Устройство для определения физических свойств веществ Советский патент 1982 года по МПК G01N11/16 

(S) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВ

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для определения физических свойств веществ, например вязкости, плотности,фазового состава растворов и расплавов, путем измерения параметров колебаний механической коле бательной системы, взаимодействующей с исследуемым веществом. Известно устройство, например вибрационный вискозиметр, содержащий два электродинамических преобразователя, возбуждающий и измерительный, состоящий из неподвижных катушек и постоянных магнитов, жестко связанны посредством штока с механической кол бательной системой, закрепленной на упругих подвесках Cl3. Известно также вибрационное устройство, содержащее две подвижные катушки, расположенные с противоположных концов одного неподвижного постоянного магнита, жестко связанные между собой при помощи штока 2 Недостатком этих устройств является нашчие прямой наводки со стороны преобразователя, возбуждающего колебания, на измерительный, искажающей характеристики исследуемого объекта. Для устранения этой наводки необходима установка толстых железных экранов между преобразователями и увеличение расстояния между ними. В случае использования устройства с одним неподвижным магнитом устранить влияние одной катушки на другую удается лишь при использовании магнита значительной длины (--I О О мм). Это влияние проявляется тем сильнее, чем больше частота колебаний. Такое влияние сказывается на достоверности получаемых с помощью этого устройства данных о физических свойствах веществ. . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для определения физических 3Э свойств веществ, содержащее измерительную систему и корпус, в котором размещены электромагнитные преобразователи с двумя катушками, закрепленными на штоке и образующими с ра бочим органом колебательную систему связанную с корпусом упругими элементами. В этом устройстве используются два электродинамических преоб разователя , каждый из которых состоит из постоянного магнита с магнитопроводом и катушки, расположенно в магнитном зазоре, причем один из преобразователей служит для возбуждения механических колебаний, а другой - для их регистрации. Подвижные катушки соединены жесткой механической связью друг с другом и упругими элементами, и совместно с рабочим ор ганом образуют механическую колебательную систему. Неподвижные магниты с магнитопроводами расположены зазорами в одну сторону и механически со динены между собой. Рабочий, орган, представляющий собой шар, закрепленный на штоке колебательной системы, погружается в исследуемую жидкость. Для возбуждения механических колебаний на катушку одного из электродинамических преобр зователей подается переменное напряжение от генератора звуковой частоты При колебаниях катушки измерительног преобразователя, механически связанной с катушкой преобразователя, возбуждающего колебания, в ней наводится ЭДС, пропорциональная скорость движения катушки в поле постоянного магнита и фиксируемая соответствующим измерительным прибором З. Однако такая компоновка устройства также не позволяет полностью исключить взаимное влияние катушек. Цель изобретения - повышение точности и надежности измерения. . Указанная цель достигается тем, что устройство для определения физических свойств веществ содержит измерительную систему и корпус, снабженный крышками, в котором размещены электромагнитные преобразователи с двумя подвижными катушками, закрепленными на штоке и образующими с рабочим органом колебательную систему, связанную с корпусом упругими элементами, у которого катушки расположены в кольцевых зазорах противоположно направленных неподвижных магнитопроводов с постоянным 4 магнитным полем, которые разделены Нерегородкой из магнитомягкого материала с малой магнитной проницаемостью. Кроме того, каркасы катушек щток и крепежные детали выполнены из немагнитного и токопроводящего материала . Повышение точности и надежности измерений достигается конструкцией предлагаемого устройства в котором исключается наводка со стороны преобразователя, возбуждающего колебания на измерительный. Кроме того, исключено демпфирование колебательной системы за счет возникновения вихревых токов (токов Фуко) в каркасе катушек преобразователей и подвижном штоке. На чертеже показано предлагаемое устройство. Устройство содержит корпус- экран 1 с крышками 2 и 3, изготовленный из магнитомягкого материала (железа Армко), вкладыш k из немагнитного материала (эбонита), в котором закреплены магнитопроводы 5 и 6 с постоянным магнитным полем, зазоры которых направлены в противоположные стороны, шток 7 с крепежными деталями 8 из немагнитного и токочепроводящего материала (текстолита), подвешенный на упругих подвесках (растяжках) 9 и 10 к корпусу, катушку 11 возбуж дающего преобразователя, закрепленную на штоке в зазоре одного из магнитопроводов, катушку 12 измерительного преобразователя, закрепленную на том же штоке в зазоре другого магнитопровода. Катушки 11 и 12 намотаны на каркасы 13 и 1 из немагнитного и токонепроводящего материала (текстолита) . Для возбуждения колебаний механической системы, состоящей из обеих катушек, штока с крепежными деталями, упругих подвесок и рабочего органа (не показан) через катушку возбу ндающего преобразователя пропускают переменный ток низкой частоты (например, от звукового генератора 15). При колебаниях катушки измерительного преобразователя в поле постоянного магнита в ней возникает ЭДС, пропорциональная скорости- движения катушки: параметры электрического сигнала измеряют соответствующим измерительным прибором, например ламповым вольтметром 16 пер.еменного тока. Распсхложенные (фиг. 1) и разделенные вкладышем Ц из немагнитного материала (эбонита) магнитопроводы 5 и 6 с постоянным полем (зазорами в противоположные стороны) практически полностью экранируют катушку измерительного контура от наводок со стороны электромагнитного поля катушки возбуждающего преобразователя, устраняя явление взаимной индукции катушек переменного тока с общим ма1- нитным сердечником и повышая эффективность и надежность работы преобразователей . Корпус 1, снабженный крышками 2 и 3 из магнитомя ГКОго материала (железа Армко), защищает устройство от воздействия внешних электромагнит ных полей, что также повышает надежность и стабильность измерений. Эффект демпфирования колебательной системы при работе устройства, вследствие возникновения вихревых то ков в штоке 7, деталях 8 крепления и каркасах 13 и 1/ катушек и меняющий свою величину при изменении частоты колебаний системы, полиостью устраняется изготовлением указанных деталей из токонепроводящих и немагнитных материалов, что позволяет повысить чувствительность устройства и точность измерений. Таким образом, конструкция устрой ства позволяет повысить надежность, ntстабильность и точность измерений, так как содержит противоположно-направленные магнитопроводы, разделенные средой с малой магнитной проницаемостью, шток, крепежные детали и каркасы катушек из немагнитного и то конепроводящего материала и корпусэкран с крышками из магнитомягкого материала. Прибор работает следующим образом На катушку возбуждающего преобразователя 11 подают переменное напряжение со звукового генератора 15 постоянной амплитуды. Частоту напряжения устанавливают равной собственной частоте механической колебательной системы (резонанс) и измеряют величи ну электрического сигнала на измерительной катушке 6 ламповым вольтметром 16 для случая, когда рабочий вис козиметр, представляющий собой обычн тонкую пластину или пар, не касается исследуемой жидкости. Затем погружаю рабочий орган вискозиметра в исследу емую среду на определенную глубину, 9 переьещая либо сосуд с исследуемой жидкостью либо сам вискозиметр. Исследуемая жидкость, оказывая гидродинамическое сопротивление движению рабочего органа, зависящее от параметров жидкости, в частности от ее вязкости, изменяет амплитуду и частоту собственных колебаний механической системы вискозиметра. Пропорционально изменению амплитуды меняются и показания вольтметра 16. Следовательно, показания вольтметра в данном случае определяются вязкостью исследуемой среды, и, если вискозиметр предварительно прокалиброван по жидкостям с ;; .хорошо изученной вязкостью и плот- ностью, вязкость исследуемой среды определяется по показаниям вольтметра. Для измерения вязкости среды частотно-фазовым методом или по затухающим колебаниям схему дополняют необходимыми измерительными приборами (частотомером, фазометром или измерителем декремента затухания). Таким образом, путем измерения параметров взаимодействующей с исследуемым веществом колебательной системы устройства можно при соответствующей градуировке определять и другие, связанные с вязкостью физические свойства вещества: плотность, фазовый состав, а также химический состав и температуру. Испытания устройства показали, что при полностью демпфированной колеба.тельной системы и расстоянии между магнитопроводами 5 мм наводки на измерительную катушку со стороны возбуждающего преобразователя отсутствовали.. Добротность колебательной системы, характеризующая чувствительность устройства, возросла по сравнению с известными в 10 раз. Формула изобретения 1. Устройство для определения физических свойств веществ, например вязкости, содержащее измерительную систему и корпус, в котором размещены электромагнитные преобразователи с двумя подвижными катушками, закрепленными на штоке и образующими с рабочим органом колебательную систему, связанную с корпусом упругими элементами , отли чающееся тем, что, с целью повышения точности И надежности измерений,катушкл рас7положены в кольцевых зазорах противо положно направленных неподвижных маг ии топроводов с постоянным магнитным полем, которые разделены перегородкой из магнитного материала, а корпус выполнен из магнитомягкого материала и снабжен крышками из того же материала. 2. Устройство по п. 1, о т л и мающееся тем, что каркасы ка тушек, шток и крепежные детали выполнены из немагнитного и токонепроводящего материала. 9 .8 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Соловьев А.Н., Каплун А.Б., Вибрационный метод измерения вязкости жидкостей. Новосибирск. Наука 1970, с. 33. 2.Авторское свидетельство СССР 1 609078, кл. G 01 N 11/16, 1978. 3.Соловьев А.Н., Каплун А.Б. Вибрационный метод измерения вязкости жидкостей. Новосибирск Наука 1970, с. 83 (прототип).