Компенсационный капиллярный вискозиметр

ц 9 г Огг СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК зг 5 гг 0 01 и 11/О 14и,И ЕТЕН ЙИЬЙИ 67 Еь,.,ЕЛЬСТВ н.8)е свидетел 01 М 11/08 свидетельс 01 М 11/08 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ С(71) Новомосковский филиал Московского ордена Ленина и ордена ТрудовогоКрасного Знамени химико-технологического института .м. Д.И.Менделееваи Московский ордена Трудового Красного Знамени институт химическогомашиностроения(56) 1Авторско ьство СССРМ 763744, кл. 0 1980.2. Авторское тво СССРР 914967, кл. 0 1982(54)(57) кОмпенсАциОнгый кАпилляРнцЙВИСКОЗИМЕТР, содержащий стабилизаторрасхода, капилляр переменной длины,выполненный в виде трубки с соосно.расположенным в ней с возможностьюосевого перемещения стержнем, причемкапилляр связан с компенсационнойсхемой управления длиной капилляра,которая образована подпружиненнымсильфоном, подвижный торец которогосоединен с одним концом стержня, а также преобразователь перемещения подвижного торца сильфона, соедине ный с вторичным прибором, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения диапазона, в него дополнительно введены трехмембранный элемент сравнения, преобразователь давления измеряемой среды в пневматический сигнал, задатчик давления и делитель давления, при этом сильфон помещен в камеру, образующую совместно с силь- фоном его внешнюю полость, в которую через стабилизатор расхода подается исследуемая среда и которая соединена с трубкой и с входом преобразователя давления измеряемой среды в пневматический сигнал, причем внутренняя полость сильфона через делитель давления соединена с междроссельными камерами элемента сравнения, камера отрицательной обратной связи которого соединена с выходом указанного преобразователя давления, а камера положительной обратной связи подключена к эадатчику давления, при этом другой конец стержня через тягу и сальниковое уплотнение подключен к преобразователю перемещения.Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения вязкости технологических жидкостей, применяемых в химической и нефтеперерабатывающей промышленности.5Известен вискозиметр, содержащий стабилизатор расхода, капилляр переменной длины в виде винтового канала, образованного .винтовой парой цилиндром и плунжером, компенсацион ную схему управления длиной капилляра, а также выходной преобразователь с вторичным прибором 11.Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности компенсаци онный капиллярный вискоэиметр, сОдержащий стабилизатор расхода, капилляр переменной длины, выполненный в виде трубки с соосно расположенным в ней с возможностью осевого перемещения 20 стержнем, причем капилляр связан с компенсационной схемой управления длиной капилляра, которая образована подпружиненным сильфоном, подвижный торец которого соединен с одним кон цом стержня, а также преобразователь перемещения подвижного торца сильфона, соединенный с вторичным прибором 123Известный вискозиметр не обеспечи-З 0 вает необходимой точности измерения вязкости из-эа переменных значений сил трения, возникающих между стержнем и трубкой в результате даже незначительных отклонений трубки вискоэиметра от вертикального положения при производственных вибрациях и при попадании твердых включений в зазор между трубкой и стержнем и т.п. Это обусловлено отсутствием дополнительного источника энергии, которой 40 было бы достаточно для перестановки в заданное положение стержня относительно трубки. Поэтому этим вискоэиметром невозможно измерять малые вязкости или небольшие изменения 45 вязкости с достаточной степенью точности,Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение диапаэона.Для достижения поставленной цели в компенсационный капиллярный вискоэиметр, содержащий стабилизатор расхода, капилляр переменной длины, выполненный в виде трубки с соосно расположенным в ней с возможностью осевого перемещения стержнем, причем капилляр. связан с компенсационной схемой управления длиной капилляра, которая образована подпружиненным 60 сильфоном, подвижный торец которого соединен с одним концом стержня, а также преобразователь перемещения подвижйого торца сильфона, соединенный с вторичным прибором, дополни тельно введены трехмембранный элемент сравнения, преобразователь давления измеряемой среды в пневматический сигнал, задатчик давления и делитель давления, при этоь сильфон помещен в камеру, образующую совместно с сильфоном его внешнюю полость, в которую через етабилиэатор расхода подается исследуемая среда и котораяГсоединена с трубкой и с входом преобразователя давления измеряемой среды в пневматический сигналпричем внутренняя полость сильфона через дели тель давления соединена с междроссельными камерами элемента сравнения, камера отрицательной обратной связи которого соединена с выходом указанного преобразователя давления, а камера положительной обратной связи подключена к задатчику давления, при этом другой конец стержня через тягу и сальниковое уплотнение подключен к преобразователю перемещенияНа чертеже изображен предлагаемый компенсационный капиллярный вискозиметр.Вискозиметр состоит из стабилизатора 1 расхода исследуемой среды, трубки 2 с соосно расположенным в ней с возможностью осевого перемещения стержня 3, сильфона 4, помещенного в камеру 5, тяги б, соединяющей стержень 3 с преобразователем перемещения 7, вторичного прибора 8, преобразователя 9 давления исследуемой среды в пневматический сигнал, трех- мембранного элемента 10 сравнения, задатчика 11 давления и дроссельного делителя 12 давления, содержащего один нерегулируемый и один регулируемый дроссель.Делителем 12 устанавливается верх- ний предел измерения вязкости, а эадатчиком 11 давления - нуль прибора. Компенсационный капиллярныи вискозиметр работает следующим образом,Контролируемая среда поступает из. стабилизатора расхода 1 в камеру 5, образующую совместно с сильфоном 4 его внешнюю полость, Далее контролируемая среда движется стационарно в кольцевом пространстве между трубкой 2 и стержнем 3. При этом во внешней полости сильфона 4 развивается давление, пропорциональное вязкости среды и длине капилляра. Усилие,развиваемое сильфоном эа счет этого давления, уравновешивается усилием от давления, поступающего во внутреннюю полость сильфона. Изменение вязкости вызывает изменение гидравличе-, ского сопротивления кольцевого пространства капилляра и, следовательно, изменение давления во внешней полости сильфона 4. Это давление преобразователем 9 преобразуется в пневматический сигнал, который подается в1111070 в камеру отрицательной обратной связи элемента сравнения 10, В камеру положительной обратной связи сильфона сравнения подается давление с задатчика 11 давления. Таким образом, в элементе 10 сравнения происходит 5 сравнение давления во внешней полости сильфона 4 с заданным задатчиком 11 давления. Под действием возросшего давления во внешней полости силь- фона 4 давление в междроссельных ка мерах элемента 10 сравнения уменьшается. Уменьшение этого давления вызывает уменьшение давления во внутренней полости сильфона 4. Под действием возросшего давления во внеш ней полости и уменьшившегося давления во внутренней полости сильфона, последний начинает деформироваться, выдвигая стержень 3 из трубки 2 и тем самым уменьшается длина кольцево- О го канала капилляра до тех пор, пока давление во внешней полости силь- фона 4 сравняется с давлением. зада-ния, вырабатываемым задатчиком 11. Перемещение стержня 3 преобразуется преобразователем 7 перемещения в сиг нал, который поступает на вторичный прибор 8 и регистрируется.Таким образом, любому изменению вязкости контролируемой среды соответствуют перемещения стержня 3 относительно трубки 2 под действием сильфона 4 (вынужденные перемещения) с целью поддержания постоянной величины давления во внешней полости силь- фона 4, заданной задатчиком 11 давления.Из условия равновесия, подвижных частей элемента сравнения следует, что.где К - постоянный коэффициент, знаЗО чение которого зависит от размерови жесткости сильфона.Решение уравнений (1) - (4) дает Яс 5) Т.е. перемещение стержня 3 относительно трубки 2 пропорционально динамической вязкости ) исследуемой средьь.При изменении давления в междрос сельных камерах элемента 10 сравнения от 0,2 до 1,0 кгс/смг необходимовместо Р в формуле (4) подставитьвначале 0,2 кгс/смг, а затем давление 1,0 кгс/см . Получив систему уравг45 нений и решив ее, находят значениевеличины на"тройки коэффициента дроссельного д. ".теля 12 де Рг РзМежду полости междрос нения 1,2 еме е(6 ) ого торвязкости ний условия переме 50 где а - пер щ ние ца сильфона 4 при из в выбранном диапазон е( принимается при рас выбранного преобразо 55 ще"иЯ) При значении вязкости ветствующей верхнему пред ния, давление Рч в междро камерах элемента 10 сравн 60 0,2 кгс/смг, а при вязкос ответствующей нижнему пре ния, Р 4 = 1,0 кгс/смг. По значения в формулы (3) и мая во внимание равенства 65 а также решив полученнуюподвиж менении е измер чете из вателя гдеФ К И Оф(тМищ, соотелу измерессельныхения равноти м;, соделу измередставив эти(1) н б),систему проводимостимого и регулиселей. еререгулирууемого дрос ей полостилить по форР,. ( 1) - давление на выходе преобразователя 9, пропорциональное давлению во внешней полости сильфона 4, т.е.Рг = КР , (где К - коэффициент пропорциональности); - давление с задатчика 11.давлением Р во внутренней сильфона 4 и давлением Н, в сельных камерах элемента срав существует зависимость: Давление Р во внеш ильфона 4 можно опредмуле: Р-Кг Р., Е 1, (3) где Кг -.постоянный коэффициент, зависящий от единиц измерениявходящих в уравнение величин, а также от массовогорасхода измеряемой среды через капилляр н геометрических размеров поперечногосечения кольцевого канала,образованного стержнем 3 итрубкой 2;динамическая вязкость измеряемой среды;(о - длина стержня 3, находящаяся в трубке 2 при отсутствии давления во внутренней .и внешней полостях сильфона 4;- перемещение подвижного торца сильфона, а следовательно, и стержня 3 под дейст-вием давлений, действующихво внешней и внутренней полостях сильфона.Перемещение Е можно вычислить по формулеЕа Я-Е) Ск,р,-, )уравнений, получают значение величины настройки давления задания Р 3 с помощью задатчика 11:Р, - " И,-ла 3 ЩЩ=ЗФВж ЗРай.,Ув и Например, если в качестве преобра.зователя 7 перемещения использовать дифФеренциально-трансформаторный преобразователь, то ь=5 мм (из условия 1 О обеспечения линейной зависимости индуцируемой ЭДС от перемещения. При измерении вязкость растворов КОН изменялась в пределах от од =1,2 10 до)Ммь = 1,4 10 Па с,Для измерений выбран сильфон, у которого К= 12 см/кгс, при этом Ьа = 100 мм. ТогдаК - 1 25 с - 0 0520 520Рд =- (10-1,25 0,5 -с сс ) -:1 2-0 2 1 43 1214-120,59 кгс/см,Так как стержень 3 совершает вынужденные перемещения под действиемсилы, развиваемой сильфоном 4 и этасила значительно больше сил тренияв сальниковом уплотнении, сил трения, возникающих между стержнем 3 ЗОи трубкой 2 в результате даже незначительных отклонений трубки вискозиметра от вертикального положенияпри производственных вибрациях ипри попадании твердых включений вкольцевой канал между стержнем и35трубкой и т.п., то перемещение стерж-,ня 3 относительно трубки 2 всегдапроисходит до.положения, заданногозадатчиком 11. При этом на работувискозиметра .не влияют его положение в пространстве (он может бить установлен горизонтально или вертикально выходным штуцером вверх), загрязнения в сальнике, появляющиеся в процессе эксплуатации прибора и т.п.Таким образом, обеспечивается повышенная точность измерения малых значений вязкости или небольших изменений вязкости.В предлагаемом вискозиметре легко может быть осуществлена коррекция температурных изменений вяз- кости. Для этого трехмембранный элемент сравнения 10 нужно заменить на пятимембранный элемент сравнения. В полученные дополнительно камеру отрицательной обратной связи в случае увеличения вязкости от увеличения температуры) или камеру положительной обратной связи (в случае уменьшения вязкости от увеличения температуры) подается пневматический сигнал, пропорциональный температуре измеряемой среды, который формируют, например, с помощью манометрического термометра.В предлагаемом вискозиметре обеспечивается повышение точности измерения и расширение диапазона применения вследствие использования вынужденного перемещения стержня 3 относительно трубки 2 от внешнего источника энергии, и обеспечения воэможности организации простыми приемами температурной коррекции.Повышение, точности измерений способствует улучшению качества автоматического контроля технологических процессов в различных отраслях промышленности, например химической,по- вышению качества выпускаемых продуктов, производительности труда, уменьшению потерь сырья и энергетических затрат.1111070 Составя Техред Л.Пчел рректор О. Тиг едае ава аВ юв ЮВ Заказ 6302/3 В303 филиал ППП фПатентф, г.ужгород, ул.Проектная итель В.ВощанкМ.Надьваею щююТираж 8ИПИ Государственно делам изобрете5, Москва, Ж,ого комитета ий и открыти Раушская наб ПодвисноеСРд. 4/5