Устройство для измерения вязкости и плотности жидких сред

О П И С:АЕ,"И.Е ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 291275 (21) 2304555/18-10с присоединением заявки МВ(51)М. Кл,6 01 И 9/00 01 И 11/16 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(2) Авторы изобретения В.Н.Крутин, В.А.Лекае и В.И,Всщанкин Всесоюзный научно-исследовательский институт геофизических методов разведки(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИЕРЕКИЯ ВЯЗКОСТИ И ПЛОТНОСТИ ЖИДКИХ СРЕД Изобретение относится к приборамдля контроля физика-химических параметров жидких сред и предназначено,гля использования при геофизическихизмерениях, в химической, пищевой,нефтегазовой и других отраслях промышленности, где требуется непрерывный и автоматический контроль одновременно вязкости и плотности жидкихсред в потоке,Известен способ и аппаратура дляизмерения вязкости жидкости с одновременным измерением ее плотности,основанный на прохождении жидкостичерез измерительный капилляр и измерительную,циафрагму 1 . Недостатками этого способа являются трудности полной автоматизации измерений,невозможность применения в потоке жидкости.20Ближайшим по технической сущностик изобретению является устройстводля одновременного измерения сдвигавой вязкости и плотности, содержащееколебательный зонд, систему возбуждения и съема колебаний 2), В нем колебательный зонд представляет собойцилиндрический поплавок, помещаемыйв 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 вязкости. Таким образом, в известном устройстве совмещены одновременно принципы поплавкого плбтномера и ротационного вискоэиметра.Недостатками этого устройства являются трудность его применения в патоке исследуемой жидкости, низкая чувствительность к вязкости и невысокая точность из-за возможности дестабилизации положения поплавка в горизонтальной плоскости, возникновения прецессии и других параэитных видов колебаний.Цель ю и эобретения является снижение погрешности одновременного измерения плотности и вязкости и повышение чувствительности.Это достигается. выполнением колебательного зонда в виде полой спирали из упругого материала, концы которой подсоединены к подводящим среду трубопровоцам, а в средней части спирали установлены системы возбуждения и съема сигнала в виде измерителя декремента затухания свободных колеба 5 ний и измерителя собственной частоты колебаний зонда.На чертеже дан общий вид предлагаемого устройства, содержащего вибрационный 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 ляется зонд 1 в виде спирали, например, цилиндрической, Спираль может быть также плоской, конической, в виде двойного конуса и других конфигураций, Спираль-.зонд иэготавли 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 крутильные колебательные системы, демпфированные вязкой жидкостью. Колебания с деформациями скручивания создаются путем возбуждения поступательных колебаний вдоль оси зонда. Зонд, представляющий собой цилиндри ческую спираль, закреплен с двух концов, а возбуждающий 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 демпфированием, обусловленным 65 импедансом вязких крутильных волн.Измеряя указанные колебательные характеристики зонда, определяют вяз- .кость среды, помещенной внуть зонда,Вместе с тем измерение основнойсобственной или резонансной частотызонда, позволяет использовать егокак вибрационный плотномер,Работа предлагаемого устройствасоСтоит в следующем. Резонатор,-зонд1 в виде полой спирали, заполненныйиспытываемой средой и закрепленный наконцах массивными опорами 2, возбуждается с помощью преобразователя 3,который подключен к генератору возбуждения 4. Преобразователь 3 возбуждает колебания центрального виткаспирали параллельно ее оси, благодарячему возникают периодические во времени деформации всей спирали, причемамплитуда осевого смещения витковуменьшается по мере приближения витков к массивным опорам 2 и максимальна в центре спирали. Крутильные жедеформации, соответствующие низшейосновной ее резонансной частоте, имеют узел в центре спирали и пучностиоколо точек крепления, Таким образом,вдоль длины зонда укладывается половина стоячей крутильной волны. Частота резонанса может быть выбранаДостаточно низкой, чтобы обеспечитьнеобходимую точность измерения равновесной вязкости жидкости.Периодические крутильные деформации стенок пустотелой спирали приводят к возбуждению крутильных сдвиговых волн в вязкой жидкости, возникающих благодаря вязкому трению вжидкости. Присоединенный импедансвязких 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 зондов крутильных вибрационных вискоэиметрав, Вместе с тем измеритель колебательных характеристиксодержит и прибор для регистрации отклонения резонансной частоты зондаот исходной, которое определяетсяплотностью жидкости, заполняющей витки спирали.РФормула изобретения1. 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 спиралисудаам ива,/5 г.ужгород, ул.Проектная. ПП П л 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 экспертизе1. Патент ГДР М 68392,кл. 42 6 7/01 0804.68.2. Нос 1 дь.пф М,Б ВеазУ .М,Веч. Бе 1.3 пвг , 1971, 42, Р 10,1455-1457 (прототип),