Ультраакустический вискозиметр

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 2 30178 (21) 2 5724 41/18-2 5с присоединением заявки Мо(51)М, Кд,2 С 01 Б 11/10 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения В. Г. Парамонов, Е. П. Тетерин и Н. Д. Чекунова Всесоюзный заочный машиностроительный институт(54 ) УЛЬТРААКУСТИЧЕСКИИ ВИСКОЗИМЕТР Изобретение относится к области Физико-химических измерений и может быть использовано в химической и других отраслях промышленности, где необходимо знание вязкости жидкостей и смесей.В физико-химических измерениях используются вискозиметры для жнцких сред 1), состоящие из штатива и трубки, с помещенным в нее стальным 10 шариком, на трубке при помощи хомутов укреплены на определенном расстоянии друг от друга ультразвуковые датчики и регистрационной схемы. Определение вязкости основано на изме рении скорости падения тарированного шарика в жидкости по времени падения на известном фиксированном расстоянии. Однако произвольный выбор фиксируемого расстояния беэ учета уско ренного падения шарика на начальном участке траектории и конечные размеры датчиков, регистрирующих начало и конец прохождения фиксирсванного пути, существенно снижают точность оп ределения вязкости.Известно устройство измерения вязкости жидкостей 2), включающее измерительную камеру с исследуемой жид-, костью, помещенный в нее поршень, пь 30 эопреобраэователь, генератор высокой частоты, приемник, состоящий из усилителя и детектс,ра, и частотомер.Недостатком этого устройства является то, что необходимо отдельно измерять время падения поршня с и отдельно подсчитыват число импульсов п, соответствующих максимумам стоячей волны ультразвукового сигнала, распространяющегося по траектории движения поршня, и вычислять по формуле скорость падения поршня Где С - скорость ультразвука;и - чи зло импульсов;Е - частота генератора непрерыв 0ных колебаний;Ч: - время падения поршня, соответствующее числу импульсов и.,В связи с этим возникают ошибки измерения за счет ускоренного падения поршня на начальном участке траектории, т. к, выбираот для измерения произвольный участок кваэиравнэмерного падения поршня без всякого контроля, а также существенным недостаткомявляется ограничение точности измерения. скорости падения за счет подсчета расстояний кратных А/2 на один импульс.С целью понышения точности, чувствительности, сокращения времени измерения за счет использования эффекта Доплера, в ультраакустический вискозиметр введены коммутатор, модулятор, смеситель, усилитель промежуточной частоты, Фильтр доплеронских частот, усилитель низкой частоты, дифференцирующий блок, причем коммутатор подключен к пьеэопреобразонателю, к модулятору, к генератору высокой частоты и к смесителю, соединенному двумя дополнительнымк входами с делителем часто ты генератора высокой частоты и моду-. лятором, а выходом с усилителем промежуточной частоты, соединенным с детектором, который через фильтр доплеровских частот и усилитель ниэ кой частоты соединен с частотомером, нторой вход которого подключен к генератору высокой частоты, а выход к дифференцирующему блоку, соединенному своим выходом с запирающим входом усилителя промежуточной частоты.На фиг. 1 изображена Функциональная схема ультраакустического нискоэиметра;на фиг.2 - диаграмма его работы.ЗОультраакустический вискозиметр имеет измерительную камеру 1 из не- магнитного материала в форме цилиндра, измеряемую жидкость 2, падающий поршень 3, электромагнит 4, акус тический пьезопреобразователь 5, соединенный с коммутатором б, подключенным входом к нысокостабильному генератору 7 непрерывных колебаний высокой частоты с частотой 7,5 мГц (с нестабильностью частоты не хуже 2 х х 10 7); управляемый вход коммутатора подключен к модулятору 8, а выход подсоединен к смесителю 9, имеющего два дополнительных входа, один из которых соединен с делителем частоты45 генератора высокой частоты 7, а другой вход соединен с модулятором 8, отпирающим смеситель 9 на время прихода отраженного импульса; выход смесителя 9 подключен к усилителю промежуточной частоты 10 с ограничителем амплитуды (на частоте й = 465 кГц с по, лосой, перекрывающйй диапазон изменения частот Доплера), выод которого подключен к частотному детектору 55 11, соединенного с Фильтром 12, на:троенного на полосу ожидаемых час.от Доплера, соединенного с входом усилителя низкой частоты 13, выход которого соединен с одним из входовчастотомера 14,подключенному к дифференцирующему блоку 15, запирающему вход усилителя промежуточной частоты 10 на время ускоренного падения поршня, то есть при нестабильности частоты Доплера (не хуже .Х.1 О- ) Описываемое устройство работаетследующим образом,Прямоугольные радиокмпульсы, формируемые н коммутаторе б прямоугольными нидеоимпульсамк модулятора 8 изнепрерывных высокочастотных колебаний генератора высокой частоты 7, поступают на акустический пьезопреобраэователь 5, преобразуются в акустические импульсы, распространяющиеся в измеряемой жидкости 2 до торцовой поверхности падающего поршня 3,отражающиеся от нее и вновь поступающие на акустический пьезопреобразователь 5, где преобразуются в электрические импульсы с частотой заполнения (то+ Гд) фгде йо - несущая частота;Г 8 - частота Доплера,и подаются через коммутатор б навход смесителя 9, На время формирования и излучения эондирукщего импульса нходы смесителя 9 заблокированы. Эти входы открынаются стробирующим импульсом модулятора 8 на время прихода отраженного импульса. Всмесителе 9 формируется сигнал промежуточной частоты (Г + Г 8) из заполнения отраженного имйульса и опорногосигнала (Г - Йд,), снимаемого с делителя частоты генератора высокой частоты 7, который усиливается и ограничивается усилителем промежуточной частоты 10, Сформированный сигнал подается на частотный детектор 11, с которого снимается сигнал изменяющийся счастотой Гэ, проходящий через фильтрдоплеровских частот 12, усиливаетсяусилителем низкой частоты 13 и поступает на один из входов частотомера 14.На второй вход частотомера 14 подается сигнал с частотой Е,.Динамическая вязкость связана счастотой Доплера следующим соотношением:2( п- Р:к")=ОГ где 1 - коэффициент,. зависящий отгеометрических размеров камеры и поршня;плотность поршня;ир - плотность измеряемой жидкости;5 - скорость ультразвука н измеряемой жидкости.Частотомер измеряет отношение частот -ы частота й постоянная, поэтоГо ому при иэнестном масштабном коэффициенте Ао показания частотомера непосредственно отградуированы н единицах вязкости, чем достигается сокращение времени измерения, Повышение точности достигается измерением отношения часаа -э тот с точностью в- 5 10 частотоомером Ч 3-35, Ошибки измерения, связанные с неравномерностью падения поршня, исключаются применением дифференцирующего блока, включакщего усилитель промежуточной частоты при 3-х стабильных показаниях отношения час 742764Формула изобретения тот ф в Э-х рервых разрядах, т. е.с точйостью в ,4-10о Ультраакустический вискоэиметр, содержащий измерительную камеру с исследуемой жидкостью, помещенный в нее поршень, пьеэопреобразователь, генератор высокой частоты, приемник, состоящий из усилителя и детектора, частотомер, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и чувствительности, в него дополнительно введены коммутатор, модулятор смеситель, фильтр допплеровских частот, усилитель низкой частоты, дифференцирующий блок, причем коммутатор своими входами подключен к пьезопреобразователю, модулятору и ге- нератору высокой частоты, а своим выходом - к смесителю, соединенному двумя своими входами с делителем частоты генератора высокой частоты и модулятором, а выходом - с усилителем промежуточной частоты, соединенным своим выходом с частотным де-.тектором, который через последовательно соединенные фильтр допплеровских частот и усилитель низкой частоты соединен с частотомером, второй вход которого подключен к генератору высокой частоты, а выход - кдифференцируяцему блоку, соединенному своим выходом с запирающим входомусилителя промежуточной частоты.1Источники информации,принятые во внимание при экспертизе(1. Авторское свидетельство СССР15 9 362229, кл. 6 01 Н 11/10, 1973.2. Сб. Ультразвуковая техника,вып, 4, статья Б. А. Белинского;С. А. Ходжаева, Е, В, Ергонуло. Методика измерения сдвиговой вязкости и40 скорости ультразвука в жидкостях по742764 Ьвр часа фсса.с едакт Ка нин Заказ 3/38 ираж 101 дписно лиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная ив аале,составитель Е.ехРеД Н.вабурк ЦНИИПИ Государственно по делам изобретени11,3035, Москва, Ж, Ра лер Корректор Ю. Мак комитета СССРоткрытийкая наб., д. 4