Вискозиметр Советский патент 1981 года по МПК G01N11/10 

Изобретение относится к приборостроению и может найти применение в химической и ряде других отраслей промьпштенности. Известен шариковый вискозиметр, содержащий шарик, подвешенный на ни ти к плечу стрелки, и рабочую емкос заполненную измеряемой жидкостью.Пр работе вискозиметра затвором освобождается шарик и погружается в измеряемую жидкость, а на ленте самописца фиксируются в виде всплесков моменты освобождения шарика и погружения его в жидкость на длину . По расстоянию межд всплесками на диаграмме расчетньтм путем определяют динамическую вязкость, а шарик извлекается из жидкости при помощи нити П . Недостатком этого устройства, яв|Ляется узкая область применения, обусловленная тем, что оно не может быть применено для aвтoмatичecкого измерения вследствие наличия ручных операций по освобождению шарика, извлечению его из жидкости- и расчету вязкости по расстоянию между всплесками на диаграмме. . Известен также шариковый вискозиметр, содержащий сосуд с измеряемой жидкостью, устройство для выпуска шариков и датчики положения шариков в трубке, связанные с измерителем времени. При подаче команды один из шариков выпускается в контролируеMyt жидкость. При прохождении шариком зоны датчика верхнего положения, последний включает через вспомогателЬ1Ше устройства измеритель времени, который отключается датчиком нижнбйго положения при прохождении шарика через зону его срабатывания. О величине вязкости (дингилической) измеряемой жидкости судят по времени прохождения расстояния между датчиками положения 12. Недостатком и такого устройства является то, что конструкция не позволяет производить автоматическое измерение вязкости в потоке жидкости вследствие ограниченного количества шариков, которые после измерения необходимо вручную извлекать из трубки. Управление устройством и смена жидкости также производится вручную. Это не позволяет использовать вискозиметр в системах автоматического регулирования и определяет узкую область его применения. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является вискозиметр содержащий сосуд, всплывающий чувствительный элемент, размещенный в сосуде, линии подачи и слива жидкое ти из сосуда, в которых установлены управляемые запорные клапаны, датчиКй верхнего и нижнего уровней жид- . кости в сосуде, датчики верхнего положения всплывающего чувствительного элемента, устройство удерживания всплывающего чувствительного элемен та в нижнем положении и управляющее устройство,входы которого сое-, динены с датчиками верхнего и нижнего уровней жидкости и датчиком верхнего положения всплывающего чувствительного элемента, а выходы с управляемыми запорными клапанами и устройством удерживания всплывающего чувствительного элемента в нижнем положении tSJ. Однако так как выталкивающая; сила, действующая на шарик при его всплытии, пропорциональна плотности измеряемой жидкости, время всплытия шарика обратно пропорционально плот нести,т,а.вискозиметр измеряет кинем тическую вязкость, равную динамичес кой вязкости, деленной на плотность Невозможность исключить влияние пло ности на результаты измерения не по воляет измерять динамическую вязкос чаще используемую при управлении те нологическими процессами, и определяет узкую область применения устройстйа. Цель изобретения - повышение точ .ности измерения кинематической и динамической вязкости путем исключения влияния плотности жидкости на показания вискозиметра. Указанная цель достигается тем, что в вискозиметр, содержащий сосуд всплывающий чувствительный элемент, размещенный в сосуде, линии подачи и слива жидкости из сосуда в которы установлены управляемые запорные кл паны, датчики верхнего и нижнего уровней жидкости в сосуде, датчик верхнего положения всплывающего чувствительного элемента, устройство удерживания вплывающего чувствительного элемента в нижнем положении и управляющее устройство, входы которого соединены с датчиками верх него и нижнего уровней жидкости и датчиком верхнего положения всплывающего чувствительного элемента, а выходы - с управляемыми запорными клапанами и .устройством удерживания всплывающего чувствительного элемен та в нижнем положении дополнительно введены пьезометрическая трубка, установленная в сосуде и соединенная с блоком питания воздухом, повторитель, вход которого соединен с пьезометрической трубкой и блоком питания воздухом, пятимембранный элемент сравнения/ один вход которого соединен через перекидные контакты тумблера с выходом повторителя и задатчиком давления, второй вход - с линией питания и входом перемейного дросселя, а третий вход - с выходом переменного дросселя и двумя крайними камерами, пневмоемкость, Соединенную с соплом пятимембранного элемента сравнения, мембранный клапан, вход которогЬ соединен с соплом пятимембранного элемента сравнения, а выход - с атмосферой, электропневмопреобразователь, вход которого соединен с выходом управляющего устройства, а выход - с управляющей камерой мембранного клапана, и устройство считывания, включающее повторитель, вход которого соединен с пневмоемкостью, и схему задержки на такт/ причем управляющие входы устройства считывания соединены с выходом электропневмопреобраэователя. Такое конструктивное выполнение |Вискозиметра позволяет расширить об|ласть его применения, так как введение в устройство пьезометрической трубки, повторителя, элемента сравнения, пневмоемкости ламинарного дросселя тумблера и задатчика позволяет при определенном положении тумблера изменять в зависимости от плотности жидкости скорость нарастания давления в пневмоемкости. При этом исключается влияние плотности на показания вискозиметра, определяемые , :величиной давления в пневмоемкости в моменты достижения шариком верхнего положения, т.е. осуществляется измерение динамической вязкости. При втором положении тумблера показания вискозиметра зависят от плотности и измеряется кинeмaтичeckaя вязкость. Таким образом, вискозиметр может измерять как кинематическую, так и динамическую вязкость, что расширяет область его применения. На чертеже представлена схема вискозиметра. Устройство содержит сосуд 1, в который помещен всплывающий шарик 2, управляющее устройство 3, входы которого соединены с датчиками нижнего 4 и верхнего 5 уровней жидкости в сосуде 1 и датчиком 6 верхнего положения чувствительного элемента (шарика) , а выходы - с клапаном 7 впурка жидкости, расположенным на линии подачи жидкости в сосуд 1, клапаном 8 выпуска жидкости, расположенным на линии слива, и с установленным в нижней части сосуда 1 устройством 9 удержания шарика в нижнем положении, пьезометрическую трубку 10, погруженную на определенную глубину в сосуд 1, соединенную с блоком 11 питания и входом повторителя 12, элемент : сравнения, один вход которого соединен через перекидные контакты тумблера 14 с выходом повторителя 1 и задатчиком 15, второй вход - со входом переменного дросселя 16, тре тий вход - с выходом дросселя 16 и крайними камерами, а сопло - с пнев моемкостью 17, входом клапана 18. Устройство 19 считывания содержит повторитель 20, вход которого соединен с пневмоемкостью 17, а выход через нормально открытый клапан 21 со входом повторителя 22. Выход пов торителя 22 связан через нормально закрытый клапан 23 со входом повтор теля 24, выходной сигнал которого я ляется выходным сигналом вискозимет ра. Управляющие камеры клапанов 18, 21 и 23 соединены через электропнев мопреобразователь 25 с выходом упра ляющего устройства 3.. Вискозиметр работает следующим образом. При отсутствии в трубке 10 измеряемой жидкости срабатывает датчик 4 нижнего уровня жидкости, который через управляющее устройство 3 зак;рывает клапан 8 выпуска жидкости, Открывает клапан 7 впуска жидкости и включает электромагнит 9, удерживающий шарик 2 в нижнем положении, и жидкость начинает поступать в сосуд 1. При достижении верхнего уров ня жидкости срабатывает датчик 5 верхнего уровня и управляющее устро ство 3 закрывает клапан 7 впуска жи кости, .отключает электромагнит. 9,за рывает пневмоклапан 18 и открывает клапан 21, шарик 2 начинает всплывать под действием выталкивающей силы жидкости, а в пьезометрической трубке 10 устанавливается давление пропорциональное плотности жидкости. При этом в случае измерения динамической вязкости (тумблер 14 в положении А) давление в пьезометрической трубке 10 отслеживается повторителем 12 и через тумблер. 14 подается на вход элемента 13 сравне ния,. Причем мембранный блок элемен та 13 сравнения устанавливается в такое положение, при котрром перепад давления на дросселе 15 будет равен давлению в пьезометрической трубке 10, т.е. пропорционален плот ности измеряемой жидкости. Пневмоем кость 17 начинает заполняться через переменный дроссель 16 и сопло элемента 13 сравнения со скоростью про порциональной перепаду на дросселе 16, равному давлению в пьезометрической трубке 10, а Следовательно, пропорциональной плотности жидкости Давление в пневмоемкости 17 повторяемся Повторителем 20 устройства 19 считывания и через открытый клапам 21 поступает на вход повторителя 22. При достижении шариком 2 верх него положения чувствительного элемента, который через управляющее устройство 3 открывает клапан 8 выпуска жидкости, закрывает клапан 21 и открывает клапаны 18 и 23. При этом в глухой камере повторителя 22 запоминается давление, равное давлению в пневмоемкости в момент срабатывания датчика 6, которое через открывшийся клапан 23 и повторитель 24 поступает на выход вискозиметра. Движущей силой , действующей на шарик во время всплытия, является выталкивающая сила, которая может быть определена по уравнению А6 Ml. .Ч,(1) где Ущ- объем шарика; 9 - плотность жидкости; .- ускорение свободного падения. Противодействующая сила сопротивления FJ, определяется по формуле Сток6JR f/i, где R - радиус шарика; S - перемещение шарика (расстояние между нижним и верхним положением шарика) t - время перемещения шарика, т.е. время его всплытия; динамическая вязкость. Согласно принципу Даламбера FC. решая совместно уравнения (1)(3), получаем выражения для времени сплытия шарика - где коэффициент пропорциональности V-а кинематическая вязость. Величина сигнала вискозиметра PftiJlx. равная давлению в пневмоемкости Ру в момент времени t, т.е. в момент остижения шариком верхнего положения и в момент считывания, опрееляется по уравнению .; (3 I PV V t где G - расход воздуха через ламинарный дроссель; V - объем пневмоемкости; t - время всплытия шарика. Расход воздуха через линей{|ый ламинарный дроссель определяется по уравнению G Кд ДР,(6) где К - коэффициент пропорциональности, определяемый параметрами дросселя; йР - перепад давления на дросселе. Перепад на дросселе равен давлению в пьезометрической трубке, т.е. йР HJ д,(7) где Н - глубина погружения трубки в жидкосТ / f - плотность жидкости.

После подстановки (4), (6), (7) (5) получаем

р eJRSHKA ,t .,

(8)

PBMX.V %

г Ц)

где К - коэффициент пропорциональности.

Из выражения (8) следует, что величина выходного сигнала не зависит от плотности жидкости и пропорциональна динамической вязкости.

При необходимости измерения кинематической вязкости необходимо пере- тслцчать тумблер 14 в положение Б.При этом на вход элемента 13 сравнения через тумблер 14 поступает постоянное давление от задатчика 15, на дросселе 16 устанавливается перепад, равный давлению во время всплытия шарика 2, давление Р в пневмоемкости 17 нарастает с постоянной, не зависящей от плотности, скоростью, а в момент достижения шариком верхнего порожения оно, а следовательно, и выходной сигнал Pgj,, пропорционально времени всплытия шарика t (согласно 5), а следовательно, и кинематической вязкости/и (согласно 4).

Таким образом, предлагаемое устройство имеет более широкую область применения, так как позволяет измерять не только кинематическую, но и

динамическую вязкость, в то время как известный вискозиметр позволяет измерять только кинематическую вязкость. Предлагаемый вискозиметр можно использовать в производстве хлора и каустика по ртутному методу для измерения вязкости серной кислоты, циркулирующей в сушильных колоннах.

Формула изобретения

Вискозиметр, содержащий сосуд, всплывающий чувствительный элемент, размещенный в сосуде, линии подачи и слива жидкости из сосуда, в которых установлены управляемые запорные клапаны, датчики верхнего и нижнего уровней жидкости в сосуде, датчик верхнего положения, всплывающего чувствительного элемента, устройство удерживания всплывающего чувстви;тельного элемента в нижнем положении и управляющее устройство, входы которого соединены с датчиками верхнего и нижнего уровней жидкости и датчиком верхнего положения всплые вающего чувствительного элемента, а выходы - с управляемыми запорными клапанами и устройством удерживания всплывающего чувствительного элемента в нижнем положении, о т л и - чающийся тем, что, с целью повышения точности измерения кинематической и динамической вязкости путем исключения влияния плотности жидкости на показания вискозиметра, в него дополнительно введены пьезометрическая трубка, установленная в сосуде и соединенная с блоком питания воздухом, повторитель, вход которого соединен с пьезометрической трубкой и блоком питания воздухом, пятимембранный элемент сравнения, один вход которого соединен . через перекидные контакты тумблера с выходом повторителя и задатчиком давления, второй вход - с линией питания и входом переменного дросселя, а третий вход - с выходом переменного дросселя и двумя крайними камерами, пневмоемкость, соединенную с соплом пятимембранного элемента сравл нения, мембранный клапан, вход которого соединен с соплом пятимембранного элемента сравнения, а выход - с атмосферой, электропневмопреобразователь, вход которого соединен с выходом управляющего устройства, а выход - с управляющей камерой мембранного клапана, и устройство считывания, включающее повторитель, вход которого соединен с пневмоемкостью, и схему задержки на такт, причём управляющие

0 входгл устройства считывания соединены с выходом электропневмопреобразователя.

Источники информации, 5 принятые во внимание при экспертизе

, 1. Авторское свидетельство СССР № 579564, кл. G 01 N 11/10, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР № 362229, кл. G 01 N 11/10, 1969. 0 3. Авторское свидетельство СССР № 669269, кл. G 01 N 11/10, 1975 (прототип).

AJ