Вискозиметр

(61) Дополнительное к авт. свид-ву -01431 18-25 2) Заявлено 27.06,77 (2 51) М.К присоединением заявки23) Приоритет -01 М 1 Государственный квинт СССР ао делам нзебретеннй н етнрытнй(72) Авторы изобретен ин и А Ф. хра меев(71) Заявител 54) ВИС Е визкози- электромагнита, измериа, вклюприбор, первого подклюложени оричного ковыи е тело, электро о тела и чего тел ори чный выходом риггера чика по ания вт Изобретение относится к приборам для измерения вязкости различных жидкостей, расплавленных металлов и пульп, в том числе кристаллизующихся.Известно устройство для измерения вязкости жидкости, содержащее рабочее тело, устройство. подъема этого тела и измеритель времени падения рабочего тела в исследуемой жидкости 11,Однако погрешность измерения устройства весьма значительна. Кроме того, оно работоспособно лишь при исследуемых средах, не содержащих твердых частиц, измерение вязкости расплавленных металлов, кристаллизующихся жидкостей и пульп невозможно,Известен также шариметр, содержащий рабочемагнит, коммутатор токадатчик положения рабочегтель времени падения рабочающий два триггера, втвход которого соединен стриггера, а вход первого тчен к первому выходу датрабочего тела 2 . Показ прибора завидят не только от вязкости исследуемой среды, но и от величины избыточного давления в трубопроводе с исследуемой средой, поскольку время падения рабочего тела в незаполненном участке трубы предполагается неизменным, а в действительности длина этого участка, а следовательно, и время падения рабочего тела над исследуемой средой, зависят от величины избыточного давления в трубопроводе. Алгоритмом функционирования известного уст ройства не предусматривается выделениявремени разгона 1 г,(1 е - время, за которое скорость рабочего тела, при падении его в исследуемую среду, достигает установившегося значения), что вызывает нелинейность выходной характеристики. Дополнительную нелинейность выходной характеристики устройства вызывает и использование в немв качестве датчика положения рабочего тела индукционных катушек. Точность определения положения такими ка тушками недостаточна, поскольку величинаеигнала, снимаемого с катушки; зависит нетолько от расстояния рабочего тела от катушки, но и от скорости перемещения рабочего тела.3 693154 Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей.Это достигается тем, что в вискозиметрвведены логическая схема И и схема задержки, рабочее тело жестко соединено с якорем5электромагнита, выход второго триггера измерителя времени соединен с первым вхо-, дом коммутатора тока, второй вход которого подключен ко второму выходу датчика положения и к первому входу логической схемы И, второй вход схемы И соединен со 10 . " -:;:.входом датчика положения и с выходомпервого триггера, вход которого через схему задержки соединен с первым входом второго триггера, второй вход которого подключен к выходу схемы И.На фиг. 1 приведена принципиальнаясхема предлагаемого вискозиметра; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.Вискозиметр (см, фиг. 1) содержит рабочее тело 1, жестко соединенное с якорем 0 электромагнита 2, обмотка которого включена последовательно с коммутатором 3 тока обмотки электромагнита и с датчиком 4 положения рабочего тела, схему 5 задержки и измеритель 6 времени падения рабочего тела, включающий первый и второй триггеры 7 и 8 соответственно, логическую схему И 9, вторичный прибор 1 О и конденсатор 11.Работа предлагаемого вискозиметра основана на измерении вязкости по методу Стокса, т. е. путем измерения времени 1 и перемещения рабочего тела в исследуемой среде с установившейся скоростью. При этом вязкость связана линейной зависимостью с величиной 1, т, е.з=Ь 1,.зюВеличина коэффициента К зависит от разности плотности исследуемой среды и рабочего тела, от ускорения силы тяжести, от размеров рабочего тела и от расстояния , преодолеваемого рабочим телом за время 1. Расстояние Б постоянно и составляет приблизительно 80% хода якоря, причем, верхйяя граница участка Ь выбрана так, что расстояние между якорем и статором (не- а подвижная часть магнитной системы электромагнита 2) составляет около 15% хода якоря, а при нижней границе участка Я вышеупомянутое расстояние составляет приблизительно 95% хода якоря. Величина 8 в50 широких пределах регулируется резисторами 12 и 13 датчика 4. Сопротивлением резистора 12 задается верхняя граница участка 5 (т. е. время 1 ), а сопротивлением резистора 13 - нижняя граница этого участка. Работа вискозиметра заключается в сле-д дующем.При нажатии на кнопку 14 (момент времени 1.на фиг. 2) триггер 8 перебрасывает 4ся в состояние 1. Напряжение, подаваемое с триггера 8 на вход формирователя 15 через резистор 16 и диод 17, суммируется с напряжением ячейки 18, запитываемой от синхронизируюшего трансформатора 19. Выходное напряжение ячейки 18 положительно, а форма его во время положительной полуволны питающей сети (полуволиы, во время которой открывается тиристор 20) близка к линейной. Поскольку напряжение на выходе ячейки 18 положительно, то до подачи отрицательного напряжения (сигнала 1) с выхода триггера 8 импульсы на выходе формирователя 15 отсутствуют. После переброса триггера 8 в состояние 1 суммарное напряжение на входе формирователя 15 (триггер Шмитта) достигает величины порога срабатывания этого формирователя и на его выходе появляются прямоугольные импульсы с частотой 50 Гц (частота питающей сети). После дифференцирования импульсов формирователя 15 дифференцируюшей цепочкой 21 и усиления усилителем 22 отрицательных импульсов, получаемых на выходе цепочки 21, на вторичной обмотке импульсного трансформатора 23 формируются импульсы управления тиристором 20. Эти импульсы подаются на управляющий электрод тиристора 20 через диод 24. Фаза управляющих импульсов совпадает с фазой переднего фронта прямоугольных импульсов на выходе формирователя 15 и при прочих равныхусловиях зависит от сопротивления резистора 16. Эта фаза определяет величину напряжения, подаваемого на обмотку электромагнита 2. С момента 11 якорь электромагнита плавно перемещается вверх, совершая за каждый период питающей сети одно возвратно-поступательное движение (при открытом тиристоре 20 якорь втягивается вверх на величину Ь 1. Во время отрицательной полуволны питающего напряжения, т. е, при обесточенной обмотке электромагнита 2, якорь и рабочее тело под действием собственного веса перемешаются вниз на расстояние Ь, причем Ь М, поэтому с момента 1 за каждый период питающей сети якорь перемещается вверх на расстояние, равное разности (Вв Ьа). По мере перемещения якоря вверх индуктивность обмотки электромагнита увеличивается, а, амплитуда импульсов на вторичных обмотках трансформатора 25, подаваемых через обмотку электромагнита и диод 26 от генератора 27 (например, авто- колебательного блокинг-генератора), уменьшается (см. фиг, 2),В момент 1 рабочее тело достигает верхней границы участка Я, а напряжение на входе формирователя 28, состоящее из постоянной составляющей, поступающей со второго выхода триггера 7 через резистор 13 и диод 29, и переменной составляющейгенератора 27, окажется меньше порога срабатывания формирователя 28. При этом исчезнут импульсы на выходе формирователя 28 (триггер Шмитта), а триггер 30 перебросится в состояние 1 выходным импульсом логической схемы И 31. До момента Ь с выходов обоих формирователей 28 и 32 поступают импульсы с частотой генератора 27 (частота этого генератора на много больше частоты питающей сети); однако эти импульсы проходят только на второй вход триггера 30, удерживая этот триггер в состоянии О. На первый вход триггера 30 до момента 1 а импульсы от формирователя 32 через схему 31 не проходят вследствие того, что одновременно с сигналом 1, поступающим на первый вход схемы 31 от формирователя 32, с выхода инвертора 33 на второй вход схемы 31 поступает сигнал 0, Конденсатор 34 предотвращает возникновение кратковременного импульса помехи, который до момента 1 может при отсутствии этого конденсатора возникнуть на выходах триггера 30 на время (0, причем,а 1 =3+ 33где 1 з и 133 - время срабатывания соответственно схемы 31 и инвертора 33.В момент 1 а на втором выходе датчика М 3 4 появляется сигнал О, а с первого выхода датчика 4 на схему 5 задержки поступает сигнал 1. Сигналом 0 датчика 4 через резистор 35 и диод 36 уменьшается напряжение на входе формиро 30 вателя 15 (уменьшается ток обмотки электромагнита 2). При этом якорь электромагнита и соединенное с ним рабочее тело начинают вибрировать с частотой 50 Гц. Во время вибрации величины Ь и Ь равны между собой.35 С появлением сигнала 1 на выходе схемы 5 задержки (момент 1 на фиг. 2) триггер 8 перебрасывается в состояние 0, в результате чего исчезает отрицательное напряжение на входе формирователя 15, обмотка электромагнита обесточивается, а якорь и рабочее тело начйнают перемещаться в исследуемой среде вертикально вниз. По мере перемещения якоря вниз индуктивность его обмотки уменьшается, а амплиту да импульсов на выходе трансформатора 25 цостигает величины, при которой на выходе формирователя 28 появляются импульсы. Этими импульсами триггер 30 перебрасывается в состояние 1, а положительным перепадом его выходного сигнала триггер 70 переводится в состояние 1. При этом на выходе триггера 7 формируется передний фронт импульса 1, задается нижняя граница участка Я (путем уменьшения постоянной составлявщей напряжения на входе фор мирователя 28), исчезают импульсы на выходе формирователя 28, а триггер 30 в момент 1 (см. фиг. 2) перебрасывается в бсостояние О. Постоянная составляющаянапряжения на входе формирователя 28 изменяется при смене состояния триггера 7,с плеч которого сигнал 1 поочередно подается либо через резистор 12 (при задании величины (1 т. е, верхней границы участка Я), либо через резистор 13 (при заданиинижней границы участка Ь), сопротивлениекоторого больше чем сопротивление резистора 12. Диоды 37 и 29, как и диоды 17и 36 коммутатора 3, являются развязывающими, Время 0, на которое триггер 30перебрасывается в состояние 1 при прохождении рабочим телом верхней границыучастка Я, складывается из трех сОставляющих:10 Г = 1+ 13+ авэо,гдето и 130 - время срабатывания схемсоответственно 7 и 30;т 34 - время задержки сигнала 1,поступающего с выхода схемы31 на вход триггера 30, вызываемое наличием конденсатора 34.По мере прохождения рабочим теломучастка Я амплитуда импульсов на вторичных обмотках трансформатора 25 продолжает увеличиваться. По истечении времени (,(при прохождении рабочим телом нижней границы участка Ь) снова появляютсяимпульсы на выходе формирователя 28 (порог срабатывания формирователя 32 выбран таким, что на его выходе импульсыесть при любом положении якоря), а триггер 30 в момент 10 уже на сравнительнодлительное время перебрасывается в состояние 1. При этом триггер 7 перебрасывается в состояние О (формируется задний фронт импульса 1 ), уменьшаетсяпостоянная составляющая напряжения навходе формирователя 28, через логическуюсхему И, 9 триггер 8 перебрасывается в состояние 1, запитывается обмотка электромагнита, и цикл измерения повторяется. Длительность импульса 1 измеряется вторичным прибором 10. Конденсатор 11 предотвращает ложное срабатывание триггера 8 при кратковременном (на время 10 г) перебросе триггера 30 в состояние 0. При отсутствии конденсатора 11 на выходе схемы 9 возникает импульс помехи, длительность которого составляет 1,.=1,+(где 10 - время срабатывания схемы 9.Рубашка 38 предназначена для защиты обмотки электромагнита от воздействия исследуемой среды.Большая точность в предложенном вискозиметредостигнута благодаря тому, что алгоритм функционирования предлагаемого вискозиметра предполагает, во-первых, выделение разгона 1 из всего времени перемещения рабочего тела. во-вторых, использованиеодного порогового устройства для определения как верхней, так и нижней границы участка Ь (использованием одного порогового устройства исключена ошибка, вызываемая нестабильностью его порога срабатывания).Расширение функциональных возможностей достигнуто тем, что в каждом циклеизмерения предусмотрен отрезок времени,в течение которого осуществляется вибра-ция рабочего тела. Вибрация обеспечиваетвозможность измерения вязкости сред, Склонных к кристаллизации. Кроме того, при непосредстве ином соеди ненни рабочего, тел а сякорем электромагнита нет необходимостирабочее тело выполнять ферромагнитным,что, в свою очередь, позволяет применятьпредлагаемый вискозиметр для измерениявязкости сред с ферромагнитными включениями и сред, в которых ферромагнитныетела неработоспособны,формула изобретенияВискозиметр, содержащий рабочее те 20ло," электромагнит, коммутатор тока электромагнита, датчик положения рабочего тела и измеритель времени падения рабочего тела, включающий два триггера, вторичный прибор, вход которого соединен с выходом первого триггера, а вход первого триггера подключен к первому выходу датчика положения рабочего тела, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения функциональных возможностей, в вискозиметр введены логическая схема И и схема задержки, рабочее тело жестко соединено с якорем электромагнита, выход второго триггЕра измерителя времени соединен с первым входом коммутатора тока, второй вход которого подключен ко второму выходу датчика положения и к первому входу логической схемы И, второй вход схемы И соединен со входом датчика положения и с выходом первого триггера, вход которого через схему задержки соединен с первым входом второго триггера, второй вход которого подключен к выходу схемы И,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР362229, кл, 0 01 И 11(10, 1972.2. Патент США3772910, кл. 73 - 57,1973 (прототип)..7 г Составите В, Вощанкннговая Корректор В. СиницкаяПодписное О,Л107 е и арст зобр Ж - 3 нт, г я,Редактор Т. КлюкинЗаказ 6395/44 ЦНИИПИ Госу по делам 113035, Москва,лиал ППП Патенного енийРау комитета ССС и открытийшская наб д. од, ул. Проек