Устройство для определения поверхностного натяжения жидкостей Советский патент 1982 года по МПК G01N13/02 

Изобретение относится к измерител ной технике, в частности к приборам для автоматического бесконтактного измерения поверхностного натяжения жидкостей, и может найти применение в химической, пищевой и других от- , раслях промышленности. Известно устройство для измерения поверхностного натяжения по максимал ному давлению пузырька газа, выходящего из калиброванного отверстия, представляющее собой пневматическую мостовую схему, в противоположные плечи которой включены капилляр и барботажная трубка, установленные на одном уровне в контролируемой жидкости l . Недостатком такого устройства является наличие контакта с контролируемой средой, что делает невозможным измерение поверхностного натяжения вязких жидкостей. Наиболее близким к изобретению является устройство для определения поверхностного натяжения жидкостей, содержащее струйную трубку, расходомер, блок фиксации момента перехода поверхности жидкости из устойчивого состояния в неустойчивое, содержащий струйный элемент трубка-трубка,усилитель и дроссель, при этом струйная трубка расположена в центральной плоскости, перпендикулярной к оси элемента трубка-трубка 2j. Однако выходной сигнал такого устройства представлен в аналоговой форме, что понижает точность измерений при передаче показаний на расстояние. Цель изобретения - повышение точности определения и получение информации в частотно-импульсной форме. Для достижения поставленной цели в устройстве, содержащем струйную трубку , расходомер и блок фиксации момента перехода поверхности жидкости из устойчивого состояния в неустойчивое, содержащий струйный элемент трубкатрубка, усилитель и дроссель, блок фиксации момента перехода поверхности жидкости из устойчивого состояния в неустойчивое содержит инерционное звено, управляемое сопротивление, пневмореле, пятимембранный пневматический сумматор, пульсирующее сопротивление, две пневмоемкости, задатчи начального давления и частотомер, при этом выход усилителя через инерционное звено соединен со входом управляемого сопротивления, установлен ного в цепи отрицательной обратной связи пневмореле, включенного по схе ме отрицания, к выходу управляемого сопротивления подключена первая пнев моемкость, а выход пневмореле соединен- с частотомером и с камерой уп- равления пульсирующего сопротивления вход которого соединен с выходом пятимембранного пневматического сумматора, положительные камеры которого соединены соответственно с задатчиком начального давления и с выходом пульсирующего сопротивления, к которому через вторую пневмоемкость, дроссель и расходомер подключен вход струйного элемента. На чертеже схематически изображено предлагаем ое устройство. Сжатый воздух подается на вход трубки 1 струйного элемента трубкатрубка. Выход трубки 2 этого же эле мента подключен через постоянный дроссель 3 в камеру усилителя 5, а камера 6 соединена с задатчиком 7. Выход усилителя 5 через инерционное звено (дросселъ 8 и пневмоемкость 9) соединен с камерой 10 управляемого сопротивления 11, установленного в линии отрицательной обратной связи трехмембранного пневмореле 12, включенного по схеме отрицания, при этом выход реле 12 включен в сопло управляемого сопротивления 11, расположен ного в камере 13. Камера 13 соединен с пневматической емкостью и камерой 15 пневмореле 12. Выход реле 12 подключен через усилитель мощности 16 к частотомеру (на чертеже не показан) 14 к камере 17 управления пульсирующего сопротивления Т8. Камеры 19 и 20г1ульсирующего сопротивления 18 подключены к выходу пятимембран ного пневматического сумматора 21 , включенного посредством подачи выход ного давления в отрицательную камеру 22 по схеме повторителя давления. По ложительные камеры 23 и 24 сумматора 21 подключены соответственно к задатчику 25 и к выходу в камеру 26 пульсирующего сопротивления 18. Выход пульсирующего сопротивления 18 соединен с пневмоемкостью 27 и через дроссель 28 и расходомер 29 подключен ко входу струйной трубки 30. В камеры 31 и 32 подано давление подпора. Камера 33.соединена с пневмоемкостью 3 и имеет упругие сопла 35 И 36. I Принцип действия устройства осно,ван на зависимости скорости газовой струи, при которой происходит переход от устойчивого режима взаимодействия к неустойчивому, от коэффициента поверхностного натяжения жидкости. Струя газа, вытекая из трубки 1 струйного элемента трубка-трубка, попадает на вход трубки 2, откуда ,через дроссель 3 поступает в камеру 4усилителя 5, в камеру 6 которого подано давление задания с задатчика 7Пока поверхность контролируемой жидкости устойчива и неподвержена периодическим колебаниям, давление Рд в камере усилителя 5 больше давления Pg в камере 6 этого же усилителя. При Ьтом давление на выходе усилителя 5PC 1. Происходит заполнение емкости 9 через дроссель 8 сжатым воздухом. Давление в. емкости 9 изменяется и может быть определено из уравнения jn Т . + р р ь Zt Ч Vy где Ту, - постоянная времени инерционного звена (дроссель 8, емкость 9) ; t - время; Рл, - давление в емкости 9. С ростом давления PQ, в емкости 9 растет давление. В камере 10 управляемого этим давлением дросселя 11с ростом давления Рп уменьшается сопротивление дросселя 11. В камеру 31 реле 12 подается давление подпора, а камера 15 соединена с апериодическим звеном (емкость 14 и управляемый дроссель 11), давление на вход которого поступает с выхода реле 12. В камере 15 в процессе ее заполнения сжатым воздухом давление изменяется от значения PQ до Рр, которые называются давлениями срабатывания. В начальный момент времени под действием подпора в камере.31 подвижный мембранный блок реле опускается вниз и открывает верхнее сопло, через которое воздух питания поступает на вход генератора, где сигнал становится равным единице. Этот сигнал поступает на вход апериодического звена, поэтому в емкости И, а следовательно, ив камере 15 реле 12 давление начинает возрастать по экспоненте от Pq до Рр, Скорость роста давления в камере 15 зависит от проводимости управляемого сопротивления 11, т.е. от постоянной времени Т апериодического звена (емкость 14, сопротивление 11) определяемого из уравнения где объем емкости R газовая постоянная; в - абсолютная температура; Р - проводимость управляемого сопротивления 11. Длительность t единичного импуль са на выходЪ генератора определяется уравнениемt - тсиГ «1 Р - Рг, /f / iP-PpJ /f - PfJ fде P - давление на входе апериоди ческого звена. Когда давление в камере 15 станет равным Pp., мембранный блок поднимает ся и закрывает сопло питания. На выходе генератора сигнал становится ра ным нулю, т.е. Ра 0. При этом чере сопротивление 1Г нач 1нают опорожнять ся камеры 15 и емкость 1. Давление в емкости lif уменьшается по экспонен те от до Р. Длительность импульса t, в течение которого Р, Of определяется из уравнения „ t - ТРи 2 Ра В момент времени, когда Р мембранный блок реле 12 пepeмecTиtcя вниз и на выходе генератора вновь поя вится сигнал, равный единице, . Частота колебаний на выходе генератора изменяется с изменением сопротивления 11 и определяется из уравненияtxf + ti При Pg,ix о мембранный блок пульсирующего пневматического сопротивления 18 под действием подпЬ)а, поданного в камеру 17, находится в нижнем положении, при этом емкость З соединяется через открытое упругое сопло 35, камеру 20 с выходом сумматора 21 На выходе сумматора 21 при этом будет давление Р;г1 9 21 где РЭГ-- давление, устанавливаемое задатчиком 25. Р„ - давление в емкости 27 на выходе пульсирующего сопротивления. Таким образом, при емкость 3 соединена через сопло 35 с выходом сумматора 21, имеющим абсолютное давление , и в соответствии с законом состояния газа количество газа QQ, находяцегося в емкости З, определяется выражением п . Уи о R & При Pjjyf 1 емкость З разобщается с выходом сумматора 21 и оказывается соединенной через открытое солло 36 с емкостью 27 с абсолютным давлением Р27 . Количество , находящегося в емкости 3 при Ра7, равно п - IkzJ R в . Так как Р 27 то AQ « |(Pci.) к|Р25 / ° Последнее уравнение показывает, что количество газа за время одного переключения передается с выхода сум|матора 21 на вход пульсирующего сопротивления 18 и является постоянной величиной. Пульсации давления, возникающие на выходе пульсирующего сопротивления 18, перед поступлением на вход струйой трубки 30 сглаживаются емкостью 27 и дросселем 28. Расход газа G через дроссель 28 G2. oi(%- РЗО), где о(. - проводимость дросселя 28; PjQ - давление на входе струйной трубки 30; Pfjrj давление в емкости 27. Рост давления в емкости 27 определяется разностью расходов через пульсирующее сопротивление П. и через дроссель 28 Си. В установившемся режиме, когда 1 а м т , пульсирующее сопротивление 18 работает с частотой W (Pj.7 - РЗО) определяющей расход газа Gj, подаваемого на вход струйной трубки 30 и вызывающего автоколебания в жидкост при ее взаимодействии с газовой струей. На сопротивлении 28 поддерживается перепад давления АР OL. Re значение которого определяет расход газа через сопротивление 28. При малом сопротивлении струйной трубки 30 РСГГМ поэтому расход газа при Рд-1-дд const определяется давлением р 5-УъА .ot-R& Использование предлагаемого устрой ства позволяет повысить точность измерений и надежность при контроле пожаро- и взрывоопасных сред, а также получить информацию о контролируемом параметре в частотно-импульсной форме Кроме этого, устройство имеет потенци альный и токовый выходы, на которых информация о контролируемой величине представляется соответственно в виде расхода газа и давления на выходе пульсирующего сопротивления. При необходимости о контролируемой величине можно судить по показаниям расходомера 29 или по показаниям манометра (на чертеже не показан), измеряющего давление в емкости 27. Формула изобретения Устройство для определения поверх|чостного натяжения жидкостей, содержащее струйную форму, расходомер и блок фиксации момента перехода повер ности жидкости из устойчивого состоя ния в неустойчивое, содержащий струйный элемент трубка-трубка, усилитель и дроссель, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности определения и получения информации в частотно-импульсной форме, блок фиксации момента перехода тюверхности жидкости из устойчивого состояния в неустойчивое содержит инерционное звено, управляемое сопротивление, пневмореле, пятимембранный пневматический сумматор, пульсирующее сопротивление, две пневмоемкости, задатчик начального давления и частотомер, при этом выход усилителя через инерционное звено соединен со входом управляемого сопротивления, установленного в цепи отрицательной обратной связи пневмореле, включенного по схеме отрицания, к выходу управляемого сопротивления подключена первая пневмоемкость, а выход пнеемореле соединен с частотомером и с камерой управления пульсирующего сопротивления, вход которого соединен с выходом пятимембранного пневматического сумматора, положительные которого соединены соответственно с задатчиком начального давления и с выходом пульсирующего сопротивления, к которому через вторую пневмоемкость, дроссель и расходомер подключен вход струйного элемента. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 265551, кл. G 01 N 13/02, 1968. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2831299/18-28, кл. G 01 N 13/02, 1979, (прототип).

JL

J

Jf 27

2S