Вискозиметр Советский патент 1982 года по МПК G01N11/16 

(54) ВИСКОЗИМЕТР

Изобретение относится к вискози- метрам, основанным на апериодическом движении тела в среде, используемым в приборостроительной, химической, нефтехимической и других отраслях промышленности для лабораторного и промышленного определения физикомеханических характеристик сред, находящихся при высоких температурах и давлениях и является усовершенство ванием известного устройства 1.

Но основному авт. св. № 649981 известен вискозиметр, содержащий измерительный преобразователь и электронную схему.

Измерительный преобразователь содержит герметичный корпус, расположенные в нем катушки возбуждения,зау крепленные на удлиненных магнитопро-. водах, кронштейн, герметично выведенный из корпуса, на конце которого в исследуемой среде помещены два пьезоэлектрических излучателя и два приемных аьезопреооразователя, измь рительный зонд с размещенным в нем магнитным и прикрепленным к нему акустическим экраном. Электронная схема вискозиметра содержит триггер управления, источник питания, коммутатор, усилители-Детекторы, измеритель временных интервалов, генератор, который совместно с пьезоэлектрическими излучателями, приемными

пьезопреобразЪвателями и акутичесКИМ экраном, образует акустические регистрирующие преобразователи.

Принцип работы вискозиметра заключается в измерении времени меяаду

. моментами реверсирования движения

измерительного зонда, т.е. между MOfментами полного экранирования акустического сигнала акустическим экраном при вхождении в зазор между пьезоэлектрическими излучателями и приемными пьезопреобразователями.

Акустический сигнал, прошедший через среду, используется в известном вискозиметре лишь для управления реверсирования движения измерительного

20 зонда и такие акустические характеристики среды, как скорость распространения и коэффициент поглощения звука, несущие ценную информацию о структурных особенностях контролируемой

25 среды, не измеряются. Мендау тем при оценке качественных характеристик ,, выпускаемого продукта, необходимо одновременно измерять вязкость, скорость распространения и коэффициент

30 поглощения звука в среде..

Например, при определении такой качественной характеристики,как средний молекулярный вес полимера, необходимо в одних случаях одновременно измерять вязкость и концентрацию полимера, а в других случаях - вязкость на двух скоростях деформирования контролируемой среды. И в тех и в других случаях измерение выше указанных физ ико-механических характеристик среды обеспечивает определение среднего молекулярного веса полимера.

Целью изобретения является увеличение числа одновременно контролируемых параметров, а именно обеспечение одновременного измерения вязкости, скорости распространения и коэффициента поглощения акустических колебаний.

Это достигается тем, что в известном вискозиметре расстояние между пьезоэлектрическим излучателем и приемным пьезопреобразователем выполнено не равным, а электронная схема дополнительно снабжена измерительным блоком, содержащим измеритель временных интервалов, распределитель, схему совпадения, измерительный триггер и генератор экспоненциального напряжения, причем выход генератора экспоненциального напряжения соединен с одним из входов схемы совпадения, два других входа которой подключены к выходам усилителей-детонаторов, а выход соединен с первым входом распределителя, выход которого подключен к измерителю временных интервалов, а два других входа соединены, соответсвенно, с одним из выходов триггера управления, и выходом измерительного триггера, при этом первый вход измерительного триггера соединен с выходом приемного преобразователя, а второй.- с выходом генератора.

Все это обеспечивает автоматическое измерение вязкости, скорости распространения и коэффициента поглощения акустического сигнала в контролируемой среде с использ.ованием одного измерителя временных интервалов.

На чертеже изображены: а - функциональная схема вискозиметра; б - расположение пьезоэлектрических излучателей и приемных пьезопреобразователей относительно измерительного зонда и акустического экрана.

Вискозиметр содержит измерительный преобразователь и электронную .

Измерительный преобразователь включает герметичный корпус Г, катушки возбуждения 2 , удлиненные магнитопроводы 3, кронштейн 4 с двумя пьезоэлектрическими излучателями 5 и 5 и приемными пьезопреобразователями б, две камневые опоры 7, измерительный зонд 8 с прикрепленным к нему акустическим экраном 9.

Электронная схема содержит источ . ник питания 10, нагрузкой которого являются катушки возбуждения 2, подключенный к его выходу коммутатор 11, управляющие входы которого подс ключены к выходам триггера управления 12. Управляющие входы триггера соединены с акустическими регистрирующими преобразователями, представляющие собой генератор 13, на вьаход

Q которого подключены два пьезоэлектрических излучателя 5 и 5 , акустически связанные с двумя приемными пьезопреобразователями б через усилителидетекторы 14 и 15, измеритель временных интервалов 16. Измерительный

5 блок содержит распределитель 17, один из трех входов которого подсоединен к плечу триггера управления 12, схему совпадения 18, два из трех входов которой соединены с выходами уси0 лителей-детекторов 14 и , измерительный триггер 19,один из входов которого соединен с выходом одного из приемных пьезопреобразователей, а второй - с выходом генератора 13,

5 генератор экспоненциального напряжения 20.

Вискозиметр работает следующим образом.

При нахождении измерительного зонда 8 в одном из крайних положений, например, в правом, фиксируемом левым регистрирующим преобразователем, правое плечо триггера управления 12 закрыто в ток источника питания 10,/

c через коммутатор 11 запитывает катушку возбуждения 2, преобразующую этот ток в усилие, заставляющее измерительный зонд вращаться против часовой стрелки (магнит цилиндра движется в сторону левого электромагнита). При подходе зонда 8 в крайнее левое положение, фиксируемое правым регистрирующим преобразователем, сигнал с последнего вновь перебрасывается на триггер управления

5 12 и ток источника питания 10 поступает на левую катушку возбуждения 2, после чего цикл повторяется.

Работа акустических регистрирующих преобразователейпроисходит сле0- дующим образом.

Генератор 13 вырабатывает синусоидальное или импульсное напряжение, которое поступает на два пьезоэлектрических излучателя 5 и 5 , находящихся в исследуемой среде возле измерительного зонда 8. Энергия электрического сигнала преобразуется излучателями 5 и 5 в механические колебания, которые распространяясь по

0 исследуемой среде, достигают приемных пьезопреобразователей 6, где преобразуются снова в электрические колебания, поступающие на усилители-де-текторы 14 и 15 для усиления и детектирования.

При достижении измерительным зондом одного из крайних положений (например, левого) акустический путь Е-( от правого пьезоэлектрического излучателя 5 к приемному пьезопреобразователю 6 экранируется акустичесКИМ экраном 9, что приводит к исчезновению сигнала на приемном преобразователе, а следовательно - на выходе усилителя-детектора 15. Правое плечо триггера управления открывается, запитьшается правая катушка 2 и измерительный зонд движется в правое крайнее положение, при достижени которого экранируется акустический . путь 2 от левого пьезоэлектрического излучателя Б к приемному пьезопреобразователю б, что приводит к исчезновению сигнала на выходе усилителя детектора 14 и открытию левого плеча триггера управления. При этом, направление движения измерительного зонда реверсируется.

Изменение скорости распространения .и коэффициента поглощения акустических колебаний происходит при помощи измерительного блока путем преобразователя величин значений указанных параметров в пропорциональные им временные интервалы.

Измерение коэффициента поглощения происходит следующим образом

Постоянные напряжения-усилителейдетекторов 14 и 15 равные амплитудным значениям сигналов, прошедших разные акустические пути К и К,-подаются на два входа схемы совпадекия 18.

На третий вход схемы совпадения подается эталонное экспотенциальное напряжение с генератора экспотенциального напряжения 20. В момент равенства экспотенциального. напряжеНИН каждому из постоянных напряжений на выходе схемы совпадения 18 вырабатБшаются короткие импульсы, временный интервал между которыми пропорционален коэффициенту поглощения акустических колебаний. Эти импульсы через распределитель 17 подаются на измеритель временных интервалов 16. Скорость распространения акустических колебаний определяется путем измерения времени прохождения акустического сигнала от пьезоэлектрического излучателя 5 к приемному пьезо преобразователю б (путьб).

I

Сигнал с выхода приемного пр,еобразователя б поступает на один из вхдов измерительного триггера 19, а сигнал с выхода генератора 13 - на второй вход. Таким образом, на выходе измерительного триггера 19 вырабатывается импульс , длительность которого равна времени распространения акустического импульса по акустическ |му пути f. Этот импульс после дифференцирования через распредели-

тель 17 поступает на измеритель временных интервалов 16. На третий вход распределителя 17 поступает импульс с триггера управления 12, длительность которого равна времени перемещения измерительного зонда 8 из одного крайнего положения в другое. Это время также измеряется измерителем временных интервалов 16. Распределитель 17 осуществляет временное разделение измерения и индикации временных интервалов, пропорциональных вязкости, скорости распространения и коэффициента поглощения акустического сигнала.

Измерение и индикация указанных параметров осуществляется в последовательные промежутки времени, величина которых выбирается в зависимости от диапазона измеряемых вязкостей, т.е. от максимального и минимального времени перемещения измерительного зонда из одного положения в другое.

Таким образом, выполнение расстояний ( баз ) пьезоэлектрическими излучателями и приемными пьезопреобразователями разное,а также применение измерительного блока отличает предлагаемый вискозиметр от известного, так как позволяет помимо измерения вязкости измерять также такие структурочувствительные характеристики среды, как скорость распространения и коэффициент поглощения акустических колебаний. Разница между величинами баз выбирается из конструктивных возможностей по принципу - чем больше эта разница, тем выше точность измерений.

Это позволяет значительно повысить качество промышленного контроля продуктов в процессе их производства. Внедрение данного вискозимет ра позволяет решить проблему автоматического измерения среднего молекулярного веса в процессе производства полимеров.

Технико-экономический эффект от внедрения вискозиметра заключается в повышении качества выпускаемого продукта и в повьлиении производительности труда.

Формула изобретения

Вискозиметр по авт; св. 649987, отличающийся тем, что, с целью расширения Функциональных возможностей путем увеличения числа одновременно контролируемых параметров, расстояние между пьезоэлектрическим излучателем и приемным преобразователем первого акустического канала отлично от расстояния между излучателем и приемным преобразователе BTODoro акустического канала, а элекронная схема дополнительно снабжена

измерительным блоком, содержащим измеритель временных интервалов, распределитель, схему совпадения, измерительный триггер и генератор экспотенциального напряжения , причем выход генератора экспотенциального напряжения соединен с одним из входов схемы совпадения, два других входа которой подключены к выходам усилителей-детекторов, а выход соединен с пепвым входом оаспределителя, выход которого подключен к измепителю временных

интервалов, два других входа соединены, соответственно, с одним из выходов тпиггера уппавления и выходом измерительного триггера, при этом первый вход измерительного триггера соединен с выходом приемного преоб-. разователя, а второй - с выходом генератора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 649987, кл, G 01 N 11/16, .