Устройство для определения вязкости жидкости Советский патент 1981 года по МПК G01N11/08 

(54) УСТЮЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ.

I

Изобретение относится к приборостроению, в частности к устройствам для непрерывного измерения вязкости жидкостей или других параметров, связанных с вязкостью, непосредственно внутри реакционных аппаратов, например, в химической, нефтеперерабатьшающей и лакокрасочной промышленностях.

По основному авт. св. М 600419 известно устройство для определения вязкости жидкости, содержащее измерительный сосуд с капилляром, измеритель времени истечения, дозирующее устройство, вторичный прибор, причем измеритель времени истечения вьшолнен в виде преобразователя снлы, вход которого соединен посредством газоподводящей трубки с измерительньп сосудом, а выход подключен к соответствующем камерам элементов сравнения, в другие камеры которых подключены задатчики давления, при этом выходы элементов сравнения соединены с входами пневматического триггера, присоединенного своим выходом к входу вторичного П{жбора и к камере управления пневмореле, в сопла которого поданы давления различного уровня, а выход

реле соеданен с гаэоподводящей трубкой измерительного сосуда {1J.

Однако точность измерения вязкости известным устрсшством в значительной мере зависит от постоянства глубины погружения измерительного сосуда с капилляром и давления над поверхностью контролируемой жидкости.

Цель изобретения - повышение точности иэ- . мерений.

Эта цель достигается тем, что устройство

10 снабжено гидростатическим уровнемером, двумя пятимембранными элементами сравнения, задатчмкамн начального давления, избыточного давления и давления соответствующего заданному уровню жидкости, при этом гидрюстати 1еский

15 уровне юр установлен на одном уровне о выходом капилляра, а выход уровнемера подключен к одному из входов первого пятимембранного элемента сравнения, включенного по схеме повторителя, в другие входы которого вклю20чены, соответственно, задатчики начального давления и давления, соответствующего заданному уровню жидкости, П1Я€чем выход первого шггимембранного элемента сравнения соединен с OjDtним из входов второго пятимембранного элемента сравнения, включенного по схеме повторителя, к другим входам которого присоединены задат шки начального давления и избыточного давления, а выход второго пятнмембранного элемента сравнения подключен в одно из сопел пневмореле, выход -которого соединен с газоподводящей трубкой измерительного сосуда На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого устройства. Ус1фойство состоит из измерительного элемента, содержащего измерительный сосуд 1 и капилляр 2, соединенного газоподаодящей трубкой 3 с преобразователем 4 силы в давление, выход которого подключен в камеру А элемента 5 сравнения и в камеру Б элемента 6 сравнения. В камеру Б элемента 5 и в камеру А элемента 6 подключены соответственно задйт чики 7 и 8 давлений. Выходы элементов сравнения подключены к входам триггера 9 с разделительнь1ми входами, выход которого поступает на вход вторич1 ого прибора (на чертеже не показан) и в камеру Б реле 10, в камеру А которого подан подпор. В сопло 11 реле Ю подключен выход пятимембранного элемента 12 сравнения, соединенного по схеме повторителя. Камеры Д. Г и В элемента 12 сравнения соединены соответственно с выходом пятимембранного элемента 13 сравнения, включенного по схеме повторителя, с задатчиками 14 и 15. Камеры Д, Г и В элемента 13 сравнения соединены Соответственно с выходом гидростатического уровнемера 16, задатчиком 17 давле ш задатчиком 14 давления. В сопло 18 реле 10 подключена линия вакуума. Выход реле 10 соединен с газоподводящей трубкой 3. Измерительный элемент и чувствительный элемент уро немера заключены в защитный кожух 19 и погружены в контролируемую жидкость, находящуюся в реакщ онном аппарате. На измерительный элемент, полностью погру жённый в контролируемую жидкость, действует выталкивающая сила Fg, равная (VJr) где объем измерительного элемен та; liK V удельные веса соответственно жидкости и газа. Сила F, действующая на чувствительный элемент преобразователя 4 силы и передаваемая при помощи газоподводящей трубки 3, равна F Gr-Fe, где G - вес измерительного элеме11та с газоподводящей трубкой. Устройство для определения вязкости жидкоетей работает следующим образом. В начальный момент жидкость в полости измерительного сосуда 1 отсутствует. На вход преобразователя 4 воздействует минимальная ила, ц следовательно, на его выходе имеется минимальное давление РА. Это давле1ше постуnafet в камеру А элемента 5 и в камеру Б элемента 6 сравнения. Давление РЛ, устанавливаемое задатчиком 7, соответствует миннмальному весу измерительного элемента, а давление PS, устанавливаемое задатчиком 8 - максимальному весу. Поступающие в соответствующие камеры элементов сравнения давления с выхода преобразователя в начальный момент меньше давлений, устанавливаемых задатчиками 7 и 8, поэтому на выходе элемента 5 сравнения присутствует Сигнал единичного уровня, а на выходе элемента 6 - нулевого. При таких входных сигналах триггер имеет на своем выходе нулевой сигнал. Реле Ю под действием подпора занимает такое положение, при котором сопло 11 закрыто, а сопло 18 открыто. Через открытое сопло 18 и газоподводящую трубку 3 в полость измерительного элемента подается вакуум, величина которого постоянна. Контролируемая жидкость под действием созданного перепада давления начинает натекать в измерительный сосуд 1 через капилляр 2. По мере натекания жидкости в сосуд 1 увели;чивается сила, действующая на преобразователь 4, а следовательно, и давление на его выходе. Как только давление на выходе преобразователя 4 становится больше давле шя в камере А элемента 6, на выходе этого элемента сравнения появляется единичный сигнал, переводящий триггер в положение, при котором на его выход поступает сигнал единичного уровня. Этот сигнал, пос-гупая на вход реле Ю, перемещает мембранный блок, закрывая сопло 18 и открывая сопло 11. В сосуд 1 поступает избыточное давление, и под его действием контролируемая жидкость начинает истекать из этого сосуда через капилляр 2. Давле1ше над поверхностью контролируемой жидкости и уровень жидкости внутри.реакционного аппарата h, как правило, подвержены изменениям. Для исключения этих изменений на результат измерений вязкости необходимо, чтобы истечение жидкости происходило под действием постоянного перепада давлений на капилляре 2. Постоянство перепада давления на капилляре поддерживается следующим образом. При поступлении на входы пятимембранного элемента 13 сравнения давлений на его выходе имеется давление . PIS Pl6 + РМ - Pl7 где PII - давление, соответствующее заданному уровню жидкости; Pi4 - начальное давление; Pi6 - давление, поступающее с выхода уровнемера 16. При соответствии уровня в аппарате заданному, т.е. РК, Р,,, на выходе элемента срав нения 15 присутствует давление РП Р,4(1) Давление Р|з с выхода элемента 13 пятимембранного элемента сравнения поступает в камеру Д элемента 12 сравнения. В камеру В элемента 12 подается давление PIS с выхода задатчика 15, соответствующее величине избытовдого давления, при котором должно проходить измерение, в камеру Г этого же элемента подается давление РИ с выхода задатчика 1 являющееся начальным давлением или давлени ем смещения. Введение этого давления позволяет в зависимости от знака разности (Pie - РП) оказывать различное влияние на Р. На выходе элемента 12 сравнения при поступлении на его входы перечисленных давлений будет выходной сигнал PIS РП - Р С учетом формулы (2) приуравнениекимает вид PU Р,5 Таким образом, в измерительный элемент п газоподводящей трубке не поступает избыточн давление, величина которого соответствует заданному значению. Пусть давление Р, в аппарате над поверхностью жидкости и уровень h жидкости измен лись. Тогда с выхода уровнемера на вход {в меру Д) элеме1гга 13 сравнения поступает давлениеР1б-Рж9()-()1 (3) где плотность жидкости; g- ускорение свободного падения; h- уровень жидкости в аппарате (заданная глубина по гружения чувствительного элемента уровнемера и из мерительного вискозиметра); ЛЬ, ДРф} - изменение уровня и давления над поверхностью жидкости соответственно. В уравнении (3) величина р1к4, Р, поэтому -Р,т ± ( ьРо„). При поступлении такого давления на вход элемента 13 на его выходе имеется давление р..с.пУ; Это давление поступает на вход в камеру Д элемента 12 сравнения, выходное давление которого, подаваемое в измерительный элемент, равно Р,,5-СРжЧЬ.Ь ). При подаче избьгточного давления в полость измерительного элемента по мере вытеснения жидкости растет выталкивающая сила, под дей ствием которой уменьшается сила, действующа (2) на преобразователь 4, вследствие чего давление на выходе преобразователя 4 уменьщается. Уменьшение давления происходит до тех пор, пока его значение не становится меньше давления, устанавливаемого задатчиком 7. При этом на выходе элемента 5 сравнения появляется сигнал единичного уровня. Под действием этого сигнала триггер 9 занимает такое положение, при котором на его выходе присутствует нулевой сигнал. Мембранный блок реле Ю. под действием подпора перемещается вверх, сообщая при этом полость измерительного сосуда 1 с линией вакуума. Начинается процесс натекания жидкости в измерительный элемент. С выхода триггера 9 в процессе измерения поступают на вторичный прибор импульсы пря-. моугольной формы, длительность которых зависит от вязкости и определяется из уравнения Пуазейля в виде . 116 г м Ь .. ж-Зг) где d, I диаметр и длина капилляра соответственно; изменение выталкивающей ДРь силы, действующей на полностью погруженный измерительный элемент при вытеснении из него избыточным давлением PU контролируемой жидкости черюз капилляр;вязкость жидкости; перепад давления на капилляре. Величины ДР, I, d, |ДР, j, jp являются постоянными, поэтому где С - постоянная величина. В предлагаемом устройстве производится одновременно преобразование времени истечения жидасости из измерительного элемента и автоматическое дознрсюанме ющкости, потому тто объем жидкостн, поступающей в измерительный сосуд и вытекающей из него, определяется давлениями, устанавшгааемыми при помощи задатчиков 7 н 8. В случае, если контролируемая жидкость взаимодействует с воздухом, в изме жтельный элемент через сопло питания элемента 12 сравнеш1я необходимо подавать нйертный газ, вапряыкр аэат. Испопьзсжанве предлагаемого устройства в ромышленности позволяет упростить процесс э1ъ(ерення вязкости жидких продуктов, облаающих повышенной пожаро- и взрьтоопасостью. Помимо этого,, все устройство, кроме

иэме1Н{тельного элемента, может быть вьтрпнено на пневмати%ских элементах.

Получение выходного сигнала в частотноимпульсной форме позволяет передавать результаты измерения без потери информации на расстоянии, значительно превышающие допустимые для пневматических сигналов, представленных в аналоговой форме.

Кроме того, в случае необходамости получения информации о скорости истечений дозы контролируемой жадосости предлагаемое устройство может быть снабжено регистратором, подключенным к выходу преобразователя силы в Давление сжатого воздуха. При этом показания устройства не зависят ot количества жидкости, остающейся на стенках измерительного сосуда по той причине, что измерения ведут только по количеству вытекающей жидкости путем фиксации изменения веса измерительного сосуда, которое происходит под действием выталкивающей силы.

Точность устройства вследствие того, что истечение жидасости происходит под действием постоянного перепада давления независимо от изменения уровня жидкости в аппарате и избыточного давления над поверхностью жидкости, при работе его в производственном аппарате выше, по сравнению с известными устройствами.

Формула изобретения Устройство для определения вязкости жидкости по авт. св. № 600419, отличающееся тем, чго, с целью повышения точности, оно снабжено гидростатическим уровнемером, двумя пятимембранными элементами сравнения, задатчиками начального давления, избыточного давления и давления, соответствующего заданному уровню жидкости, при этом гидростатический уровнемер установлен на одном уровне с выходом капилляра, а выход уровнемера подключен к одному из входов первого пятимембранного элемента сравнения, включенного по схеме повторителя, в другие входы которого включены, соответственно, задатчикй начального давления и давлеьшя, соответствующего заданному уровню жидасости, причем выход первого пятимембранного элемента сравнения соединен с одним из входов второго пятимембранного элемета сравнения, включенного по схеме повторителя, к другим входам которого присоединены задатчикй начального давления и избыточного давления, а выход второго пятимембранного элемента сравнения подключен в одно из сопел пневмореле, выход которого соединен с газоподводящей трубкой измерительного сосуда.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 600419, кл. G 01 N 11/08, 1978 (прототип).