Эластовискозиметр жидких материалов в потоке

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 18. 07. 78 (21) 2645009/18-25 (51) М. КЛ. С 01 й 11/10 с присоединением заявки ЙВ(23) ПриоритетГосуларственный комитет СССР по лелам июбре 1 ений и открытий(54) ЭЛАСТОВИСКОЭИМЕТР ЖИДКИХ МАТЕРИАЛОВ В ПОТОКЕ Изобретение относится к технике измерения вязкоупругих свойств жидкостей, например, топлив на топливо- заправочных станциях, и может быть использовано в системах управления 5 технологическими процессами производства различных веществ, в частности в системах автоматической стабилизации вязкоупругих свойств при синтезе многокомпонентных смесей. 1 ОИзвестен вискозиметр 1, содержащий коаксиальные внутренний и наружный цилиндрические элементы с кольцеобразным зазором между ними, выполненные с возможностью незави симого продольного движения, впускной и выпускной каналы для продольного движения жидкости по кольце- образному зазору, средства для обеспечения продольного движения одного 20 из элементов и средства для наблюдения за создаваемым движением другого элемента.Недостатками известного вискозиметра являются невысокая точность 25 и узкий диапазон измерений реологических характеристик жидкости в потоке, обусловленные отсутствием в данном устройстве компенсирующих устройств. 30 Известно устройство для определения реологических характеристик жид" кости в потоке (21 т которое является ближайшим к предложенному по технической сущности, Оно содержит корпус с вкодными и выходными патрубками, шток с укрепленной на нем набадкой, расположенный коаксиально с ней цилиндрический чувствительный элемент с 1 ольцеобраэным зазором между ними, привод, преобразователи силы, относительного перемещения и скорости перемещения чувствительного элемента обратные преобразователи вязкости и модуля упругости, соединенные с усилительно-преобразовательными, исполнительными и регистрирующими блоками каиалов модуля упругости и вязкости, компенсатор гидравлического напора, блок управления и нуль-орган. При этом компенсатор гидравлического напора выполнен в виде якоря с катушкой жестко связанного с цилиндрическим чувствительным элементом, и статора, закрепленного на корпусе, а блок управления в виде интегратора. Вход нуль-органа связан с преобразователем силы, а выход подключен ко входу блока управления, выход которого соединен с катушкой763745 якоря компенсатора гидравлическогонапора. Обратные преобразователивязкости и модуля упругости выполне"ны каждый в виде общего якоря с расположенной на нем катушкой обратногопреобразователя вязкости и катушкойобратного преобразователя модуляупругости, а статоры жестко связаныс корпусом устройства.Недостатками известного устройстваявляются малая чувствительность иневысокая точность измерений, обусловленные наличием гибкого элемента,который выполнен в виде конусообразного сильфона; связывающего цилиндрический чувствительный элемент с корпусом, Реакция чувствительного эле-15мента и колебания насадки определяются не только напряжениями сдвига вкольцевом зазоре,но и напряжениями,сжатия, величина которых пропорциональна поверхности.сильфона. Повышение чувствительности устройства связано с увеличением числа .гофр сильфо"на, что вызывает увеличение его поверхности, следовательно, искажениерезультатов измерений. 25В известном устройстве затруднено обеспечение строгой температурнойстабилизации фотодиодов преобразователей. силы и перемещения в условияхизменяющейся температуры исследуемойжидкости, что приводит к изменениюхарактеристик Фотодиодов и снижениюточности измерения,Цель изобретения - повышение чувствительности и точности измерениймодуля упругости и вязкости жидкихматериалов в потоке.Указанная цель достигается тем,что эластовискозиметр дополнительно снабжен опорой, установленной своэможностью вращения, содержащей 40двигатель с муфтой, укрепленный накорпусе, ось с буртиками, связаннуюс корпусом через подшипники, и опоры в виде колец, укрепленных в держателях, подвижной крышкойсвязанной 45с корпусом гибкой диафрагмой и с приводом, толкателем, втулкой и вспомогательной пружиной, причем толкательжестко связан с держателями, укрепленными на чувствительном элементе,а через вспомогательную пружину .ивтулку - с подвижной крышкой. ПриэФом входной и выходной патрубкивыполнены соосно и симметрично относительно чувствительного элемента,а преобразователи силы и относительного перемещения выполнены в видесветоводов, разделенных шторкой,связанной с толкателем. На чертеже приведена предлагаемая схема эластовискоэиметра жидких ма-териалов в потоке.Корпус эластовискозиметрасобран из трех цилиндрических секций, жестко связаниых между собой. рабочей 1, секций 2 и 3 компенсирующих устройстЭ,65 и секции 4 измерительных преобразователей, которые герметично закрываются крышками 5 и 6, причем скрышкой 6 посредством диафрагм 7связана подвижная крышка 8, Цилиндрический чувствительный элемент 9выполнен коаксиально с рабочей секцией 1. Между наружной поверхностьюэлемента 9 и внутренней поверхностьюсекции имеется кольцевой зазор 10 свходным и выходным отверстиями, выполненными в виде входного 11 и выходного 12 патрубков, которые расположены соосно и симметрично относительно цилиндрического чувствительного элемента 9 и жестко связаны с рабочей секцией 1. На концах чувствительного элемента 9 запрессованы цилиндрические кольца (якоря) 13 и 14с катушкой 15 якоря обратного преобразователя модуля упругости и катушкой 16 якоря обратного преобразователя вязкости.Катушки входят в кольцеобразный зазор, образованный полюсами статора 17 обратного преобразователя модуля упругости, имеющегокатушку 18; и статора 19 обратногопреобразователя вязкости, имеющегокатушку 20, которые жестко связаныс секциями 2,3 компенсирующих устройств. К внутренней поверхности цилиндрического чувствительного элемента 9одним концом прикреплены симметрично расположенные держатели 21 и 22,в венцах 23 которых укреплены кольцевые каменные подшипники 24, выполненные, например из лекосапфира.Внутренняя поверхность подшипниковшлифуется и образует минимальныйгарантированный зазор с буртиками25 оси 26, которая укреплена в подшипниках 27, взаимодействующих наружными кольцами с цилиндрическими стенками 28 и 29. Стенка 28 крепитсяк внутренней поверхности статора 17обратного преобразователя модуляупругости, а стенка 29 - к корпусуэластовискозиметра, Через симметричные отверстия ЗО в стенке 28 входятпальцы толкателя 31, жестко связанные с держателем 21, а к другому концу толкателя 31 прикреплена шторка32, расположенная .в зазоре междутрубкамй световода 33 преобразователя перемещения и световода 34 преобразователя силы. Один конец световодо выводится в термостабилизированный блок 35 с фотодиодами 36 преобразователя перемещения и преобразователя силы, а другой конец - к источнику света 37К внутренней стороне подвижной крышки 8 прикреплена одним концом втулка 38 с упором 39 на другом ее конце, связанным с симметрированной вспомогательной пружиной 40, расположенной на толкателе 31. К стенкамвтулки 38 жестко прикреплены черезшайбы 41 трубки световода 34, которые жескто связаны с подвижной крышкой 8, а через отверстия в стенках втулки 38 свободно пропущены трубки световода 33, которые жестко связаны с крышкой б.К наружной стороне подвижной крышки 8 прикреплен упор 42, связанный через кулачок 43 с приводом 44, и возвратные пружины 45.К держателю 22 через кольцо 46 прикреплен якорь 47 преобразователя скорости, выполненный в виде постоянного магнита, статор 48 с катушкой 49 которого жестко укреплен иа стенке 29. Двигатель 50 укреплен на крышке 5 и через муфту 51 своим валом связан с осью 26.Выход катушки 49 статора 48 преобразователя скорости связан со входом катушки 16 якоря обратного преобразователя вязкости через первый выход усилителя 52, второй выход которого связан с первым входом формирователя 53 сигнала вязкости, второй вход которого через первый выход усилителя 54 связан с фотодиодами 36 преобразователя силы. Выход Формирователя 53 сигнала вязкости через фильтр 55 связан со входом исполнительного устройства 56 канала вязкости, выполненного в виде интегратора, первый выход которого связан со входом катушки 20 статора 19 обратного преобразователя вязкости, а второй выход - со входом регистратора вязкости 57.Выход фотодиодов 36 преобразователя перемещений связан со входом катушки 15 якоря обратного преобразователя упругости через второй выход усилителя 58, первый выход которого подключен к входу катушки 18 статора 17 обратного преобразователя упругости через последовательно , соединенные формирователь 59 сигнала модуля упругости, фильтр 60 и исполнительное устройство 61 канала модуля угФугости, причем второй вход формирователя сигнала модуля упругости через второй выход усилителя 54 связан с выходом Фотодиодов 36 преобразователя силы, а второй выход исполнительного устройства канала модуля упругости связан со входом регистра 62 модуля упругости.Выводы электрических связей обратных преобразователей и преобразователя скорости проходят через стеклянные изоляторы, что обеспечивает полную герметизацию эластовискозиметра. Эластовискозиметр жидких материалов в потоке работает следующим образом.Включение двигателя 50 вызывает вращение оси 26 с большой скоростью, что приводит к взвешиванию (левита-.5 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 60 65 ции) цилиндрического чувствительного элемента 9, связанного с ее буртиками 25 через подшипники 24, и укрепленные в венцах 23 держателей 21 и 22, связанных с цилиндрическим чувствительным элементом 9.Взвешивание приводит к ликвидации статического трения в опорах чувствительного элемента, поэтому при включении привода 44 через кулачок 43, упор 42, подвижную крышку 7, втулку 38 с упором 39 через пружину 40 начнутся колебания толкателя 31, а вместе с ним и цилиндрического чувствительного элемента 9. Сопротивление его движению практически будет отсутствовать.Амплитуда и Фаза выходных сигналов преобразователей силы, перемещения и скорости перемещения будут определяться амплитудой, частотой колебания привода 44, упругостью вспомогательной пружины 40 и массой перемещающегося чувствительного элемента и связанных с.ним деталей.Фильтры 60 и 55 настраиваются таким образом, что при отсутствии исследуемой жидкости на их выходах сигналы равны нулю. Это обусловит отсутствие тока в катушке 18 статора 17 и катушке 20 статора 19 обратных преобразователей модуля упругости и вязкости. При подаче исследуемой жидкости в кольцевой зазор 10 и перемещении ее от входного патрубка 11 к выходному 12 возникает сила сопротивления сдвигу, приложенная к цилиндрическому чувствительному элементу, которая обусловлена ее вязкоупругими свойствами. Постоянная составляющая смещения чувствительного элемента, обусловленная гидравлическим напором, будет отсутствовать, так как жидкость равномерно распределяется по зазору 10, а входной и выходной патруоки соосны и расположены симметрично относительно чувствительного элемента. Возникакзцая сила сопротивления сдвигу, обусловленная вязко- упругими свойствами жидкости, вызовет изменение амплитуды и фазы выходных сигналов преобразователей силы, перемещения и скорости перемещения. При этом на кыоде Фильтра 60 появит" ся сигнал, пропорциональный модулю упругости, так как в формирователе 59 сигнала модуля упругости происходит перемножение сигнала, пропорционального коьгллексному модулю, на сигнал перемещения, пропорциональный активной составляющей комплексного модуля. Это обусловит появление тока на выходе исполнительного устройства 61, а следовательно, и в катушке 18 статора 19 обратного преобразователя модуля упругости, причем полярность его такова, что возникающая электромагнитная сила связи якоря 13 чувствительного элемента 9 и статора 17 направлена встречно возникающему сопротивлению исследуемой жидкости, Ток в катушке 18 будет изменяться до тех пор, пока полностью не будет скомпенсирована сила активного сопротивления движению чувствительного элемента. При этом регистратор 62 зафиксирует величину, пропорциональную модулю упругости жидкости, В формирователе 53 сигнала вязкости происходит перемножение сит.нала, пропорционального комплексному модулю на сигнал скорости перемещения,Рлсдвинутый на угол /2 по отношению к сигналу перемещения, Следовательно, на выходе фильтра 55 появится сигнал, пропорциональный реактивной составляющей комплексного модуля, т.е. вязкости жидкости, который вызовет изменение тока в катушке 20 обратного преобразователя вязкости. Знак этого тока определит направление магнитного потока статора 19 таким образом, что возникающее вякоре 14 усилие будет направлено встречно вязкому сопротивлению перемещения чувствительного элемента в жидкости. Изменение этого тока будет происходить до тех пор, пока полностью не скомпенсируется сила вязкого сопротивления и сигнал на выходе фильтра 55 не станет равным нулю. При этом сигнал на выходе исполнительного устройства 56 канала вязкости зафиксируется в регистраторе вязкости 57, Передача сигналов, пропорциональных усилию и йеремещению с помощью светодиодов дистанционно позволяет обеспечить автономность фотодиодов и источника освещения и воэможность их температурной стабилизации. Это обеспечит стабильность их динамических и статических характеристик и, следовательно, повысит точность измерений.Использование эластовискозиметра в контрольно-измерительных системах стационарных заправочных станций летательных аппаратов позволяет значительно повысить точность бортовых топливоиэмерительных систем за счет введения дополнительной информации с реологических характеристик топлива. Это обеспечит. не только экономию горючего в процессе полета, но и повысит полезную нагрузку летательного аппарата, увеличив тем саМым экономическую эффективность полетов.Формула изобретениясЭластовискозиметр жидких материалов в потоке, содержащий корпус,входной и выходной патрубки, цилиндрический чувствительный элемент,10 расположенный коаксиально в корпусе,привод, преобразователи силы относительного перемещения и скоростиперемещения чувствительного элемента, обратные преобразователи вязкости и модуля упругости, связанные сусилительно-преобразовательными,исполнительными и регистрирующимиблоками каналов модуля упругости ивязкости, при этом обратные преобразователи модуля упругости и вязкости выполнены в виде общего якоря скатушками, жестко связанного с чувствительным элементом, а статоры жестко связаны с корпусом, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений, он снабжен опорой, установленной с воэможностью вращения, содержащей двигатель с муфтой, укрепленный на корпусе, ось с буртиками,ЗО связанную с корпусом через подшипники каменные опоры в виде колец,укрепленных в держателях, подвижнойкрышкой, связанной с корпусом гибкойдиафрагмой и с приводом, толкателем,35 втулкой и вспомогательной пружиной,причем толкатель жестко связан сдержателями, укрепленными на чувствительном элементе, а через вспомогательную пружину и втулку - с подвиж 4 О ной крышкой, входной и выходной патрубки выполнены соосно и симметричноотносительно чувствительного элемента, а преобразователи силы и относительного перемещения выполнены в ви 45 де световодов, разделенных шторкой,связанной с толкателем.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1,Патент Великобритании У 1227737,кл. 6 01 й 11/00, 1971.2.Авторское свидетельство СССРМ 2427199, кл, 6 01 М 11/10,07.12,76 (прототип),763745 Составитель В.Вощанкинедактор Т.Орловская Техред Е.Гаврилешко Корректор Е,Пап 0 ПодписнСССР б., д.4 Филиал ППП"Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4 з 627 36 Тираж ЦНИИПИ Государственн по делам изобретен 113035, Москва, Ж