Вискозиметр Советский патент 1981 года по МПК G01N11/16 

(54) ВИСКОЗИМЕТР

Изобретение относится к приборам для измерения вязкости жидких сред, у которых амплитуда перемеще.уия подвижного элемента, погруженного в исследуемую жидкость и возбужда емого строго фиксированным уровнем переменной во времени силы, зависит от вязкости среды, уменьшаясь с ее увеличением. При этом, чем больше вязкость среды, тем с меньшей частотой необходимо перемещать подвижный элемент, что .привело к созданию инфранизкочастотных вискозиметров. Известен колебательный вискозиметр, содержащий апериодический зонд, один конец которого закреплен, а свободный опущен в исследуемую, среду. Перемещение свободного конца зонда осуществляется с помощью электромагнитов, управляемых транзисторной схемой. Сигнал управления снимается с герконов (герметических магни тоуправляемнх контактов), фиксирующих крайние положения колеблющегося зонда. На вьйсоде вискозиметра имеетс прибор, фиксирующий период колебаний зонда, что позволяет однозначно иметь информацию о вязкости среды i Наличие в схеме вискозиметра герконов, которые по существу являются механическими контактами, уменьшают надежность устройства, а наличие в схеме сверхнизкочас-сотного частомера или измерителя периода колебаний приводит к необходимости записывать сигнал на самопишущий прибор с последующей расшифровкой. данных. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является вискозиметр, в котором датчик с зондом выполнен в виде механотронного преобразователя усилия. Устройство имеет блок питания механотрона/ систему возбуждения в виде электромагнита; питаемого от генератора низкочастотных колебаний и индикатора выходного сигнала, в качестве которого используется милливольтметр, в том-числе и самопишущий. Информацию о величине вязкости среды несет амплитуда колебаний свободного конца зонда, преобразованная механотроном в электрическиЯ выходной сигнал 2-. Устройство обладает некоторой частотой механического резонанса, изменяющейся под воздействием среды, что приводит к появлению дополнитель0ta погрешности. Схему возбуждения олебаний свободного конца зонда зарудняет формирование колебаний с ин-ранизкими частотами ввиду сложности генерирующего устройства, а применяекый на выходе милливольтметр не позвояет производить индикацию этих колебаний. Использование самопишущего прибора для работы в инфранизкочастотной области лишает вискозиметр оперативности. Использование механотрона, работающего в колебательном режиме до некоторой степени снижает надежность устройства.

Цель изобретения - создание вискозиметра, способного работать в области инфранизких частот, простого в реализации, с повышенной надежностью и точностью измерений, позволяющего получение на выходе аналогового сигнала, несущего информацию о вязкости исследуемой среды, который может быть отсчитан непосредственно по шкале старелочного прибора.

На фиг. 1 дана схема предлагаемого вискозиметра; на фиг. 2 - графические данные, снятые на приборах.

В предлагаемом приборе источником механической энергии служит электродвигатель 1, вал котррого соединен с редуктором 2, нагруженным кривошипно-шатунным механизмом 3 для превращения вращательного движения в возвратно-поступательное . Вискозиметр .имеет два совершенно идентичных по конструкции датчика, помещаемые в исследуемую среду 4. Датчики имеют цилиндрические корпуса 5 и б из немагнитного материала с пазами, обес почивающими свободный доступ исследуемой жидкости в их внутреннюю полость. Внутри корпусов жестко закреплены постоянные магниты 7 и 8. С некоторым зазором от полюсов этих Магнитов размещены подвижные магниты 9 и 10, обращенные одноименными полюсами в сторону полюсов неподвижных, магнитов 7 и 8 соответственно, т.е. образуется магнитная пружина, отталкивающая подвижный .магнит от неподвижного. Подвижные.магниты 9 и 10 со стороны противоположного полюса соприкасаются с толкателями 11 и 12, возаратно-поступательное движение которьюл сообщают шатуннокривстшпные механизмы 3 и 13.

В каждом из двух датчиков изменение положения подвижных элементов постоянных магнитов 9 и 10 фиксируют соответственно, механртроны 14 и 15, механически соединенные с ними с помок ю рычажных механизмов 16. В цепь анода механотрона 14 и в цепь катода механотрона15 включены со- ставные фотоуправляемые резисторы 17 и 18, состоящие из светодиодов 19 и 20 и фоторезисторов 21 и 22. Интенсивность свечения светодиодов зависит от.протекающего по ним тока,

а величина электрического сопротивления фоторезисторов тем меньше, чем больше свечение светодиодов.

На выходе схемы , который расположен между точкой (А.) механотрона 14 и точкой (к2) механотрона 15, включен измерительный механизм магнитоэлектрической системы 23 со шкалой, отградуированной в единицах вязкости. Питание измерительной схемы производится постоянным током от источника ЭДС.

Работа вискозиметра происходит следующим образом.

При подключении электродвигателя 1 к источнику, питания, выходредуктора 2 начинает воздействовать на кривошипно-шатунные механизмы 3 и 13 таким образом, что механизм 3 освобождает постоянный магнит 9 от своего воздействия, а механизм 13, преодолевая сопротивление среды и полей магнитом 8 и 10, передвигает подвижный магнит 10 в сторону неподвижного 8. Другой подвижный магнит 9 под воздействием полюса магнита 7 начинает перемещаться в сторону увеличения зазора между магнитами 7 и 9. В связи с тем, что существует вязкое сопротивление контролируемой среды перемещение магнита 9 отстает от перемещения токателя 11 тем больше, .чем больше вязкость среды 4. Перемещение ПОДВИЖНЫ : магнитов фиксируется механотронгуии 14 и 15 с помощью рычажных механизмов 16, причем механотрон 14 увеличивает расстояние (0нод-катод, а механотрон 15 умень-. . шает это рас стояние. При повороте выходного диска редуктора 2 на 90 отнЬсительно начального положения {фиг. 1), расстояния анод-катод у обоих механотронов становятся одинаковыми. А это приводит к равенству токов в цепях.механотронов. Следовательно, свечение светодиодов 19 и 20 одинаково и фоторезисторы 21 и 22 с шунтирукхцим их линейными резисторами равны по своему сопротивлению. Такое состояние цепи, характеризующееся минимумом сопротивления, наступает два раза за оди оборот вала редуктора и в момент времени, когда суммарный сигнал с механотронов имеет максимальное значение.

Процесс формирования выходного сигнала вискозиметра иллюстрирует фиг. 2, где показано семейство вольамперных характеристик механотронов (а) с нанесенной на них нагрузочной характеристикой в виде вольтамперной ,характеристики светодиода. Вазовой точкой на этих характеристиках является точка (А). На фиг. 2б кривая Идд соответствует изменению напряжения на мехонотроне 14, а механотроне 15. Суммарная

кривая выходного сигнала имеет огибающую Огибающая имеет максимумы в точках пересечения кривых лл и U/W2- На этих же уровнях имеет максимумы и кривая U, формируемая составными фотоуправляемыми резисторами, однако, режим питания цепи с фотореэисторами таков, что кривая сигнала компенсации U имеет миниt-iyMbi в точках максимума основного сигнала +идд2 Поэтому выходной сигнал Ug, формируется как разность сигнала с датчиков, имеющего огибающую и fj и сигнала компенсации Ч),, Если вязкость среды возрастает, то подвижные магниты при освобождении их от воздействия толкателей приходят до очередной встречи с этими толкателями меньший путь, что сократит путь движения и рабочей точки нахарактеристиках механотронов, например, до уровня А-Б (фиг.2в уровня А-А (фиг. 2г)и т.д. Максмлальный выходной сигнал получается при работе вискозиметра на воздухе. Контрольная метка (К.М.) на шкале измерительного механизма 23 наносится пр работе вискозиметра на воздухе и соответствует максимальному току отклонения стрелки прибора. Следовательно, в вискозиметре величина выходного сигнала зависит от вязкости контролируемой среды, что фиксируется стрелочньм измерительным механизмом магнитоэлектрической системы (микроамперметром) . .

Таким образом, предлагаемый вискозиметр отличается от известных применением цепей из постоянньк магнитов, которые создают возвратное усилие, действующее на подвижные элементы строго постоянного уровня,, а также схемой включения механотронов в сочетании с составньши фотоуправляемьми резисторами, участвунлцими в создании выходного сигнала, что упрощает конструкцию датчика вискозиметра при работе на инфракрасных частотах воздействующего усилия, увеличивает его надежность и упрощает процесс формирования выходного сигнала со сколь угодно малой частотой, пригодного для реализации на стрелочном

приборе магнитоэлектричской системы, стрелка которого всегда указывает только величину амплитуды отклонения чувствительного элемента датчика, пропорциональную измеряемой вязкости, а не следует за медленно изменяющимся по величине во времени сигналом.

Формула изобретения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

по заявке № 2487849, кл. G 01 N 11/16 1977 (прототип).