Вискозиметр

(22) Заявлено 1205,80 (2) 2923036/18-25с присоединением заявки ИУ(23) Приоритет -Опубликовано 30.12,81, Бюллетень М 9 48Дата опубликования описания 3012,81 РЦМ Кз 6 01 й 11/10 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(54 ) ВИСКОЗ ИИЕТР Йедостатком и такого устройстваявляется то, что конструкция не позволяет производить автоматическое измерение вязкости в потоке жидкости вследствие ограниченного количества шариков, которые после измерения необходимо вручную извлекать из трубки. управление устройством и смена жидкости также производится вручную. Это не позволяет использовать вискоэиметр в системах автоматического регулирования и определяет узкую область его примененияИзобретение относится к приборостроению и может найти применение вхимической н ряде других отраслейпромышленности,Известен шариковый вискозиметр,содержащий шарик, подвешенный на нити к плечу стрелки, и рабочую емкость,заполненную измеряемой жидкостью.Приработе вискозиметра затвором освобождается шарик и погружается в измеряемую жидкость, а на ленте самописца Фиксируются в виде всплесковмоменты освобождения шарика и погружения его в жидкость на длину нити. По расстоянию между всплесками 15на диаграмме расчетным путем определяют динамическую вязкость, а шарик извлекается из жидкости при помощи нити 11.Недостатком этого устройства яв,ляется узкая область применения,обусловленная тем, что оно не может быть применено для автоматического измерения вследствие наличияручных операций по освобождению шарика, извлечению его иэ жидкости ирасчету вязкости по расстоянию междувсплесками на диаграмме.Известен также шариковый вискоэиметр, содержащий сосуд с измеряемой30 жидкостью, устройство для выпускашариков и датчики положения шариковв врубке, связанные с измерителемвремени. При подаче команды один изшариков выпускается в контролируе"муй жидкость. При прохождении шариком эоны датчика верхнего положения,последний включает через вспомога"тельные устройства измеритель времени, который отиаочается датчикомнижнего положения при прохождениишарика через зону его срабатывания.О величине вязкости (динамической)измеряемой жидкости судят по време"ни прохождения расстояния между датчиками положения 2 .894475 причем управляющие входы устройства считывания соединены с выходом электропневмопреобразователя.Такое конструктивное выполнение вискозиметра позволяет расширить область его применения, так как введение в устройство пьезометрической трубки, повторителя, элемента сравнения, пневмоемкости ламинарного дросселя тумблера и задатчика позволяет при определенном положении тумблера изменять в зависимости от плотности жидкости скорость нарастания давления в пневмоемкости. При этом исключается влияние плотности на показания вискозиметра, определяемые величиной давления в пневмоемкости в моменты достижения шариком верхнего положения, те. осуществляется измерение динамической вязкости. При втором положении тумблера показания вискозиметра зависят от плотностй и измеряется кинематическая вязкость, Таким образом, вискозиметр может измерять как кинематическую, так и ди" намическую вязкость, что расширяет область его применения.На чертеже представлена схема вискозиметра. Устройство содержит сосуд 1, в ко" торый помещен всплывающий шарик 2, управляющее устройство 3, входы которого соединены с датчиками нижнего 4 и верхнего 5 уровней жидкости в сосуде 1 и датчиком б верхнего положения чувствительного элемента (шарика), а выходы - с клапаном 7 впуска жидкости, расположенным на линии подачи жидкости в сосуд 1, клапаном 8 выпуска жидкости, расположенным на линии слива, и с установленным в нижней части сосуда 1 устройством 9 удержания шарика в нижнем положении, пьезометрическую трубку 10, погруженную на определенную глубину в сосуд 1, соединенную с блоком 11 питания Н аиболее близким по техническойсущности и достигаемому результатук предлагаемому является вискозиметр,содержащий сосуд, всплывающий чувст"вительный элемент, размещенный всосуде, линии подачи и слива жидкости из сосуда, в которых установленыко веуправляемые запорные клапаны дадатчи;верхнего и нижнего уровней жид- .кости в сосуде, датчики верхнего положения всвсплывающего чувствительного оэлемента, устройство удерживаниявсплывающего чувствительного элемента в нижнем положении и управляющее устройство, входы которого соединены с датчиками верхнего и нижнего уровней жидкости и датчикомверхнего положения всплывающегочувствительного элемента, а выходыс управляемыми залорными клапанамии устройством удер;кивания всплывающего чувствительного элемента внижнем положении ГЗЭ .Однако так как выталкивающая,сила, действующая на шарик при еговсплытии, пропорциональна плотностиизмеряемой жидкости, время всплытия; 25шарика обратно пропорционально плотиности, т. е. вискозиметр измеряет кинематическую вязкость, равную динамичес-кой вязкости, деленной на плотность.Невозможность исключить влияние плот- Зоности на результаты измерения не позволяет измерять динамическую вязкость,чаще используемую при управлении технологическими процессами, и определяет узкую область применения устройства,Цель изобретения - повышение точ"ности измерения кинематической идинамической вязкости путем исключения влияния плотности жидкости напоказания вискозиметра.4 ОУказанная цель достигается тем,что в вискозиметр, содержащий сосуд,всплывающий чувствительный элементразмещенный в сосуде, линии подачии слива жидкости из сосуда в которыхустановлены управляемые запорные клапаны, датчики верхнего и нижнегоуровней жидкости в сосуде, датчикверхнего положения всплывающегочувствительного элемента, устройст пво удерживания вплывающего чувстви.тельного элемента в нижнем положении и управляющее устройство, входыкоторого соединены с датчиками верхнего и нижнего уровней жидкости идатчиком верхнего положения всплывающего чувствительного элемента, авыходы - с управляемыми запорнымиклапанами и устройством удерживания,всплывающего чувствительного элемента в нижнем положении дополнительно введены пьезометрическая трубка,установленная в сосуде и соединенная с блоком питания воздухом, повторитель, вход которого соединен сйьезометрической трубкой и блоком 65 питания воздухом, пятимембранный элемент сравнения, один вход которогосоЕдинен через перекидные контактытумблера с выходом повторителя и задатчиком давления, второй вход - слинией питания и входом перемейного дросселя, а третий вход - с выходом переменного дросселя и двумякрайними камерами, пневмоемкость,соединенную с соплом пятимембранногоэлемента сравнения, мембранный клапан, вход которого соединен с соплом пятимембранього элемента сравнения,а выход - с атмосферой, электропневмопреобразователь, вход которого соединен с выходом управляющего устрой ства, а выход - с управляющей каме-рой мембранного клапана, и устройство считывания, включающее повторитель, вход которого соединен с пневмоемкостью, и схему задержки на такт,и входом повторителя 12, элемент 1 сравнения, один вход которого соединен через перекидные контакты тумблера 14 с выходом повторителя 12 и задатчиком 15, второй вход - со входом переменного дросселя 16, третий вход " с выходом дросселя 16 и крайними камерами, а сопло - с пневмоемкостью 17, входом клапана 18. Устройство 19 считывания содержит повторитель 20, вход которого соединен с пневмоемкостью 17, а выход через нормально открытый клапан 21 со входом повторителя 22, Выход повторителя 22 связан через нормально закрытый клапан 23 со входом повторителя 24, выходной сигнал которого является выходным сигналом вискозиметра. Управляющие камеры клапанов 18, 21 и 23 соединены через электропневмопреобразователь 25 с выходом управляющего устройства 3,. 20Вискозиметр работает следующим образом.При отсутствии в трубке 10 измеряемой жидкости срабатывает датчик 4 нижнего уровня жидкости, который 25 через управляющее устройство 3 закрывает клапан 8 выпуска жидкости, открывает клапан 7 впуска жидкости и включает электромагнит 9, удерживающий шарик 2 в нижнем положении, и жидкость начинает поступать в сосуд 1, При достижении верхнего уровня жидкости срабатывает датчик 5 верхнего уровня и управляющее устройство 3 закрывает клапан 7 впуска жид- З 5 кости, .отключает электромагнит 9,закрывает пневмокланан 18 и открывает клапан 21, шарик 2 начинает всплывать под действием выталкивающей силы жидкости, а в пьезометрической трубке 10 устанавливается 40 давление пропорциональное плотности жидкости. При этом в случае измерения динамической вязкости (тумблер 14 в положении А) давление в пьезо" метрической трубке 10 отслеживается 4 повторителем 12 и через тумблер 14 подается на вход элемента 13 сравнения,. Причем мембранный блок элемента 13 сравнения устанавливается в такое положение, при котором пеРе пад давления на дросселе 15 будет равен давлению в пьезометрической трубке 10, т,е, пропорционален плот ности измеряемой жидкости, Пневмоемкость 17 начинает заполняться через переменный дроссель 16 и сопло элемента 13 сравнения со скоростью про порциональной перепаду на дросселе 16, равному давлению в пьезометри" ческой трубке 10, а Следовательно, пропорциональной плотности жидкости, бО Давление в пневмоемкости 17 повторяется повторителем 20 устройства 19 считывания и через открытый кла" пан 21 поступает на вход повторителя 22. При достижении шариком 2 верх него положения чувствительного элемента, который через управляющее устройство 3 открывает клапан 8 выпуска жидкости, закрывает клапан 21 и открывает клапаны 18 и 23, При этом в глухой камере повторителя 22 запоминается давление, равное давле" нию в пневмоемкости в мОмент срабатывания датчика Ь, которое через открывшийся клапан 23 и повторитель ,24 поступает на выход вискозиметра.Движущей силой Рд , действующеГ на ш арик во время всплытия, являетсяВ Рвыталкивающая сила, которая может быть определена по уравнениюРВ= ЪЧф (1) где Ч- объем шарика;У - плотность жидкости 1Я - ускорение свободного падения.П Ротиводействующая сила сопротивления Рс определяется по Формуле СтоксаЯс (2)где й - радиус шарика;Я - перемещение шарика (расстояние между нижним и верхнимположением шарикавремя перемещения шарика,т.е. время его всплытия)й- динамическая вязкость,Согласно принципу Даламбера РдВ == Р, решая совместно уравнения (1)"(3), получаем выражения для временивсплытия шарика-- К,О, (4)6 Л"ВЯ Фушч угде коэффициент пропорциональности6 УВЯМк - кинематическая вяз"ш ЧкостьВеличина сигнала вискозиметра РВь) равная давлению в пневмоемкости Р в момент времени , т.е. в момент достижения шариком верхнего положения и в момент считывания, определяется по уравнениюРВьк= Р Югде 6 - расход воздуха через ламинарный дроссельЧ - объем пневмоемкости)С - время всплытия шарика.Расход воздуха через линейный ламинарный дроссель определяется по уравнению0 = КЬР, (6)где Кд - коэффициент пропорциональности, определяемыйпараметрами дросселя,6 Р - перепад давления надросселе.Перепад на дросселе равен давлению в пьезометрической трубке, т.е,дР=НУд, (7)где Н - глубина погружения трубки в жидксбтЫР - плОтнОсть жидкостиПосле подстановки (4), (6), (7)в (5) получаем6 У 11 БИКЬгде К - коэффициент пропорциональности,Иэ выражения (8) следует, что величина выходного сигнала не зависитот плотности жидкости и пропорциональна динамической вязкости.При необходимости измерения кинематической вязкости необходимо пере)хлючать тумблер 14 в положение Б.Приэтом на вход элемента 13 сравнениячерез тумблер 14 поступает постоянное давление от задатчика 15, надросселе 16 устанавливается перепад,равный давлению но время всплытияшарика 2, давление Р в пневмоемкости17 нарастает с постоянной, не зависящей от плотности, скоростью, а в момент достижения шариком верхнего положения оно, а следовательно, и выходной сигнал Р) пропорциональновремени всплытия шарика(согласно5), а следовательно, и кинематической вязкости 4(согласно 4)Таким образом, предлагаемое устройство имеет более широкую область применения, так как поэноляет измерять не только кинематическую, но и 1цинамическую вязкость, н то время как известный вискозиметр позволяет измерять только кинематическую вязкость. Предлагаемый вискозиметр можно испольэовать н производстве хлора и каустнка по ртутному методу для измерения вязкости серной кислоты, циркулирующей в сушильных колоннах.Формула изобретенияВискозиметр, содержащий сосуд, всплывающий чувствительный элемент, размещенный н сосуде, линии подачи и слива жидкости иэ сосуда, н которых установлены управляемые эапорные клапаны, датчики верхнего и нижнего уровней жидкости в сосуде, датчик верхнего положения. всплывающего чувствительного элемента, устройство удерживания всплывающего чувстнительного элемента в нижнем положении и управляющее устройство, нходыкоторого соединены с датчиками верхнего и нижнего уровней жидкости идатчиком верхнего положения всплывающего чувствительного элемента, авыходы - с управляемыми запорнымиклапанами и устройством удерживаниявсплывающего чувствительного элемента в нижнем положении, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности измерения кинематической и динамической вязкостипутем исключения влияния плотностижидкости на показания вискозиметра,в него дополнительно введены пье зометрическая трубка, установленнаяв сосуде и соединенная с блоком питания воздухом, повторитель, входкоторого соединен с пьезометрической трубкой и блоком питания возду- ;Щ хом, пятимембранный элемент сравнения, один вход которого соединенчерез перекидные контакты тумблера свыходом повторителя и зацатчикомдавления, второй вход - с линией питания и входом переменного дросселя,а третий вход - с выходом переменного дросселя и двумя крайними камерами, пневмоемкость, соединенную ссоплом пятимембранного элемента сравнения, мембранный клапан, вход которого соединен с соплом пятимембранного элемента сравнения, а выход - сатмосферой, злектропненмопреобразователь, нход которого соединен с выходом управляющего устройства, а выход - с управляющей камерой мембранного клапана, и устройство считывания,включающее повторитель, вход которогосоединен с пневмоемкостью, и схему задержки на такт, причем управляющие 40 входы устройства считывания соединеныс выходом электропневмопреобраэователя. Источники информации,45 принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 579564, кл, С 01 Ы 11/10, 1977,2. Авторское свидетельство СССРР 362229, кл. 8 01 И 11/10, 196950 3. Авторское свидетельство СССРР 669269, кл, С 01 1) 11/10, 1975894475 Составитель Э. СкорняковРедактор Н,Безродная Техред М.Надь Корр Шекма г. Ужгород, ул. Проектна ППП "Патен Тираж 910ударственного комитеизобретений и откры Ж, Раушская наб. 71/67 ВНИИПИ Госпо делам 035, Москва ПодписноеССР 4/5,