Устройство для определения поверхностного натяжения жидкостей

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских.СоциалистическихРеспублик и 935751(51)М. Кл,С 01 И 13/02 Государстеаиай каиитет ио делам хзобретенкй и открыткй) Заявитель мбовскии институт химического(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕ.ЧЕНИЯ ПОВЕРХНОСТННАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ етению еделен Изобретение относится к измерителной технике, в частности к приборамдля автоматического бесконтактногоизмерения поверхностного натяженияжидкостей, и может найти применениев химической, пищевой и других отраслях промышленности.Известно устройство для измеренияповерхностного натяжения по максималному давлению пузырька газа, выходящего из калиброванного отверстия,представляющее собой пневйатическуюмостовую схему, в противоположныеплечи которой включены капилляр ибарботажная трубка, установленныена одном уровне в контролируемойжидкости 11 1.Недостатком такого устройства является наличие контакта с контролируемой средой, что делает "Йевозможным измерение поверхностного натяжения вязких жидкостей,Наиболее близким к изобрявляется устройство для опр ия поверхностного натяжения жидкостей,содержащее струйную трубку, расходомер, блок фиксации момента переходаповерхности жидкости из устойчивогосостояния в неустойчивое, содержащийструйный элемент "трубка-трубка",усилитель и дроссель, при этом струйнаятрубка расположена в центральнойплоскости, перпендикулярной к оси элемента "трубка-трубка" 21.Однако выходной сигнал такого устройства представлен в аналоговой форме, что понижает точность измеренийпри передаче показаний на расстояние,Цель изобретения " повышение точности определения и получение информации в частотно-импульсной форме.Для достижения поставленной целив устройстве, содержащем струйную труб 2 оку, расходомер и блок фиксации момента перехода поверхности жидкости изустойчивого состояния в неустойчивое,содержащий струйный элемент "трубкатрубка", усилитель и дроссель, блокЭ 93575Фиксации момента перехода поверхности жидкости. из устойчивого состояния в неустойчивое содержит инерционное звено, управляемое сопротивление, пневмореле, пятимембранный пневматический сумматор, пульсирующее сопротивление, две пневмоемкости, задатчик начального давления и частотомер, при этом выход усилителя через инерционное звено соединен со входом уп равляемого сопротивления, установленного в цепи отрицательной обратной связи пневмореле, включенного по схеме отрицания, к выходу управляемого сопротивления подключена первая пнев моемкость, а выход пневмореле соединен. с частотомером и с камерой управления пульсирующего сопротивления, вход которого соединен с выходом пятимембранного пневматического сумма тора, положительные камеры которого соединены соответственно с задатчиком начального давления и с выходом пульсирующего сопротивления, к которому через вторую пневмоемкость, 25 дроссель и расходомер подключенвход струйного элемента.На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство.30Сжатый воздух подается на вход трубки 1 струйного элемента "трубка- трубка". Выход трубки 2 этого же элемента подключен через постоянный дроссель 3 в камеру 4 усилителя 5, а камера 6 соединена с задатчиком 7. Выход усилителя 5 через инерционное звено (дроссель 8 и пневмоемкость 9) соединен с камерой 10 управляемого сопротивления 11, установленного в линии отрицательной Обратной связи трехмембранного пневмореле 12, включенного по схеме отрицаний, при этом выход реле 12 включен в сопло управляемого сопротивления 11, расположенного в камере 13. Камера 13 соединена 45 с пневматической емкостью 14 и камерой 15 пневмореле 12, Выход реле 12 подключен через .усилитель мощности 16 к частотомеру (на чертеже не показан) е к камере 17 управленияпульсирующего сопротивления 18. Камеры 19 и 20 пульсирующего сопротивления 18 подключены к выходу пятимембранного пневматического сумматора 21, включенного посредством подачи выход ного давления в отрицательную камеру 22 по схеме повторителя давления. По" ложительные камеры 23 и 24 сумматора 1 421 подключены соответственно к задатчику 25 и к выходу в камеру 26 пульсирующего сопротивления 18. Выходпульсирующего сопротивления 18 соединен с пневмоемкостью 27 и черездроссель 28 и расходомер 29 подключен ко входу струйной трубки 30. Вкамеры 31 и 32 подано давление подпора. Камера 33 соединена с пневмоемкостью 34 и имеет упругие сопла 35и 36Принцип действия устройства осно,ван на зависимости скорости газовойструи, при которой происходит переход от устойчивого режима взаимодействия к неустойчивому, от коэФфициента поверхностного натяжения жидкости.Струя газа, вытекая из трубкиструйного элемента "трубка-трубка",попадает на вход трубки 2, откудачерез дроссель 3 поступает в камеру4 усилителя 5, в камеру б которого подано давление задания с задатчика 7,Пока поверхность контролируемой жидкости устойчива и неподвержена периодическим колебаниям, давление Р,1 вкамере 4 усилителя 5 6 ольше давленияР в камере 6 этого же усилителя.При этом давление на выходе усилителя5 Р = 1, Происходит заполнение емкости 9 через дроссель 8 сжатым воздухом. Давление в. емкости 9 изменяется и может быть определено из уравненияТ +Р =Ргде Т 1 - постоянная времени инерционного звена (дроссель 8, емкость 9),время;Р 9, - давление в емкости 9.ростом давления Р, в емкости 9растет давление, В камере 10 управляемого этим давлением дросселя 11 сростом давления Р 1, уменьшается сопротивление дросселя 11, В камеру 31реле 12 подается давление подпора, акамера 15 соединена с апериодическимзвеном (емкость 14 и управляемый дроссель 11), давление на вход которогопоступает с выхода реле 12. В камере 15 в процессе ее заполнения сжатымвоздухом давление изменяется от значения Р, до Р, которые называютсядавлениями срабатывания. В начальныймомент времени под действием подпорав камере 31 подвижный мембранный блокреле опускается вниз и открываетверхнее сопло, через которое воздухР-Р25 давление на входе апериодического звена. е Когда давление в камере 15 станет равным Р, мембранный блок поднимает- ЗЕ ся и закрывает сопло питания. На выходе генератора сигнал становится равным нулю, т,е. Р := О. При этом через сопротивление 11 йачинают опорожняться камеры 15 и емкость 14. Давление 3 в емкости 14 уменьшается по экспонен" те от Р до РДлительность импульса С , в течение которого Р= О, определяется из уравнения40С =: тЕи-.Р2 ЪВ момент времени, когда Р 1= Р мембранный блок реле 12 переместится вниз и на выходе генератора вновь появится сигнал, равный единице.Частота колебаний на вйходе генератора изменяется с изменением сопротивления 11 и определяется из урав- нения С+С,При Р == 0 мембранный блок пульсирующего пневматического сопротивления 18 под действием подпоа, поданного в камеру 17, находится в нижнем положении, при этом емкость 34 соединяется через открытое упругое сопло 35, камеру 20 с выходом сумматора 21. 5 9357 питания поступает на вход генератора, где сигнал становится равным. единице. Этот сигнал поступает на вход апериодического звена, поэтому в емкости 14, а следовательно, и в камере 15 реле 12 давление начинает возрастать по экспоненте от Р 1 до4Р, Скорость роста давления в камере 15 зависит от проводимости управляемого сопротивления 11, т.е от О постоянной времени Т апериодического звена (емкость 14, сопротивление 11); определяемого из уравненияТ = - ,Й13 где 7,14 - объем емкости 14;К - газовая постоянная;9 - абсолютная температура;проводимость управляемогосопротивления 11. 20Длительность С единичного импульса на выходе генератора определяется уравнением51 6 величинои.Пульсации давления, возникавыходе пульсирующего сопротивле18, перед поступлением на входной трубки 30 сглаживаются емко 27 и дросселем 28.Расход газа С через дроссель 28Са(Р Руо)где с - проводимость дросселя 28;Р - давление на входе струйнойтрубки 30;Р 7 - давление в емкости 27.Рост давления в емкости 27 определяется разностью расходов через пульсирующее сопротивлениеи через дроссель 28 С .В установившемся режиме, когдаС= С, С=РпульсируЮщее сопроет с частотойЫЩРо - Рзо) ющие на ния струй- стью ы и Р =сопяС,тивление 18 работаопределяющей ра ваемого на вход Яд газа С, подаруйной трубки 30 На выходе сумматора 21 при этом будетдавлениеР 1 Рдб + Рутгде Р 2 - давление, устанавливаемоезадатчиком 25,Р- давление в емкости 27 на выходе пульсирующего сопротивления.Таким образом, при Р ="0" емкость34 соединена через сопло 35 с выходомсумматора 21, имеющим абсолютное давление Р 2,1, и в соответствии с закономсостояния газа количество газа Янаходящегося в емкости 34, определяется выражениемИ Мо КО.При Р - 1 емкость 34 разобщаетсяс выходом сумматора 21 и оказываетсясоединенной через открытое свело 36, с емкостью 27 с абсолютным давлениемРИКоличество газа О 1, находящегосяв емкости 34 при Рт, равно .Ри Ч= к вТак как Р.-.- Р + Р, то ЬЯч --ч,и(а ) яьПоследнее уравнение показывает,что количество газа эа время одногопереключения передается с выхода сумматора 21 на вход пульсирующего сопротивления 18 и является постояннойи вызывающего автоколебания в жидкостипри ее взаимодействии с газовой струей,На сопротивлении 28 поддерживаетсяперепад давления 5дРЙБЗ 4д й 9значение которого определяет расходгаза через сопротивление 28,При малом сопротивлении струйной 1 Отрубки 30 Р = Р ц, поэтому расходгаза при Р = сойэ 1 определяетсядавлениемр Рр Ч 4,У о й 915Использование предлагаемого устройства позволяет повысить точность измерений и надежность при контроле пожаро- и взрывоопасных сред, а такжеполучить информацию о контролируемом 20. параметре в частотно-импульсной форме,Кроме этого, устройство имеет потенциальный и токовый выходы, на которыхинформация о контролируемой величинепредставляется соответственно в виде 25расхода газа и давления на выходепульсирующего сопротивления. При необходимости о контролируемой величине можно судить по показаниям расходомера 29 или по показаниям манометра щ(на чертеже не показан), измеряющегодавление в емкости 2. ния в неустойчивое, содержащий струйный элемент "трубка-трубка", усилитель и дроссель, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности определения и получения информации в частотно-импульсной форме,лок фиксации момента перехода тюверхности жидкости из устойчивогосостояния в неустойчивое содержитинерционное звено, управляемое сопротивление, пневмореле, пятимембранныйпневматический сумматор, пульсирующеесопротивление, две пневмоемкости, задатчик начального давления и частотомер, при этом выход усилителя черезинерционное звено соединен со входомуправляемого сопротивления, установленного в цепи отрицательной обратнойсвязи пневмореле, включенного по схеме отрицания, к выходу управляемогосопротивления подключена первая пневмоемкость, а выход пневмореле соединен с частотомером и с камерой управления пульсирующего сопротивления,вход которого соединен с выходом пятимембранного пневматического сумматора, положительные кАмеры которогосоединены соответственно с задатчикомначального давления и с выходом пульсирующего сопротивления, к которомучерез вторую пневмоемкость, дроссельи расходомер подключен вход струйного элемента,Формула изобретения 35 Устройство для определения поверхНостного натяжения жидкостей, содержащее струйную форму, расходомер и блок фиксации момента перехода поверх-о ности жидкости из устойчивого состояИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРЮ 265551, кл. С О 1 И 13/02, 1968,2, Авторское свидетельство СССРпо заявке У 2831299/18-28,кл. С 01 И 13/02, 1979, (прототип).