Датчик вязкости жидкости

Датчик вязкости жидкости

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

<»>648883 (61) Дополнительное к авт. саид-ну (22) Заявлено 05.07.76 (21) 2379474/18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет

2 (511 М. Кл.

6 от и 11/00

Гввудврвтвенный ко1етвт ссса во делам нзобретеннй я етнрытнй

Опубликовано 25.02.79. Бюллетень № 7

11ата опубликования описания 25.02.79 (53) УДК

548.137 (088,8) Л. П. Грузнов, М. Я. Дроздов, И. Н. Журавлев, В. П. Карпычев, Ю.К.Кутьин и М.Л.Грузнов (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель

Ивановский научно- исследовательский институт хлопчато бумажной промышленности (54) ДАТЧИК ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к технике измерения вязкости жидкостей и касается датчиков, служащих для измерения вязкости жидких сред. Датчик может быть использован в составе технических средств автоматизированных систем управления технологическими процессами, Известен датчик для измерения и регулирования вязкости жидкости, в котором в качествЕ чувствительного элемента используют движущееся тело различной конфигурации, В таких вискозиметрах о вязкости контролируемой жидкости судят в установившемся режиме по величине угловой скорости вращения чувствительного элемента датчика в жидкости при постоянстве -.нергии, подвсдимой к приводу, или по величине энергии, необходимой для поддержания заданной угловой скорости вращения чувствительного элемента датчика в жидкости (1).

Известен ротационный вискозиметр, содержащий.подвижпый цилиндр, погруженный в исследуемую жидкость и установленный на валу двигателя постоянного тока с тахометром, резистор, включенный в цепь электродвигателя, источник стабилизированного напряжения, блок сравнения, соединенный с выходом тахогенератора. Он содержит также фазочузствительный усилитель, подключенный к выходу блока сравнения, реверсивный двигатель, ось которого связана со стрелкой измерительного прибсра, а выход — с выходом фазочувствительного усилителя, Цепь якоря электродвигателя постоянного тока подключена параллельно цепи из последовательно соединенных потенциометра и зашунтировапного резистором термистора, подключенных к источнику ста10 билизированного напряжения. Термистор погружен в исследуемую жидкость, а ось реверсивного электродвигателя механически связана с подвижным контактом потенциометра 12) .

Однако на точность измерения вязкости ис1З следуемой жидкости влияют погрешность стабплизаш и напряжения, питающего схему вискозиметра, изменение во времени характеристик используемого электродвигателя, погрешность при измерении угловой скорости вращения чувствительного элемента с помощью тахогенератора.

Известен также вискозиметр, содержащий электродвигатель, вал которого механически связан со входным валом электромагнитной муфты, 648883 на выходную ось которой надеты маховик, отметчик угла поворота и чувствительный элемент датчика, погруженный в исследуемую жидкость, программное реле времеви, перый выход которого соединен с электрическими входами электромагнитной муфты, а второй выход — со входом отметчика угла поворота. Измерение осуществляется в переходном режиме при отключении чувствительного элемента от электродвигателя f3). Однако и этот тип датчика не дает достаточной точности.

Целью изобретения является повышение точности измерения..

Это достигается тем, что в предложенный датчик введены одновибратор, вход которого подключен к выходу отметчика угла поворота, к первому входу группы выходных усилителей и к первому выходу датчика. Первый выход одновибратора подключен ко второму входу ключа прямого следования, второй выход — ко второму входу ключа следования с задержкой, первый выход которого соединен с первым входом ключа прямого следования и с выходом ключа схемы счета. Первый вход последнего соединен с выходом кварцевого генератора, а второй — с третьим выходом программного реле времени. Второй вход счетчика импульсов времени соединен с выходом ключа прямого следования с задержкой, а первый вход — со вторым выходом программного реле времени, а выходы счетчика соединены со вторыми входами группы выходных усилителей, выходы которой соединены с выходами датчика.

На фиг. 1 представлена структурная схема предложенного датчика; на фиг. 2 — временная диаграмма работы некоторых его элементов.

Датчик измерителя вязкости содержит программное реле времени 1, определяющее ритм выдачи информации датчиком, электродвигатель

2, разгоняющий вращающиеся детали датчика перед измерением до требуемой скорости, электромагнитную муфту 3, соединяюшую электродвигатель с вращающимися деталями датчика на время разгона, отметчик 4 угла поворота, выдающий импульс напряжения при каждом повороте своего ротора на заданный угол, маховик

5, запасающий требуемую энергию в процессе разгона. Датчик содержит также чувствительный элвмент 6, воспринимающий тормозящее действие исследуемой жидкости, зависящее от ее вязкости, кварцевый генератор 7, выдающий прямоугольный импульсы напряжения через lIocIoHH ные временные промежутки, ключ 8 схемы счета, пропускаюший импульсы кварцевого генератора

7 при поступлении разрешавшего потенциала с программного реле времени 1, одновибратор 9, управляющий ключами прямого следования 10 и следования с задержкой 11, Ключ 10 прямого

2О

ЗО

4О

55 следования пропускает импульсы кварцевого генератора 7 в то время, когда импульсы счетчика угла поворота 4 отсутствуют, ключ 11 следования с задержкой пропускает импульсы кварцевого генератора 7, возникающие одновременно с импульсами отметчика угла поворота 4.Линия 12 задержки задерживает импульсы кварцевого генератора 7 на время прохождения в датчике импульса отметчика 4 угла поворота, Счетчик 13 импульсов времени суммирует в процессе измерения импульсы кварцевого генератора 7. Группа выходных усилителей !4 выдает на выход датчика по команде импульса отметчика 4 угла поворота параллельный двоичный импульсный код времени очередного срабатывания отметчика 4 угла поворота.

Датчик измерителя вязкости работает следующим образом.

Срабатывание программного реле времени 1 происходит через постоянные промежутки времени Т, определяемые требуемой периодичностью измерения вязкости контролируемой жидкости.

В первой позиции этого реле напряжение с его первого выхода подается на электродвигатель 2 и электромагнитную муфту 3. При срабатывании электромагнитной муфты 3 ее входная ось, механически связанная с валом электродвигателя 2, подключается к выходной оси, связанной с маховиком 5, чувствительным элементом 6 и вращающимися деталями отметчика 4 угла поворота.

Вращаясь, ротор электродвигателя 2 разгоняет связанные с ним детали до необходимой угловой скорости. Это осуществляется за время разгона траэг (фиг. 2а), после чего программное реле времени 1 переходит во вторую позицию. При этом исчезает напряжение на его первом выходе, а со второго выходи выдается одиночный импульс.

При снятии напряжения с электромагнитной муфты 3 и электродвигателя 2 муфта раэьединя.т свои входную и выходную оси, а вал электродвигателя останавливается. Одиночный импульс со второго выхода программного реле времени 1 подается на первый вход счетчика 13 импульсов времени и переводит его в нулевое состояние.

Далее программное реле времени переходит в третью позицию, в которой на его третьем выходе появляется постоянное напряжение. Оно подается на электрический вход отметчика 4 угла поворота, как напряжение питания, и на второй вход ключа 8 схемы счета, как разрешающий потенциал. При наличии напряжения питания отметчик

4 угла поворота выдает импульсы напряжения малой длительности каждый раз, когда его ротор поворачивается на заданный угол. Этот импульс, во-первых, подается непосредственно на первый выход датчика измерителя вязкости, а,во-вторых, он поступаеХ на первый вход группы выходных усилителей 14, на вторую группу входов которых заведены управляющие потенциалы с соответствующих выходов счетчика 13 импульсов вре. мсни. На основе поступившего одиночного импульса на выходе группы выходных усилителей

14 формируется параллельный двоичный импульсный код времени выдачи очередного импульса отметчика 4 угла поворота, Этот код поступает на вторую группу выходов датчика измерителя вязкости. В-третьих, этот импульс подается на вход одновибратора 9, который управляет счетом импульсов времени, с его помощью задерживается счет импульсов кварцевого генератора 7 счетчиком 13 импульсов времени на время прохождения импульса отметчика угла поворота 4 через группу выходных усилителей 14.

Этим исключается воэможность считывания времени в момент переходных процессов в счетчике 13 импульсов времени, что может привести к ошибке в считывании времени.

Счет импульсов времени начинается с момента подачи разрешающего потенциала на второй вход ключа 8 схемы счета после перехода программного реле времени в третью позицию. В этом случае импульсы с выхода кварцевого генератора 7, поступая на первый вход ключа 8 схемы счета, проходят через него и далее подаются одновременно на первые входы ключей прямого следования 10 и следования с задержкой 11. При отсутствии импульса на выходе отметчнка 4 угла поворота одновибратор 9 находится в устойчивом состоянии, при котором с его выходов на вторые входы ключей прямого следования 10 и следования с задержкой 11 подаются соответственно разрешающий и запрещающий потенциалы. Импульс кварцевого генератора 7 проходит через ключ 10 прямого следования и поступает на второй вход счетчика 13 импульсов времени, увеличивая его содержимое на единицу. В моменты же появления импульса на выходе отметчика 4 угла поворота одновибратор 9 переходит в неустойчивое состояние. В этом случае на вторых входах ключей .10 и 11 имеются соответственно запрещающий и разрешающий потенциалы. Импульс кварцевого генератора 7 проходит через ключ следования с задержкой 11 и попадает на линию 12 задержки, в которой находится до тех пор, пока очередной импульс отметчика 4 угла поворота не покинет датчик. После этого одновибратор 9 возвращается в устойчивое состояние, а импульс с выхода линии задержки 12 поступает на второй вход счетчика 13 импульсов времени и суммируется им.

По окончании времени измерения 1изм программное реле времени 1 переходит в четвертую позицию. Напряжение на его третьем выходе исчезает. Поскольку при этом снимается напряжение питания с отметчика 4 угла поворота, он перестает выдавать импульсы напряжения. Импульсы же кварцевого генератора 7 не проходят через схему счета 8, так как на второй вход ее в этом режиме подается запрещающий потенциал.

В таком состоянии датчик измерителя вязкости находится до начала нового цикла измерения.

Принцип измерения вязкости с применением предложенного датп ка заключается в следующем.

При вращении чувствительного элемента датчика в контролируемой жидкости он испытьвает тормозящее воздействие, зависящее от вязкости жидкости. Поскольку во время измерения электродвигатель отключен от вращающихся деталей измерительной части датчика, угловая скорость их вращения, вследствие расхода энергии на преодоление тормозящего действия жидкости, снижается. Для некоторых жидкостей ее снижение с достаточной точностью характеризуется следующим дифференциальным уравнением;

Д д

dt

=-c6 M (1) где ю — угловая скорость вращения; а — ко зффициент снижения скорости, зависящий от вязкости контролируемой жидкости и подлежащий определению в процессе измерения.

Решение этого дифференциального уравнения имеет вид

И=Ы (1-8 ),(2) где ю — угловая скорость вращения в начале измерения.

На основании уравнения (2) можно оцределить угол р, на который поворачивается чувствительный элемент датчика за промежуток времени

4- :

Отметчик 4 утла поворо — à срабатывает каждый раз, когда чувствительный элемент датчика поворачивается на угол 4у. Следовательно, время t, и 1э„любых двух последовательных срабатываний отметчика связано соот юшением

Выражение (4) при малых значениях угла Й р может быть значительно упрощено при разложении кажцой его экспоненты в ряд, в котором

648883 можно учитывать лишь первые трч члена. Тогда после преобразования его можно привести к виду:

1 )о 2 2

21 11 (5) В выражении (5) неизвестны а и я о поэтому для оценки величины а необходимо, как минимум, измерить время трех последовательных срабатываний отметчика 4 угла поворота., Точность измерения можно значительно повысить, если измерить время большего числа срабатываний отметчика и использовать более сложный алгоритм вычисления величины а.

Полученное значение а позволяет далее рассчитать вязкость исследуемой жидкости и на основании градуировочной кривой ц=1(а). Характер градуировочной кривой зависит прежде всего от выбранной конструкции чувствительного элемента датчика и должен быть выявлен экспериментально.

Предложенный датчик измерителя вязкости позволяет значительно повысить точность измерения рассматриваемого параметра и обеспе пшает, в частности, требуемую точность контроля вязкости шлихты в клеевой коробке шлихтовательной машины. Это достигается за счет того, что в датчике не требуется стабилизации питания электродвигателя и его параметров, а так же за счет высокой точности измерения времени срабатывания отметчика угла поворота, оцениваемой микросекундами.

Повышение точности измерения вязкости позволяет включить его в состав АСУТП шлихтование и автоматизировать тем самым управление такими важными параметрами процесса шлпхтования, как вязкость шлихты в клеевом корыте машины, концентрация шлихты, величина истинного приклея основной пряжи. Автоматическое поддержание регламентированного режима шлихтования позволяет резко снизить обрывность основных нитей в ткачестве, а следовательно, повысить производительность труда и оборудования технологического процесса. Одновременно значительно улучшается качество вырабатываемых суровых т саней.

5 Формула изобретения

Датчик вязкостч жидкости, содержащий электродвигатель, вал которого механически связан со входным валом электромагнитной муфты, на выходную ось которой надеты маховик, отметчик угла поворота и чувствительный элемент датчика, погруженный в исследуемую жидкость, программное реле времени, первый выход которого соединен с электрическими входами электромагнитной муфты, а второй выход — со входом отметчика угла поворота, . отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены одновибратор, вход которого подключен к выходу отметчика угла поворота, к первому входу группы выходных усилителей и к первому выходу датчика, первый выход одновибратора подключен ко второму входу ключа прямого следования, второй выход — ко второму входу ключа следования с задержкой, первый вход которого соединен с первым входом ключа прямого следования и с выходом ключа схемы счета, первый вход которого соединен с выходом кварцевого генератора, а второй вход — с третьим выходом программного реле времени, и счетчик импульсов времени, второй вход которого соединен с выходом ключа прямого следования и через линию задержки — с выходом ключа следования с задержкой, первый вход счетчика импульсов — со вторым выходом программного реле времени, а выходы счетчика соединены со вторыми входами группы выходных усилителей, выходы которой соединены с выходами датчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. "Заводская лаборатория", 1965, N 2.

2, Авторское свидетельство СССР Р 500472, кл. G 01 N 11/00,.1975.

3. Журнал Всесоюзного химического общества . 1961, т.1У. Н 4, с.417.

648883

Составитель Е. Маллер

Техред М. Келемеш

Редактор Е. Кравцова

Заказ 546/41

Г !

I

1 ! ! .!

1

1 ! !

1 ! !

Корректор Л. Веселовскаа

Тираж 1089 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4