Ультразвуковой вискозиметр

- ": " ( л ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(51)М, Кл. с присоединением заявки МВ -С 01 Н 11/14 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийОпубликовано 2 511.7 9, Бюллетень Мо 4 3 Дата опубликования описания 25.11.7 9(54) УПЬТРАЯВУКОВО 6 .ВИСКОЗИМЕТР Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к устройствам для измерения реологическиххарактеристик жидких сред.Известны ультразвуковые приборыдля измерения внутреннего трейияв металлах и жидкостях, содержащиесоединенные последовательно возбудитель, измерительный преобразователь, линейный усилитель, детекторсравнивающее устройство, триггеризмерительное устройство 1),Из-за влияния температуры этиприборы имеют невысокую точностьизмерений,Наиболее близким к изобретениюпо своей технической сущности является ультразвуковой вискоэиметр,содержащий генератор импульсов,усилитель мощности, выход которогоподключен к измерительному преобразователю и входу предварительногоусилителя, соединенные последовательно оконечный усилитель, детектор-фильтр, сравнивающее устройство, триггер, измерительное устройство 2.Одако точность измерений известного выскознметра снижается изза дополнительного нагревания измеряемой жидкости, обусловленного,превращением энергии механическихколебаний преобразователя в тепло,При попытке ограничить величинунагрева путем уменьшения амплитудыколебаний преобразователя точностьизмерений начинает ухадшаться из-завлияния шумов усилителя,Это усугубляется тем, что начальная аплитуда колебаний преобразователя зависит от измеряемой вязкости (она уменьшается при увеличении вязкости),Явления эти ограничивают точностьизмерений и сужают динамический .диапазон измеряемых величин, чтоособенно проявляется при повышениичастоты колебаний преобразователя,ибо тепловыделение прямо пропорциоМнально кубу частоты,20Целью изобретения является расширение диапазона измерений и повышение их точности,Достигается это тем, что в составустройства дополнительно введенымодулятор и каскад с регулируемойполосой пропускаемых частот, входыуправления которых подключены квыходу измерительного устройства,второй вход и выход модулятора соединены соответственно с выходом,ив затухание свободныхколебаний датчика в жидкости,Для датчика по авт,сн, Р 204379+) (2)РР-%,+) 22 6 ( 45 где й и В - соответственно внешнййи внутреннйй радиусы резонатора датчика;плотность материала резонатора Ю: ги Е,2 С - длина резонатора;Орщ - плотность и вязкостьизмеряемой жидкости.Для никелевого резонатора с размерами 1 = 3 см В . - 0,5 см.,В = 0,4 см, частота колебаний Й = 25000 гц, Оо= 500, При этомв случае измерения воды ( А =0,01 пуаэ,рж= 1 г/см) Оя = 6750, Од 466, а в случае минеральногомаСлаф = 1,77 пуаз, р 0,905 г/см ) ( = 169, Ц - 126.Рассматриваемый нискозиметр работает с импульсно возбуждаемыми датчиками, Генератор 1 вырабатывает запускающие импульсы напряжения,50 65/генератора импульсов и входом усилителя мощности, а второй вход и выход каскада с, регулируемой полосойсоответственно с выходом предварительного усилителя и входом оконечного усилителя,5На чертеже представлена схемаультразнуконого вискозиметра,Предлагаемый вискозиметр содержит генератор импульсов 1, модулятор 2, Усилитель мощности 3, измерительный преобразователь 4, предварительный усилитель 5, каскад с регулируемой полосой б, оконечный уси;литель 7, детектор-фильтр 8, сравнивающее устройство 9, характеризующееся двумя уровнями сравнения,триггер 10 с раздельными входами,измерительное устройство 11,В вискозиметре могут быть исполь 5зонаны в качестве измерительного преобразователяя магн итострикционные датчики вязкости с крутильными колебаниями,представляющие собою колебательнуюсистему, добротность которой зависитот величины измеряемой вязкости, Собственная добротность О указанныхдатчиков равна, приблизительно 500.,При погружении в измеряемуюжидкость добротность датчика Оиэменяется в зависимости от величиныдобротности О ж, 30 Модулятор 2 усиливает этот сигнал в зависимости от величины напряжения обратной связи, поступающего с выхода измерительного устройства 11. Затем усипенные усилителем 3 импульсы поступают на измерительный преобразователь (датчик) 4 и на вход усилителя 5. Затухающее напряжение, снимаемое с датчика, усиливается н предварительном усилителе 5, проходит каскад с регулируемой полосой б и оконечный усилитель 7, Полоса частот, пропускаемых каскадом б, управляется цепью обратной связи с выхода измерительного устройства 1 Огибающая усиленного напРяжения, зависящая от затухания о=Я ХЦ, выделяется детектором-фильтром 8 и поступает на сравнивающее устройство 9 с двумя уровнями сравнения Е,и Ес, Импульсы, соответствующие уровням Е и Ес, поступают на входы триггера 10, длительность импулЬ- са ь 1 которого в первом приближении не зависит от измерений началь- ной амплитуды затухающего по экспоненте сигнаЛа датчика(3)где Ес ) ЕсВ измерительном устройстве 11производится вычисление измеряемойвеличины гк на основании известных(измеренных заранее) значений ОХ, 1, В, В Я, Е /Еси измеренной прибором величины ь. Напряжение обратной связи, снимаемое с устройства 11, пропорционально величинеО. При увеличении С),В происходитсужение полосы частот, пропускаемыхкаскадом 5, а коэффициент усиленияусилителя, содержащего каскады 5,6и 7, не меняется, В .этом случаепри уменьшении измеряемой вязкостиуменьшается действующее значениешумон усилителя, что способствуетсохранению точности прибора приуменьшении вязкости и, следовательно,позволяет расширить диапазон измеряемых величин в сторону их уменьшения при сохранении заданной точности,Недобходимость введения н схемумодулятора 2 обусловлена следующим.НачаЛьная" амплитуда колебаний резонатора датчика при постоянной амплитудевозбуждения зависит от величины измеряемой вязкости, Это связано с тем,что при погружении датчика в жидкость резонатор становится несимметричным, вследствие чЕго часть энергии колебаний рассеивается в системе крепления резонатора. В рассматриваемом диапазоне измерений Л 9 =126 - 466) амплитуда колебанийрезонатора отличается в 2-3 раза699399 Формула изобретения танитель Я, Плотниковаред С.Мигай рректор Т.Скворцов едактор Е, Гонч Подписное 47 1073ЦНИИ ПИ Госуд го комитета СССР.по делам ий и открытий13035, Москва аушская наб., д, 4 Тиражарс твен но изобретен Ж, Р Заказ 7214 Патент, г, Ужгород, ул, Проектная, 4 илиал в крайних точках диапазона (при увеличении вязкости амплитуда уменьшается), Величина минимальной амплитуды, допускаемая при больших вязкостях, должна выбираться, исходя иэ допускаемого перегрева жидкости, возникающего из-за превращения энергии механических колебаний н тепло, Величина этого перегрена должна быть значительно меньше точности стабилизации температуры н термостате, т,е, значительно меньше 0,02 - 0,1"С для лабораторных термостатовПри экспериментах выяснено, что в случае ультразвуковой частоты колебаний сравнительно трудно достичь 5 малого перегрева, ибо даже при такой небольшой амплитуде колебаний как 0,5-10 см наблюдается заметное теп-фловыделение, что подтверждается также и теоретическими расчетами,Увеличение амплитуды колебаний 20 в жидкостях с малой вязкостью приводит к ухудшению точности измерений из-за возрастания перегрева, что может быть устранено введением модулятора 2, обеспечивающего 25 уменьшение возбуждения датчика при возрастании величины О, Это также способствует расширению диапазона измеряемых величин и довышению точности измерений, 30Использование предлагаемого вискозиметра позволяет расширить диапазон измеряемых величин по крайней мере в 15 раэ, уменьшить величину температурной нестабильности изме ряемой жидкости на два порядка и довести их до сотых долей градуса, что позволяет вести технологический контроль вязкости малоподвижных(неперемешинаемых) жидкостей, в которых затруднен теплообмен. Ультразвуковой нискоэиметр, содержащий генератор импульсов, усилительмощности, выход которого подключенк измерительному преобразователюи входу предварительного усилителя,соединенные последовательно оконечный усилитель, детектор-фильтр, сравнивающее устройство, триггер, измерительное устройстно, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона измерений и понышенйя их точности, в него дополнительновведены модулятор и каскад с регулируемой полосой пропускаемых частот,входы управления которых подключенык выходу измерительного устройства,второй вход и выход модуляторасоединены соответственно с выходомгенератора импульсов и нходом усилителя мощности, а второй вход ивыход каскада с регулируемой полосойсоответственно с выходом преднарительного усилителя и входом оконечногоусилителя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Гинй 1 е 1 д Н,Ю. Аррага 1 цв акоггар 1 Й щеавигещепг. оЙ 1 п 1 егпа 1 йг 1 с 11 оп, Веч 1 еы ой Бе 1 епг 1 Г 1 с 1 пвги;щеп 1, 1950, Ч 21, 9 7, р, 612,2, Смирнов Ю,К Толоконников С,В,Ультразвуковой вискозиметр, сб, Ультразвуковая техника, 196 б, вып,1,