Устройство для определения реологических характеристик жидкости в потоке

Устройство для определения реологических характеристик жидкости в потоке

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

С©юЗ Советскмх

Социалистических

Расяублин

О И Н И Е 655933

ИЗОБРЕТЕН ИЯ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 07.12.76(21) 2427199/18-25 (51) М. Кл. с присоединением заявки № (23) Приоритет

G 01 N 11/16

Госудорствеиный комитет

СССР оо делам изооретеиий и открытий

Опубликовано 05. 04.79.Бюллетень №13

Дата опубликовании описания 08.04.79 (53) УДК 532. 137 (088. 8) M. С. Катков, В. Ф. Буралкин, Л, Б. Богатин, E М. Баранова

А. А. Дунец, В. М. Постников и О. A. Станиславский (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ЖИДКОСТИ В ПОТОКЕ

Изобретение относится к технике измерений вязкоупругих свойств жидких сред и может быть использовано как первичный преобразователь информации о ходе технологических процессов производства различных веществ, например, в системах стабилизации требуемого состава многокомпонентных смесей по их вязкоупругим свойствам либо в системах автоматического управления дозировкой по требуемому закону в условиях нормальной аксплуатации.

Известны измерительные преобразователи для непрерывного контроля вязкоупругих свойств жидких сред, например устройство (1), содержащее корпус в ви де участка цилиндрического трубопровода, коаксиально установленного чувствитель» ного алемента в виде тонкостенной трубки, связанной через пружины постоянной жесткости с корпусом, внутри которой расположен соосный с ней цилиндрический вкладыш, жестко прикрепленный к корпусу. Чувствительный элемент имеет вставку из магнитопроводяшего материала для взаимодействия с катушками дифференциального трансформатора. При движении жидкости в проточной камере чувствительный алемент перемещается в сторону движения жидкости за счет сил сопротивления, возникающих на его боковой поверхности. Перемещение чувствительного элемента с магнитной вставкой вызывает изменение сигнала на выходе дифференциального трансформатора, которое несет информацию о вязкоупругих свойствах жидкости.

Недостатком известного вискозиметра является пассивное сравнение сил сопротивления, обусловленных физико-механическим свойствами жидкости, с упругими силами пружин, на которых закреплен чувствительный элемент.

В ходе технологического процесса, критерием управления которым является вя кость синтезируемого продукта, происходит изменение гидравлического напора, обусловленное, например, изменением про655933 иэводительности насоса, что приводит к изменению сигнала дифференциального трансформатора даже при неизменных вязкоупругих свойствах вещества. Все ето снижает точность измерений, требует 5 сложной вторичной обработки выходного сигнала измерительного устройства.

Известно устройство j2f для определения реологических характеристик, в котором подвижный элемент. снабжен изме- 6 рительными и компенсирующими устрой- . ствами, измеряющими необходимые координаты и обеспечива1ошими стабилизацию частотных свойств устройства при изменении реологических характеристик вешест- l ва в течение всего времени измерения, обуславливая тем самым высокую точ ность и широкий диапазон измерений вяз- коупругих свойств исследуемых веществ в стационарных условиях. 20

Устройство не обеспечивает измерения . реологических характеристик жидкости в потоке, в условиях нестационарности ее движения.

Ближайшим техническим решением к 25 предложенному является устройство для определения реологических характеристик жидкости в потоке j3), содержащее корпус, включающий входную и выходную камеры, шток с "укрепленной на нем насад- Зо кой, расположенный коаксиально с ней ци-линдрический чувствительный элемент с кольцеобразным зазором между ними, привод, преобразователи силы относительного перемещения и скорости перемещения, обратные преобразователи вязкости и модуля упругости, соединенные с усилительнопреобраэовательными, исполнительными и регистрирующими блоками каналов модуля упругости и вязкости. ,Щ

Недостатками известного вискозиметра являются невысокая точность и узкий диапазон измерений реологических характеристик жидкости в цотоке, обусловленные отсутствием компенсирующих устройств, обеспечивающих не только точность и широкий диапазон измерений реологических характеристик вещества, но ликвидирующих влияние гидравлического напора исследуемой жидкости.

Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерений рео» логических характеристик жидкости в потоке.

Указанная цель достигается тем, что в известное устройство дополнительно введены компенсатор гидравлического напора, блок управления и нуль-орган.

При этом компенсатор гидравлического напора выполнен в виде якоря с катушкой, жестко связанного с цилиндрическим чувствительным элементом, и статора, закрепленного на корпусе, а блок управления в виде интегратора. Вход нуль-органа связан с преобразователем силы, а выход подключен ко входу блока управления, выход которого соединен с катушкой якоря компенсатора гидравлического напора.

Обратные преобразователи вязкости и модуля упругости выполнены каждый в виде общего якоря с расположенными на нем катушкой обратного преобразователя вязкости и катушкой обратного преобразователя модуля упругости, а статоры жестко связаны с корпусом устройства.

На чертеже представлена схема предложенного устройства для определения реологических характеристик жидкости в потоке, содержащего цилиндрический чувствительный элемент 1, связанный с входной камерой 2 упругим элементом 3, а с выходной камерой 4 - упругим элементом

5. Камера 2 имеет входной патрубок 6 и крышку 7, камера 4-выходной патрубок

8 и крышку 9, которая механически соединена с корпусом 10. На крышке укреплен привод 11, связанный через кулисный механизм 12 со штоком 13, имею шим насадку 14. Один конец штока связан с крышкой 9 через упругую диафрат му 15, а другой конец - с крышкой 7 через упругую диафрагму 16. цилиндрический чувствительный элемент 1 и насадка 14 расположены коаксиально с кольцеобразным зазором между ними.

На чувствительном элементе 1 укреп лены: шторка 17 преобразователя силы, представляющего собой фотоэлектрическую пару, содержащую фотодиоды 18 и электрические лампочки 19, закрепленные на корпусе 10 устройства; шторка

20 преобразователя относительно перемещения элемента 1, представляющего собой фотоэлектрическую пару, содержащую фотодиоды 21 и электрические лампочки

22, укрепленные на скобе 23. Одним концом скоба связана со штоком 13, а на другом конце ее укреплен статор 24 преобразователя скорости относительного перемещения чувствительного элемента 1.

На чувствительном элементе установлены также якорь 25 с катушкой 26 обратного ферродинамического преобразователя модуля упругости, статор 27 с катушкой 28 которого укреплен на кольце

5 655933

3 о

Выход фотоднодов 21 преобразователя, измеряющего величину перемещения чувствительного элемента 1 относительно насадки 14, электрически связан со входом усилителя 38, первый выход которого связан с первым входом формирователя 39 сигнала модуля упругости, представляющего собой множительное устройство, а второй выход - со входом катушки 26 якоря 25 обратного преобразова» теля модуля упругости. Выход фотодиодов

18 преобразователя силы, измеряющего величину перемещения цилиндрического чувствительного элемента 1, пропорционального силе сопротивления, обусловленной вязкоупругими свойствами вещества, электрически связан со входом усилителя

40, первый выход которого связан со вто- © рым входом формирователя 39 сигнала модуля упругости, выход которого через фильтруюший блок 41 связан с интегрирующим исполнительным блоком 42 канала модуля упругости. Второй выход уси лителя 40 связан со вторым входом формирователя 43 сигнала вязкости, представляющего собой множительное устройство, первый вход которого через усиля» тель 44 связан с катушкой 34 преобра о зователя скорости, измеряющего скорость перемешения елемента 1 . относительно насадки 14. Выход формирователя 43 чеЙеформация вешества вызовет колебания чувствительного элемента 1 с той же частотой, но иной амплитудой и фазой, определяемыми вязкоупругими свойствами исследуемого вешества. При отсутствии перепада давлений на патрубках 6 и 8, т.е. при отсутствии течения жидкости, колебания чувствительного елемента 1 симметричны относительно нулевого положения атого алемента 1, т.е. положения его при неподвижном штоке 13. При атом с выхода фотодиодов 18 преобразо вателя силы, фотодиодов 2 1 преобразователя относительного перемещения алеман та 1 и обмотки катушки 34 преобразователя скорости на входы усилителей 40, 38, 44 будут поступать синусоидальные колебания беэ постоянной составляющей.

С первого и второго выходов усилителя

40 сигналы, пропорциональные силе, воздействуюшей на чувствительный элемент, поступят на первые входы формирователи

39 и 43, на вторые. входы которых по29, жестко связанном с корпусом 10 устройства, и катушкой 30 ферродинамического обратного преобразователя вязкости, статор 31 с катушкой 32 которо го также укреплен на кольце 29; якорь

33 с катушкой 34 преобразователя скорости относительного перемещения элемента 1; якорь 35 с катушкой 36 компенсатора гидравлического напора, статор

37 которого укреплен на корпусе 10 устройства. реэ фильтруюший блок 45 связан с интегрирующим исполнительным блоком 46 канала вязкости. Второй выход усилителя

44 связан со входом катушки 30 обратного преобразователя вязкости. Первый выход исполнительного блока 42 канала модуля упругости связан со входом ка« тушки 28 обратного преобразователя модуля упругости, обеспечивая постоянное магнитное поле его статора, пропорциональное величине модуля упругости исследуемого вещества, а второй выход исполнительного блока 42 связан со входом регистрирующего блока 47 модуля упругости. Первый выход исполнительного блока 46 канала вязкости связан с входом катушки 32 обратного преобразователя вязкости, обеспечивая постоянное магнитное поле его статора, пропорциональное величине вязкости исследуемого ве шества, а второй выход исполнительного блока 46 связан со входом регистрируюшего блока 48 вязкости. Вход нуль органа 49, выделяюшего постоянную cocraa» ляюшую выходного сигнала преобразователя силы, характеризующую величину и знак отклонения чувствительного элемента 1 относительно исходного (нулевого) положения,,обусловленного гидравлическими напорами исследуемой жидкости, связан с выходом усилители 50, вход которого подключен к выходу фотодиодов

18 преобразователя силы. Выход нуль-органа 49 связан со входом блока управления 51 канала компенсации гидравлического напора, представляющего собой интегрирующее устройство, выходом связанное с катушками 36 компенсатора гидравлического напора.

Устройство работает следующим обрезом.

Включение привода 11 вызывает возвратно-поступательное движение штока

13 и вместе с ним насадки 14 с определенной частотой и фиксированной амплитудой. Колебания насадки 14 приводят к деформации исследуемого вашества в кольцевом зазоре, "образованном внешней поверхностью насадки 14 и внутренней поверхностью цилиндрического чувствительного алемента 1. дается напряжение, пропорциональное перемещению, с усилителя 38 и напряжение, пропорциональное скорости перемещения, с усилителя 44. Благодаря этому выделяется сигнал, пропорциональный упругости, и сигнал, отстающий на Й/2, т.е. сигнал, пропорциональный вязкости.

Следовательно, разделяются активная и реактивная составляющие комплексного модуля. rÎ

Сигналы, пропорциональные модулю упругости и вязкости, поступают на фильтруюшие блоки 41, 45 и далее в интегрирующие исполнительные блоки 42 и 46 и по катушкам 28 и 32 обратных преобразователей пойдет ток.

Так как на катушки 26 и 30 обратных преобразователей подаются синусоидальные токи, пропорциональные перемещению и скорости соответственно, то в результате взаимодействия магнитных потоков, обусловленных токами в неподвижных катушках 28 и 32, и синусоидальных токов в катушках 26 и 30 обратных преобразователей, возникнут силы, направленные навстречу измеряемым силам, пропорцйональным модулю упругости и вязкости исследуемого вещества. Ток в неподвижных катушках обратных преобразователей будет изменяться до тех пор, пока си- Зц лы, воздействующие со стороны исследуемого вещества, не будут уравновешены электромагнитными силами обратных преобразователей. Таким образом, по величине тока в катушках обратных преобразо вателей можно судить об упругости и вязкости исследуемого вещества. Эти значения токов регистрируются в блоках 47 и, 48 соответственно. Пока сигнал с фотодиодов 18 преобразователя силы не имеет постоянной составляющей, сигнал на выходе усилителя 50 будет симметричным и сигнал на выходе нуль-органа 49 будет равен нулю, что обусловит отсут ствие тока в катушке 36 компенсатора гидравлического напора.

Появление разности давлений на патрубках 6, 8 приведет в движение иссле дуемую жидкость, чувствительный элемент 5О

1 смесится, причем величина смешения зависит и or свойств жидкости, и от величины перепада давлений.

Врезультате,,помимо периодической составляющей, на выходе фотодиодов 18 и 21 преобразователей силы и относительного перемещения элемента 1 и, следовательно, на выходе усилителя 50 появит.ся постоянная составляющая, которая приведет к возникновению ошибок при измерении вязкой и упругой компонент комплексного модуля. В нуль-органе 49 выделяется эта постоянная составляющая сигнала и после усиления в блоке управления 51 она поступает в катушку 36 компенсатора гидравлического напора. Взаимодействие тока в катушке 36 и постоянного магнитного поля в воздушном зазоре статора 37 создает электромагнитную силу, действующую на чувствительный элемент 1 и направленную навстречу силе гидравлического напора. Ток будет изменяться дс тех пор, пока силы не скомпенсирук т друг друга. Сумма сил, приводящих к смещению цилиндрического чувствительного элемента 1, будет равна нулю в течение всего времени работы устройства, что обеспечит высокую точность и широкий диапазон измерений вязкости и модуля упругости исследуемого вещества в потоке.

Использование предложенного устройства в контрольно-измерительных системах стационарных. заправочных станций летательных аппаратов позволит значительно повысить точность бортовых топливо-измерительных систем за счет введенич дополнительной информации о реологических характеристиках топлив. Это обеспечит не только экономию горючего в процессе полета, но и повысит полезную нагрузку летательного аппарата, увеличив тем самым экономическую эффективность полета.

Формула изобретения

Устройство для определения реологических характеристик жидкости в потоке, содержащее корпус, включающий входную и выходную камеры, шток с укрепленной на нем насадкой, расположенный коаксиально с ней цилиндрический чувствительный элемент с кольцеобраэным зазором между ними, привод преобразователи силы, относительного перемещения и скорости перемещения, обратные преобразователи вязкости и модуля упругости, соединенные с усилительно-преобразовательными, исполнительными и регистрируюшимй блоками каналов модуля упругости и вязкости, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерений, в него дополнительно введены компенсатор гидравлического напора, блок управления и нуль9 65 орган, причем компенсатор гидравличес» кого напора выполнен в виде якоря с катушкой, жестко связанного с пилиндрическим чувствительным элементом, и статора, закрепленного на корпусе, а блок управления выполнен в виде интегратора, при этом вход нуль органа связан с преобразователем силы, а выход подключен ко входу блока управления, выход которого соединен с катушкой якоря компенсатора гидравлического напора, а обратные преобразователи вязкости и модуля упругости выполнены каждый в виде обшего

5933 якоря с расположенными на ь.ем катушкой обратного преобразователя вязкости и катушкой обратного преобразователя модуля упругости, а статоры жестко" связаны с корпусом устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 392378, кл. Я 01 М 11/00, 1971.

10 2. Заявка ¹ 2311998/25, 29.07.76, 3. Патент Вештобритании ¹ 1227737, кл. G 01 И 11/10, 1971.

Редакгор Т. Орловская

Составитель H. Плотникова

Техред 3, Фанта Корректор Е. Папп.

Заказ 1502/32 Тираж 1089 Подписное

Е1НИИПИ Гасударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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