Устройство для измерения вязкости и плотности жидких сред

Устройство для измерения вязкости и плотности жидких сред

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И СА.-.Е,"И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик 7)1432

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 291275 (21) 2304555/18-10 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 2501,80, Бюллетень № 3

Дата опубликования описания 28.01.80 (51)М. Кл.

G 01 N 9/00

G 01 N 11/16

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК 539,218:539 ° .551(088,8) (?2) Авторы изобретения

В.Н.Крутин, В.A.Ëåêàå и B.È.Bñùàíêèè

Всесоюзный научно-исследовательский институт геофизических методов разведки (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗ11ЕРЕКИЯ

В ЯЗКОСТИ И ПЛОТНОСТИ

ЖИДКИХ СРЕД

Изобретение относится к приборам для контроля физико-химических параметров жидких сред и предназначено ,гля использования при геофизических измерениях, в химической, пищевой, нефтегазовой и других отраслях промышленности, где требуется непрерывный и автоматический контроль одновременно вязкости и плотности жидких сред в потоке.

Известен способ и аппаратура для измерения вязкости жидкости с одновременным измерением ее плотности, основанный на прохождении жидкости через измерительный капилляр и измерительную .циафрагму (1) . Недостатками этого способа являются трудности полной автоматизации измерений, невозможность применения в потоке жидкости.

Влижайшим по технической сущности к изобретению является устройство для одновременного измерения сдвигавой вязкости и плотности, содержащее колебательный зонд, систему возбуждения и съема колебаний (2), В нем колебательный зонд представляет собой цилиндрический поплавок, помещаемый в цилиндрический сосуд с жидкостью.

Его положение по вертикали автоматически регулируется управляемым электромагнитом, компенсирующим изменением плавучести поплавка из-за изменения плотности. Ток электромагнита используется,цля определения плотности испытываемой жидкости. Путем создания одновременно вращающегося магнитного поля поплавок приводится во вращение. Тормозящий момент, созданный вязким трением цилиндра о жидкость, служит мерой измеряемой вязк сти. Таким образом, в известном устройстве совмещены одновременно принципы поплавкого плбтномера и ротационного вискозиметра.

Недостатками этого устройства являются трудность е".о применения в потоке исследуемой жидкости, низкая чувствительность к вязкости и невысокая точность из-за возможности дестабилизации положения поплавка в горизонтальной плоскости, возникновения прецессии и других параэитных видов коле бани й.

Цель ю и эобретения является снижение погрешности одновременного измерения плотности и вязкости и повышение чувствительности.

Это достигается. выполнением колебательного зонда в виде полой спира711432 ли из упругого материала, концы которой подсоединены к подводящим среду трубопровоцам, а н средней части спирали установлены системы возбуждения и съема сигнала в виде измерителя декремента затухания свободных колеба5 ний и измерителя собственной частоты колебаний зонда.

На чертеже дан общий вид предлагаемого устройства, содержащего нибрационный зонд 1 в виде полой спирали, заполняемой жидкостью, массивные опоры 2, возбуждающий преобразователь 3, генератор 4 возбуждения, приемный преобразователь 5, измеритель 6 колебательных характеристик зонда. основным элементом устройства яв- 15 ляется зонд 1 в виде спирали, например, цилиндрической. Спираль может быть также плоской, конической, н виде двойного конуса и других конфигураций. Спираль-.зонд иэготавли- Щ вают из круглой пустотелой трубы, причем материал зонда должен обладать малыми механическими потерями на внутреннее трение и хорошими упругими характеристиками для повышения 25 собственной добротности зонда.

При заполнении зонда исследуемой жидкостью он демпфируется, и его добротность снижается. При осевых деформациях зонда 1 его витки испыты". вают деформацию кручения, что приводит к возникновению крутильных сдвиговых волн в жидкости. Импеданс этих вязких волн нагружает колебающийся вдоль оси зонд так же, как и крутиль ные колебательные системы, демпфирона нные вязкой жидкостью. Колебания с деформациями скручивания создаются путем возбуждения поступательных колебаний вдоль оси зонда.

Зонд, представляющий собой цилиндри- 40 ческую спираль, закреплен с двух концов, а BosEóæäàþùèé преобразователь 3 помещен в середине зонда.

Жесткие крепления представляют собой массивные опоры 2, на которых подвешен весь зонд.

При деформации скручивания витков оцновременно происходит изменение расстояния между соседними витками спирали, и жидкость, помещенная 50 внутрь спирали, при этом дополнительно совершает целиком поступательные колебания „В зависимости от плотности жидкости масса витка спирали изменяется. Меняется и основная резонансная частота спирали, а значит, и низшая ее собственная частота. Колебательные характеристики зонда, связанные с потерями колебательной энергии в процессе колебаний зонда, такие как логарифмический декремент 60 затухания свободных колебаний, добротность, амплитуда гармонических автоколебаний или ре эонансная амплитуда колебаний зонда, определяются вязким демпфиронанием, обусловленным g5 импедансом вязких крутильных волн.

Измеряя указанные колебательные характеристики зонда, определяют вяз- . кость среды, помещенной внуть зонда.

Вместе с тем измерение основной собственной или резонансной частоты зонда, позволяет использовать его как вибрационный плотномер.

Работа предлагаемого устройства состоит в следующем. Резонатор-зонд

1 в виде полой спирали, заполненный испытываемой средой и закрепленный на концах массивными опорами 2, возбуждается с помощью преобразователя 3, который подключен к генератору возбуждения 4. Преобразователь 3 возбуждает колебания центрального витка спирали параллельно ее оси, благодаря чему возникают периодические во времени деформации всей спирали, причем амплитуда осевого смещения витков уменьшается по мере приближения витКоВ к массивным опорам 2 и максимальна в центре спирали. Крутильные же деформации, соотв етств ующие ни зшей основной ее резонансной частоте, имеют узел в центре спирали и пучности около точек крепления. Таким образом, вдоль длины зонда укладывается полоsина стоячей крутильной волны. Частота резонанса может быть выбрана достаточно низкой, чтобы обеспечить необходимую точность измерения равновесной нязкости жидкости.

Периодические крутильные деформации стенок пустотелой спирали приводят к возбуждению крутильных сдвиговых волн н вязкой жидкости, возникающих благодаря вязкому трению в жидкости. Присоединенный импеданс вязких волн нагружает зонд-резона-. тор и изменяет его колебательные характеристики. Их изменение регистрируется с помощью измерителя колебательных характеристик б, пбдключенного к зонду через приемный преобразователь 5. Эти характеристики зависят от вязкости так же, как характеристики зондон крутильных вибрационных вискоэиметран. Вместе с тем измеритель колебательных характеристик содержит и прибор для регистрации отклонения резонансной частоты зонда от исходной, которое определяется плотностью жидкости, заполняющей витки спирали.

Р

Формула изобретения

1. Устройство для измерения вязкости и плотности жидких сред, содержащее колебательный зонд, систему возбуждения и съема колебаний, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и чувствительности одновременного измерения плотности и вязкости, колебательный зочд выполнен в виде полой спирали

711432

Составитель Н,Фомичев

Редактор Л.бибер Техред М.Петко Корректор Ю.Мак аренка, Эаказ 8999/29 Тираж 1019 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 из упругого материала и соединен своими концами последовательно с трубопроводом, а в средней части спирали установлены системы возбуждения и съема колебаний зонда.

2. Устройство по п. 1, о т л и н а ю щ е е с я тем, что система съема колебаний выполнена в.виде измерителя декремента затухания свободных колебаний и измерителя собственной частоты колебаний зонда.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент ГДР М 68392, кл. 42 6 7/01, 08 ° 04.68.

2. HodgincJ М.D,, BeatsУ .М, Rev. Sei.Jnstr, 1971, 42, Р 10, 1455-1457 (прототип).