Способ контроля вязкости движущихся жидкостей и устройство для его реализации

Способ контроля вязкости движущихся жидкостей и устройство для его реализации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к бесконтактным аэрогидродинамическим способам и устройствам автоматического контроля вязкости жидкости, и может найти применение в различных отраслях промышленности, например химической, нефтехимической и др.

Известен способ контроля вязкости жидкости (А.с. №492787 СССР МКИ G01N 11/08. Способ измерения вязкости жидкости по ее колебаниям / М.М.Мордасов, Ю.С.Шаталов // Опубл. БИ №43, 1975), включающий воздействие струи сжатого газа, вытекающей из сопла, на поверхность жидкости, формирование углубления на поверхности жидкости, достижение устойчивых колебаний поверхности жидкости, изменение частоты колебаний на заданную величину изменением давления газа, по величине изменения давления газа судят о вязкости жидкости. Недостатком рассмотренного способа является невысокая точность контроля вязкости движущихся жидкостей.

Наиболее близким по технической сущности является способ контроля вязкости жидкости (А.с. №1827585 СССР, МКИ G01N 11/ 00. Способ контроля вязкости жидкости / М.М.Мордасов, В.И.Гализдра // Опубл. 15.07.93. Бюл. №26), включающий воздействие струи газа, вытекающей из сопла, под одинаковыми углами по течению и против течения, на поверхность жидкости, формирование углублений на поверхности жидкости, измерение частоты возникающих колебаний, по которым определяют контролируемую величину.

Такие признаки прототипа, как воздействие струи газа, вытекающей из сопла, под одинаковыми углами по течению и против течения, на поверхность жидкости, формирование углублений на поверхности жидкости, совпадают с существенными признаками заявляемого способа.

Недостатком способа, принятого за прототип, является низкая точность контроля высоковязких жидкостей, обусловленная нестабильностью возникновения автоколебательного процесса на поверхности жидкости.

Известно устройство для измерения вязкости жидкости (А.с. №492787 СССР. МКИ G01N 11/08. Способ измерения вязкости жидкости по ее колебаниям / М.М.Мордасов, Ю.С.Шаталов // Опубл. БИ №43, 1975), содержащее микроманометр, вход которого соединен с задатчиком давления, через который сжатый газ поступает в сопло, расположенное над поверхностью жидкости, микрофон, соединенный через усилитель с частотомером. Недостатком рассмотренного устройства является невысокая точность контроля вязкости движущихся жидкостей.

Указанный недостаток устранен в устройстве для контроля вязкости жидкости (А.с. №1827585 СССР, МКИ G01N 11/00. Способ контроля вязкости жидкости / М.М.Мордасов, В.И.Гализдра // Опубл. 15.07.93. Бюл. №26), содержащем пневмоэлектрический блок автоматического управления, выходы которого соединены с регистратором и двумя соплами, расположенными над поверхностью жидкости под одинаковыми углами по течению и против течения, а вход - с чувствительным элементом.

Такие признаки прототипа, как наличие двух сопел, расположенных над поверхностью жидкости под одинаковыми углами по течению и против течения, пневмоэлектрического блока, регистратора, чувствительного элемента, совпадают с существенными признаками заявляемого устройства. Недостатком устройства, принятого за прототип, является низкая точность контроля вязкости, обусловленная сложностью получения автоколебательного режима взаимодействия струи газа с поверхностью высоковязкой жидкости и влиянием на результат измерения смещения углубления, формируемого струей первого сопла, по течению жидкости в область действия струи второго сопла.

Технической задачей является повышение точности измерения. Данная техническая задача решается тем, что для измерения вязкости не используют автоколебательный режим взаимодействия струи газа с поверхностью жидкости, струей газа формируют углубление на поверхности жидкости, о вязкости жидкости судят по времени достижения углублением заданной формы, дополнительно вводят второй чувствительный элемент, располагают сопла и чувствительные элементы в параллельных плоскостях, перпендикулярных поверхности жидкости.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе на поверхность жидкости воздействуют струей газа, вытекающей из сопла, под одинаковыми углами по течению и против течения, формируют углубление на поверхности жидкости, измеряют временные интервалы, ограниченные моментами подачи газовой струи и моментами достижения углублениями заданной формы, по сумме которых судят о вязкости, а в устройство дополнительно включены второй чувствительный элемент, триггер с раздельными входами, при этом выход первого чувствительного элемента подключен к первому входу триггера, а выход второго - ко второму входу триггера, первый выход триггера соединен с входом первого сопла и входом пневмоэлектрического блока, второй выход триггера подключен к входу второго сопла, а выход пневмоэлектрического блока - к входу регистратора.

На фиг.1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - временная диаграмма его работы.

Устройство контроля вязкости жидкости содержит сопла 1 и 2, расположенные над поверхностью контролируемой жидкости 3 под одинаковыми углами по течению и против течения. Выходящие из сопел 1 и 2 струи газа формируют на поверхности жидкости 3 углубления 4 и 5. Чувствительные элементы 6 и 7 размещены над зонами выхода газовых струй из углублений 4 и 5. Выход чувствительного элемента 6 подключен к первому входу 8 триггера с раздельными входами 9, а выход чувствительного элемента 7 ко второму входу 10 триггера 9. Первый выход 11 триггера 9 соединен с входом сопла 1 и входом пневмоэлектрического блока 12. Второй выход 13 триггера 9 подключен к входу сопла 2, а выход пневмоэлектрического блока 12 к входу регистратора 14.

Устройство контроля вязкости жидкости работает следующим образом. Размещают сопла 1 и 2, чувствительные элементы 6 и 7 на заданном расстоянии от поверхности контролируемой жидкости 3. Пуск измерительного устройства осуществляют подачей на его вход питания. В начальный момент времени t₀ на выходе 11 триггера 9 устанавливается сигнал P₁₁ = 0, а на выходе 13 - сигнал P₁₃ = 1 (фиг.2а, б). С выхода 13 триггера 9 сжатый воздух поступает на вход сопла 2. На выходе сопла 2 формируется струя, под действием которой происходит образование углубления 5. С течением времени форма углубления изменяется. Скорость изменения формы углубления определяется вязкостью жидкости η и скоростью ее течения W. В момент времени t₁ форма углубления 5 становится такой, что струя воздуха попадает на вход чувствительного элемента 7, на его выходе формируется сигнал P₇ = 1 (фиг.2г). Под действием сигнала P₇ = 1 на выходе 11 триггера 9 устанавливается сигнал P₁₁ = 1, а на выходе 13 - сигнал Р₁₃ = 0 (фиг.2а, б). При наличии на входе сопла 2 сигнала Р₁₃ = 0 на его выходе струя воздуха отсутствует, вследствие чего в области ее действия происходит восстановление поверхности жидкости.

Под действием сигнала Р₁₁ = 1 на выходе сопла 1 формируется струя сжатого воздуха, образующая углубление 4. В момент времени t₂ струя воздуха попадает на вход чувствительного элемента 6, на его выходе формируется сигнал P₆ = 1 (фиг.2в). Под действием этого сигнала на выходе 11 триггера 9 устанавливается сигнал Р₁₁ = 0, а на выходе 13 - сигнал Р₁₃, = 1 (фиг.2а, б). Под действием сигнала Р₁₃ = 1 на выходе сопла 2 формируется струя, образующая углубление 5. Таким образом, процессы формирования углублений 4 и 5 и восстановления поверхности жидкости периодически повторяются. За интервал времени t₀₁, ограниченный моментами t₀ подачи газовой струи из сопла 2 и t₁ достижения углублением 5 заданной формы, происходит увеличение объема углубления 5 и уменьшение объема углубления 4. За интервал времени t₁₂, ограниченный моментами t₁ подачи газовой струи из сопла 1 и t₂ достижения углублением 4 заданной формы, происходят увеличение объема углубления 4 и уменьшение объема углубления 5.

Вследствие идентичности сопел и чувствительных элементов в случае, если скорость движения жидкости W = 0, выполняется равенство t₀₁ = t₁₂ При движении жидкости со скоростью W интервал времени t₀₁ становится больше, чем t₁₂.

На вход пневмоэлектрического блока 12 с выхода 11 триггера 9 поступает сигнал Р₁₁, представляющий собой прямоугольные импульсы. Пневмоэлектрический блок 12 осуществляет измерение временных интервалов t₀₁ и t₁₂, ограниченных моментами t₀ и t₁ подачи газовой струи и моментами t₁ и t₂ достижения углублениями заданной формы при различных направлениях движения жидкости, и вычисление значения их суммы. Мерой вязкости η является сумма временных интервалов t₀₁ и t₁₂. Конструкция пневмоэлектрического блока предлагаемого устройства позволяет также осуществлять измерение скорости W движения жидкости. Мерой скорости W является разность t₁₂-t₀₁.

Значения η и W, полученные пневмоэлектрическим блоком 12, по фронту сигнала Р₁₁ записываются в память регистратора 14.

1. Способ измерения вязкости движущихся жидкостей, включающий воздействие струи газа, вытекающей из сопла, под заданными углами по течению и против течения, на поверхность жидкости, формирование углублений на поверхности жидкости, отличающийся тем, что измеряют временные интервалы, ограниченные моментами подачи газовой струи и моментами достижения углублениями заданной формы при различных направлениях движения жидкости, по сумме которых судят о вязкости.

2. Устройство для контроля вязкости жидкости по способу п.1, содержащее два сопла, расположенные над поверхностью контролируемой жидкости под одинаковыми углами по течению и против течения, чувствительный элемент, регистратор, пневмоэлектрический блок, отличающееся тем, что в устройство дополнительно включены второй чувствительный элемент, триггер с раздельными входами, при этом выход первого чувствительного элемента подключен к первому входу триггера, а выход второго - ко второму входу триггера, первый выход триггера соединен с входом первого сопла и входом пневмоэлектрического блока, второй выход триггера подключен к входу второго сопла, а выход пневмоэлектрического блока - к входу регистратора.