Вискозиметр Советский патент 1981 года по МПК G01N11/14 

(54) ВИСКОЗИМЕТР

Изобретение относится к устройствам для измерения вязкости жидких сред, в частности вязкости расплавленных металлургических шлаков, флюсов и металлов.

Известны вискозиме,тры, содержащие сосуд с жидкостью, сопряженный с упругим элементом и совершающий.затухающие колебания fl.

Наиболее близким по конструкции к предлагаемому является вискозиметр, содержащий осветитель, отсчетную линейку, подвесную систему, включающую в себя подвешенный на упругой проволоке сосуд, наполненный исследуемой жидкостью и зеркальце, жестко связанное с сосудом.

В ходе эксперимента на существующих вискозиметрах измеряют период колебаний сосуда и величину отклонений от равновесного положения свето вого пятна отраженного от зеркальца подвесной системы, которые регистрируются с помощью отсчетной шкалы.. По величине отклонений вычисляют координату равновесного положения зайчика и находят амплитуду колебаний подвесной системы. Логарифмический декремент затухания колебаний (f вычисляют по формуле

f- 4-е. i

Т

где А

- амплитуда начального колебания/Ai - амплитуда конечного колеба10

ния,

f - число колебаний. Используя величину rf по известным формулам вычисляют кинематическую вязкость исследуемой жидкос15ти 2 .

Однако в вискозиметрах подобного типа определение величины отклонения светового пятна по линейке производится визуально, вследствие чего точ20ность отсчета невелика и оно часто сопровождается значительными ошибками, что отражается на надежности вычисляемых значений вязкости. Кроме того, процедура отсчета отклоне25ний быстро движущегося светового пятна весьма утомительна для экспериментатора, поскольку она сопровождается постоянным зрительным напрямсением.Чтобы получить значения а.мплитуд, необходимые для расчета по величине отклонения светового пятна, необходимо проделать определенные математические операции. Цель изобретения - повышение точ ности измерений и надежности работы Указанная цель достигается тем-, что вискозиметр, содержащий сосуд с исследуемой жидкостью, подвешенный на упругой нити, зеркальце, жес ко связанное с сосудом и осветитель установленный напротив зеркальца, он снабжен двумя фотоэлектрическими преобразователями, установленными н траектории светового пятна, отража мого от зеркальца, и к выходу которых подключены усилители-формирователи импульсов, соединенные своими выходами со входами электронного хр нометра, который соединен с регистрирующим прибором. На чертеже представлена схема пр лагаемого вискозиметра. Вискозиметр содержит сосуд 1 с жидкостью, подвешенный на упругой нити 2, зеркальце 3, жестко связанн с сосудом 1 и освещаемое осветителем 4, фотоэлектрические преобразов тели 5 и б, которые располагаются на траектории отраженного светового пятна, симметрично относительно его равновесного положения. К выходу фотоэлектрических преобразователей Ь и 6 подключены усилители-формиров тели импульсов 7 и 8,хронометр,который управляется импульсами от усилителей 7 и 8, цифропечатающего устройства 10 фиксирующего показания хронометра Вискозиметр работает следующим образом. При крутильных колебаниях подвесной системы световое пятно осветителя 4, отраженное от зеркальца 3, последовательно проходит преобразова тели 5 и 6, расположенные по траекто рии пятна. При освещении преобразова теля 5 на его выходе возникает элект рический импульс, который через усилитель 7 запускает -хронометр 9. При последующем освещении световым пятном преобразователя 6 хронометр останавливается. Время прохождения световым пятном расстояния между пре образователями фиксируется цифропеча тающим устройством, чтобы при обратном ходе светового пятна не произошл включения хронометра, последний работает в режиме задержки времени последующего включения, т.е. он вновь может быть включен только тем импульсом, который поступит от усилителя за время большее, чем половина периода колебаний пятна, считая от момента предыдущего включения. Поскольку расстояние между преобразователями постоянное, то время прохождения его светового пятна численно совпадает со средней скоростью пятна на участке его траектории между преобразователями. В ходе эксперимента фиксируется средняя скорость светового пятна во время начального колебания (.,)и во время конечного колебания (V) , По значениям V, и Vr находят логарифмический декремент затухания подвесной системы сГ , который является исходной величиной для вычисления вязкости , х,1 cf--4- H f Оценим относительную ошибку величины декремента затухания, найденного по измеряемым на предлагаемом вискозиметре параметрам. Указанная формула для вычисления огарифмического декремента затухания является приближенной. Точное ыражение сГ , как следует из теоии колебаний, имеет вил -fe.| мгновенная .скорость светового зайчика в точке, соответствующей равновесному положению светового зайчика во время начального колебания; мгновенная скорость светового зайчика в той же точке во время конечного колебания. Связь между V и V выражается оотношением V XU) (Х/Д)-У cJn-csinCx/A) arcsiH(.x/A) де А - амплитуда колебаний; X - половина расстояния между преобразователями; Ш- Циклическая частота колебаний. Из формулы следует, что при ,1А 0,9980V, а при ,01 ,9999Vl .е. при уменьшении расстояния межу преобразователями V приближается v. Относительная ошибка в опреелении декремента затухания равна (olVoMuV /v «nlVolVfe) ожно считать, что обычно Аг Ар, если выбрать ,01 Ар, то разность жду V и V будет равна &Vo Ао-а) (1-0,9999; tkVf Af.tiu (1-0,9980) о приводит к относительной ошибке, вной 0,0009 или 0,09%. Измерение скорости движения отженного светового пятна, как указавыше, сводится к измерению интерлов Времени электронным хронометм. Ошибка определения cf , вносимая точностью измерения промежутков емени, равна й J2guir/rx)(Ao4Af) cf еи(Ао/А«) е TJ период колебаний подвесной системы;

ЛИ- абсолютная погрешность хронометра. АО и ,01 Ад, получим

220Чс:лГ Т t-eH-fO

При замере вязкости Т-период обычно близок к 4 с. У цифровых хронометров Д.С 10 с. Используя эти величины, получим, что ucf7{f составляв т 7, SlO или 0,08%. Суммарная относительная ошибка определения (f по параметрам, измеряемым на предлагаемом вискозиметре, составляет 0,09%+0,,17%. В тех же условиях, принимая, что абсолютная погрешность визуального отсчета амплитуды равна 0,05 мм, получим, что относительная ошибка определения d по параметрам, измеряемым на известном вискозиметре, рав-г ;на 2,4%.

Пример. Определена кинематическая вязкость железа, содержащего 1% углеоода пои 1550 С на поеллагаемом вискозиметре и известном. Подвесная система вискозиметра имела период колебаний 4,22 с. Параметры

Средняя квадратичная ошибка

Формула изобретения

Вискозиметр, содержащий сосуд с исследуемой жидкостью, подвешенный на упругой нити, зеркальце, жестко связанное с сосудом и осветитель, установленный напротив зеркальца, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и надежности работы он снабжен двумя фотоэлектрическими преобразователями, установленными на траектории светового пятна, отражаемого от зеркальца, к выходу которых подключены

движения подвесной системы измерялись с помощью электронной системы, куда входили два фотодиода, расположенные по ходу траектории светового пятна на расстоянии 2 мм друг от друга, с двухканальный усилитель-формирователь импульсов, цифровой хронометр Ф59У, транскриптор Ф595, циФропечатающая машинка УЭМ-23. Для сравнения примени .ли обычный метод определения амплитуд колебаний с помощью отсчетной

o линейки длиной 700 мм.

Результаты измерения вязкости представлены в таблице.

Из таблицы видно, что применение электронной системы повышает точность измерения в 2,8-3 раза. От экспериментатора не требуется никакого зрительного напряжения, что исключает субъективную ошибку. Запись измеряемых данных автоматизирована, упрощается их математическая обработка.

Применение предлагаемого вискозиметра уменьшает погрешность измерения вязкости, снижает трудоемкость измерения.

0,0425

0,0147

усилители-формирователи импульсов, соединенные своими выходами со входом электронного хронометра, который соединен срегистрирующим прибором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1968, с.250-232 (прототип)

J

f - -