношение частот частота fj., постоянная, поэтому при известном масштабном коэффициенте АО показания частотомера непосредственно отградуированы в единицах вязкости, чем достигается сокращение времени измерения. Повышение точности достигается измерением отношения частот с точностью - 5 10 частотомером 43-35, Ошибки измерения, связанные с неравномерностью падения поршня, исключаются применением дифференцируквдего блока, включающегю усилитель промежуточной частоты при 3-х стабильных показаниях отношения час-|| в 3-х riepBbix разрядах, т. чностью f- 10 . с точностью о Формула изобретения Ультраакустический вискозиметр, содержащий измерительную камеру с исследуемой жидкостью, помещенный в нее поршень, пьезопреобразователь, генератор высокой частоты, приемник состоящий из усилителя и детектора, частотомер, отличающийс тем, что, с целью повышения точност и чувствительности, в него дополнительно введены коммутатор, модулято смеситель, фильтр допплеровских час тот, усилитель низкой частоты, дифференцирующий блок, причем коммутатор своими входами подключен к пьезопреобразователю, модулятору и генератору высокой частоты, а своим выходом - к смесителю, соединенному двумя своими входами с делителем частоты генератора высокой частоты

- и модулятором, а выходом - с усилителем промежуточной частоты, соединенным своим выходом с частотным деттектором, который через последовательно соединенные фильтр допплеровских частот и усилитель низкой частоты соединен с частотомером, второй вход которого подключен к генератору высокой частоты, а выход - к дифференцирующему блоку, соединенному своим выходом с запиракяцим входом усилителя промежуточной частоты. t Источники информации, при11ятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 362229, кл. G 01 N 11/10, 1973. 2.Сб. Ультразвуковая техника , вып. 4, статья Б. А. Белинского , С. А. Ходжаева, Е. В. Ергонуло. Метоика измерения сдвиговой вйзкости и скорости ультразвука в жидкостях по счету импульсов. НИИМАШ, 1965 (прототип) .

Ипвр i