Вискозиметр

Вискозиметр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистически"..

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

{iiI894475

-Ф ь

К АВТОРСКОМУ СВ ВТНЗЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 1205.80 (21) 2923086/18-25 с присоединением заявки N9 (2З) Приоритет—

Опубликовано 30.12.81. Бюллетень М 48

Дата опубликования описания 3012,81

РЦ К„з

G 01 и 11/10

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 532.137 (088. 8 ) В. Н. Прилепский;В. В.Самаркин, И.A.Ñîëîâüåâ (72) Авторы изобретения (54 ) ВискОЗиИВТР

Недостатком и такого устройства является то, что конструкция не позволяет производить автоматическое измерение вязкости в потоке жидкости вследствие ограниченного количества шариков, которые после измерения необходимо вручную извлекать из трубки. управление устройством и смена жидкости также производится вручную.

Это не позволяет использовать вискоэиметр в системах автоматического регулирования и определяет узкую область его применения °

Изобретение относится к приборостроению и может найти применение в химической н ряде других отраслей промышленности, Известен шариковый вискозиметр, содержащий шарик, подвешенный на нити к плечу стрелки, и рабочую емкость, заполненную измеряемой жидкостью.При работе вискозиметра затвором освобождается шарик и погружается в измеряемую жидкость, а на ленте самописца Фиксируются в виде всплесков моменты освобождения шарика и погружения его в жидкость на длину нити. Ilo расстоянию между всплесками >5 на диаграмме расчетным путем определяют динамическую вязкость, а шарик извлекается из жидкости при помощи нити (1).

Недостатком этого устройства яв- 20 ,ляется узкая область применения, обусловленная тем, что оно не может быть применено для автоматичес« кого измерения вследствие наличия ручных операций по освобождению шарика, извлечению его иэ жидкости и расчету вязкости по расстоянию между всплесками на диаграмме.

Известен также шариковый вискоэиметр, содержащий сосуд с измеряемой 30 жидкостью, устройство для выпуска шариков и датчики положения шариков в врубке, связанные с измерителем времени. При подаче команды один из шариков выпускается в контролируемуЮ жидкость. При прохождении шариком эоны датчика верхнего положения, последний включает через вспомогательные устройства измеритель време ни, который отивочается датчиком нижнего положения при прохождении шарика через зону его срабатывания.

0 величине вязкости (динамической) измеряемой жидкости судят по време" ни прохождения расстояния между датчиками положения 2 .

894475 питания воздухом, пятимембранный элемент сравнения, один вход которого соЕдинен через перекидные контакты тумблера с выходом повторителя и задатчиком давления, второй вход - с линией питания и входом перемейного дросселя, а третий вход - с выходом переменного дросселя и двумя крайними камерами, пневмоемкость, соединенную с соплом пятимембранного элемента сравнения, мембранный клапан, вход которого соединен с соплом пятимембранього элемента сравнения, а выход — с атмосферой, электропневмопреобразователь, вход которого соединен с выходом управляющего устрой- ства, а выход - с управляющей каме- рой мембранного клапана, и устройство считывания, включающее повторитель, вход которого соединен с пневмоемкостью, и схему задержки на такт, причем управляющие входы устройства считывания соединены с выходом электропневмопреобразователя.

Такое конструктивное выполнение

I вискозиметра позволяет расширить об ласть его применения, так как введение в устройство пьезометрической трубки, повторителя, элемента cpasнения, пневмоемкости ламинарного дросселя тумблера и задатчика позволяет при определенном положении тумблера изменять в зависимости от плотности жидкости скорость нарастания давления в пневмоемкости. При этом исключается влияние плотности на показания вискозиметра, определяемые величиной давления в пневмоемкости в моменты достижения шариком верхнеI го положения, т ° е. осуществляется измерение динамической вязкости. При втором положении тумблера показания вискозиметра зависят от плотностй и измеряется кинематическая вязкость, Таким образом, вискозиметр может измерять как кинематическую, так и ди" намическую вязкость, что расширяет область его применения.

На чертеже представлена схема вискозиметра.

Устройство содержит сосуд 1, в который помещен всплывающий шарик 2, управляющее устройство 3, входы которого соединены с датчиками нижнего

4 и верхнего 5 уровней жидкости в сосуде 1 и датчиком б верхнего положения чувствительного элемента (шарика), а выходы - с клапаном 7 snyqка жидкости, расположенным на линии подачи жидкости в сосуд 1, клапаном

8 выпуска жидкости, расположенным на линии слива, и с установленным в нижней части сосуда 1 устройством 9 удержания шарика в нижнем положении, пьезометрическую трубку 10, погружен.ную на определенную глубину в сосуд

1, соединенную с блоком 11 питания

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является вискозиметр, содержащий сосуд, всплывающий чувствительный элемент, размещенный в сосуде, линии подачи и слива жидкости из сосуда, в которых установлены управляемые запорные клапаны, датчи; йМ верхнего и нижнего уровней жидкости в сосуде, датчики верхнего положения всплывающего чувствительного щ0 элемента, устройство удерживания всплывающего чувствительного элемента в нижнем положении и управляющее устройство, входы которого соединены с датчиками верхнего и нижнего уровней жидкости и датчиком

15 верхнего положения всплывающего чувствительного элемента, а выходы с управляемыми залорными клапанами и устройством удер;кивания всплываю щего чувствительного элемента в 20 нижнем положении ГЗЭ .

Однако так как выталкивающая, сила, действующая на шарик при его всплытии, пропорциональна плотности измеряемой жидкости, время всплытия; $$ шарика обратно пропорционально плот ности, т. е. вискозиметр измеряет кинематическую вязкость, равную динамичес кой вязкости, деленной на плотность.

Невозможность исключить влияние плот- 30 ности на результаты измерения не позволяет измерять динамическую вязкость, чаще используемую при управлении технологическими процессами, и определяет узкую область применения устройства.

Цель изобретения - повышение точ.ности измерения кинематической и динамической вязкости путем исключения влияния плотности жидкости на показания вискозиметра.

Указанная цель достигается тем, что в вискозиметр, содержащий сосуд, всплывающий чувствительный элемент„ размещенный в сосуде, линии подачи и слива жидкости из сосуда в которых установлены управляемые запорные клапаны, датчики верхнего и нижнего уровней жидкости в сосуде, датчик верхнего положения всплывающего чувствительного элемента, устройст- щ во удерживания вплывающего чувстви.тельного элемента в нижнем положе.нии и управляющее устройство, входы которого соединены с датчиками верхнего и нижнего уровней жидкости и датчиком верхнего положения всплывающего чувствительного элемента, а выходы - с управляемыми запорными клапанами и устройством удерживания, всплывающего чувствительного элемен та в нижнем положении дополнительно введены пьезометрическая трубка, установленная в сосуде и соединенная с блоком питания воздухом, повторитель, вход котоРого соединен с пьезометрической трубкой и блоком 65

894475 и входом повторителя 12, элемент 1 сравнения, один вход которого соединен через перекидные контакты тумблера 14 с выходом повторителя 12 и задатчиком 15, второй вход — со входом переменного дросселя 16, третий вход - с выходом дросселя 16 и крайними камерами, а сопло — с пневмоемкостью 17, входом клапана 18.

Устройство 19 считывания содержит повторитель 20, вход которого соединен с пневмоемкостью 17, а выход через нормально открытый клапан 21 со входом повторителя 22. Выход повторителя 22 связан через нормально закрытый клапан 23 со входом повторителя 24, выходной сигнал которого является выходным сигналом вискозиметра. Управляющие камеры клапанов 18, 21 и 23 соединены через электропневмопреобразователь 25 с выходом управляющего устройства 3,. 20

Вискозиметр работает следующим образом.

При отсутствии в трубке 10 измеряемой жидкости срабатывает датчик

4 нижнего уровня жидкости, который 25 через управляющее устройство 3 закрывает клапан 8 выпуска жидкости, открывает клапан 7 впуска жидкости и включает электромагнит 9, удерживающий шарик 2 в нижнем положении, и жидкость начинает поступать в сосуд 1. При достижении верхнего уровня жидкости срабатывает датчик 5 верхнего уровня и управляющее устройство 3 закрывает клапан 7 впуска жид- З5 кости, .отключает электромагнит 9,закрывает пневмокланан 18 и открывает клапан 21, шарик 2 начинает всплывать под действием выталкивающей силы жидкости, а в пьезометрической трубке 10 устанавливается 40 давление пропорциональное плотности жидкости. При этом в случае измерения динамической вязкости (тумблер

14 в положении A) давление в пьезометрической трубке 10 отслеживается 45 повторителем 12 и через тумблер 14 подается на вход элемента 13 сравнения, . Причем мембранный блок элемента 13 сравнения устанавливается в такое положение, при котором пере- 50 пад давления на дросселе 15 будет равен давлению в пьезометрической трубке 10, т.е. пропорционален плот» ности измеряемой жидкости. Пневмоемкость 17 начинает заполняться через переменный дроссель 16 и сопло эле55 мента 13 сравнения со скоростью про порциональной перепаду на дросселе

16, равному давлению в пьезометрической трубке 10, а следовательно, пропорциональной плотности жидкости. бО

Давление в пневмоемкости 17 повторяется повторителем 20 устройства

19 считывания и через открытый клапан 21 поступает на вход повторителя 22. При достижении шариком 2 верх- С5 него положения чувствительного элемента, который через управляющее устройство 3 открывает клапан 8 выпускк а жидкости, з акрыв ает кл an ан

21 и открывает клапаны 18 и 23. При этом в глухой камере повторителя 22 запоминается давление, равное давлению в пневмоемкости в момент срабатывания датчика Ь, которое через открывшийся клапан 23 и повторитель ,24 поступает на выход вискозиметра.

Движущей силой F, действующейГ на ш арик во время всплытия, является ф 1 выталкивающая сила, которая может быть определена по уравнению

FhS Ъ ч (1) где Ч - объем шарика;

Я вЂ” плотность жидкости;

Я вЂ” ускорение свободного падения.

П Ротиводействующая сила сопротивления F< определяется по формуле Стокса

Рс= 6УК (2) где R — радиус шарика;

S — - перемещение шарика (расстояние между нижним и верхним положением шарика)1 время перемещения шарика, т.е. время его всплытия) (к*- динамическая вязкость.

Согласно принципу Даламбера F B

= FCr решая совместно уравнения (1)(3), получаем выражения для времени всплытия шарика — — К ф, (4)

6Л"вз Ф удач у где коэффициент пропорциональности

6УВЯ

К„ =, Ny. — кинематическая вязш Ч кость.

Величина сигнала вискозиметра Р ь)к

> равная давлению в пневмоемкости Р в момент времени t, т.е. в момент достижения шариком верхнего положения и в момент считывания, определяется по уравнению

P Büiê (r) где G - расход воздуха через ламинарный дроссельу

Ч вЂ” объем пневмоемкости)

t - время всплытия шарика.

Расход воздуха через линейный ламинарный дроссель определяется по уравнению

G = К*ЬР, (6) где Кд - коэффициент пропорциональности, определяемый параметрами дросселя;

BP — перепад давления на дросселе.

Перепад на дросселе равен давлению в пьезометрической трубке, т.е. дР=НУд, (7) где Н вЂ” глубина поГРужениЯ тРубки в жидксбт )

Р плОтнОсть жидкбсти °

894475

После подстановки (4), (6), (7) в (5) получаем

67JRSHK+ „ где К - коэффициент пропорциональности.

Иэ выражения (8) следует, что величина выходного сигнала не зависит от плотности жидкости и пропорциональна динамической вязкости.

При необходимости измерения кинематической вязкости необходимо пере) хлючать тумблер 14 в положение Б.При этом на вход элемента 13 сравнения через тумблер 14 поступает постоянное давление от задатчика 15, на дросселе 16 устанавливается перепад, равный давлению но время всплытия шарика 2, давление Р в пневмоемкости

17 нарастает с постоянной, не зависящей от плотности, скоростью, à s момент достижения шариком верхнего положения оно, а следовательно, и выходной сигнал Р > пропорционально времени всплытия шарика t (согласяо

5), а следовательно, и кинематической вязкости ф» (согласно 4) °

Таким образом, предлагаемое устройство имеет более широкую область применения, так как поэноляет измерять не только кинематическую, но и

1 цияамическую вязкость, н то время как изнестный вискозиметр позволяет измерять только кинематическую вязкость. Предлагаемый нискознметр можно испольэовать н производстве хлора и каустнка по ртутному методу для измерения вязкости серной кислоты, циркулирующей в сушильных колоннах.

Формула изобретения

Вискозиметр, содержащий сосуд, всплывающий чувствительный элемент, размещенный н сосуде, линии подачи и слива жидкости иэ сосуда, н которых установлены управляемые эапорные клапаны, датчики верхнего и нижнего уровней жидкости в сосуде, датчик верхнего положения. всплывающего чувствительного элемента, устройство удерживания всплывающего чувстни тельного элемент а в нижнем пол ожеяии и управляющее устройство, нходы которого соединены с датчиками верхнего и нижнего уровней жидкости и датчиком верхнего положения всплывающего чувствительного элемента, а выходы — с управляемыми запорными клапанами и устройством удерживания всплывающего чувствительного элемента в нижнем положении, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения кинематической и динамической вязкости путем исключения влияния плотности жидкости на показания вискозиметра, в него дополнительно введены пье 5 зометрическая трубка, установленная в сосуде и соединенная с блоком питания воздухом, повторитель, вход которого соединен с пьезометрической трубкой и блоком питания возду2О хом, пятимембранный элемент сравнения, один вход которого соединен через перекидные контакты тумблера с выходом повторителя и задатчиком давления, второй вход — с линией питания и входом переменного дросселя, а третий вход - с выходом переменного дросселя и двумя крайними камерами, пневмоемкость, соединенную с соплом пятимембранного элемента сравнения, мембранный клапан, вход которого соединен с соплом пятимембранного элемента сравнения, а выход — с атмосферой, злектропяенмопреобразователь, нход которого соединен с выходом упранляющего устройства, а выход — с управляющей камерой мембранного клапана, и устройство считывания, включающее повторитель, вход которого соединен с пневмоемкостью, и схему задержки на такт, причем управляющие

40 входы устройства считывания соединены с выходом электропневмопреобраэователя.

Источники информации, 45 принятые но внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР .9 579564, кл. С 01 N 11/10, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 362229, кл. G 01 И 11/10, 1969 °

50 3. Авторское свидетельство СССР л

Р 669269, кл. G Ol N ll/10, 1975 (прототип).

1

Составитель Э. Скорняков

Редактор Н . Безродная Техред М. Надь Корректор С. Шекмар

Заказ 11471/67 Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ 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