Устройство для измерения параметров жидких сред

(51)5 С 01 И 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССРс НИЕ ИЗОБРЕТЕН А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.Али ство СССР /10, 1985, брационныйлаборатория,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МЕТРОВ ЖЩКИХ СРЕД ЗМЕРЕНИЯ ПАРА к устройсгических Цель величина тока соо от плотности жид ныл блок по извест параметрам устам значениям тока котором измеряетс тносит зависяще леноидакости.ным конройства ования ре екучих ср Вычислитель структивным и измеренн тока, о зкости и време ределяе независи и мн Йзо ь ение относится к иэ и ти, динами вязкости в лотно еское температур еталлов, с и н цель изоб ти измере етения - повышения динамической т плавы мсмазочи др.зованоцинскогоконтрол кости ые масла,жидкости) и(57) Изобретен твам для иссле характеристик изобретения - иерения вязкос расширении Аун тей. Устройств ный блок, блок . тельный блок и овьппение точности изи при одновременном циональных возможноссодержит измеритель- управления, вычисли- блок индикации, Измеескои и кинематисокотемпературныхых жидкостей (расекла и пластмасс,аки, краски, кровьможет быть исполь рительный блок содержит погруженныйв исследуемую жидкость зонд, прикрепленный к вертикальному штоку смагнитньл стержнем, левитирующим вмагнитном поле соленоида. Блок управлення устройства изменяет величинутока соленоида, в результате чегоыток периодически из состояния левитации в нижней точке зависания наоси соленоида переходит в режимподъема в верхнюю точку зависанияс последуюцим свободным падениемиз этой точки, при которой измеряется время равномерного снижения штоказависящее от вязкости жидкости и возвращении в исходную нижнюю точку зависания в состоянии левитации, при ни, равного движени т искомые значенияотности одновременно2 з.п. А-лы, 1 ил. ред в металлургическом, стекоимическом, лакокрасочном и дрроизводствах. ри одновременном расширении альных возможностей устройсНа чертеже изображена схеУстройство содержит измерительныйблок 1, блок 2 управления, вычислительный блок 3 и блок 4 индикацииизмеряемых величин 5Измерительный блок 1 содержит вертикальный осевой шток 5, состоящийиз магнитного стержня 6, металлической втулки 7, выполненной из неферромагнитного материала, корпуса 8, 10тонкого стержня 9 и цилиндрическогозонда 10, цилиндрический измерительный сосуд 11 с исследуемой жидкостью12, цилиндрический стакан 13 из теплоизоляционного токонепроводящего материала, связанный резьбовым соединением с сосудом 11 и имеющий на днецентральное отверстие 14, соленоид15, три индукционные катушки 16-18,генератор 19 гармонических колебаний 20повышенной частоты, два генератора20 и 21 гармонических колебаний высокой частоты, два преобразователя 22и 23 ток-напряжение, аналоговый мультиплексор 24, транзистор 25, измерительный резистор 26, резистор 27формирования напряжения уставки максимального тока соленоида 15, элементНЕ 28, элемент И 29, счетчик 30 времени равномерного снижения штока 5 и 30(АЦП) 31.Блок 2 управления содержит триэлемента НЕ 32-34, четыре элементаИ 35-38, генератор 39 импульсов, двадвоичных счетчика 40 и 41 к КБ-триггер 42,Вычислительный блок 3 содержитблок 43 умножения, два блока 44 и 45масштабных коэффициентов, блок. 46вычитания, блок 47 деления и задатчик48 постоянного двоичного кода.Блок 4 индикации содержит ,элемент49 индикации плотности, элемент 50индикации динамической вязкости иэлемент 51 индикации кинематическойвязкости жидкости. Измерительный блок 1 служит для формирования кода винтервале времени перемещения штока 5 между индукционными катуиками 16 и 17 в режиме падения и кода тока соленоида 15 в режи-, ме магнитной левитации штока, передаваемых в вычислительный блок 3, а также для выработки сигналов о начале1 и окончании счета времени перемещения штока 5, передаваемых в блок 2 управления. Блок 2 управления служит для формирования импульсов счета временных интервалов, выработки сигнала установки нуля счетчика времени равномерного снижения штока и сигнала переключения входов мультиплексора, передаваемых в измерительный блок, а также выработки сигнала пуска вычислительного блока.Вычислительный блок 3 служит для выполнения математических операций с кодом интервала времени равномерного снижения штока 5 и кодом тока соленоида 15, поступающих из измерительного блока 1.Блок 4 индикации регистрирует значение вычисленных блоком 3 измеряемых параметров потока текучей среды.Устройство работает следующим образом.При отключенном напряжении питания соленоид 15 обесточен и шток 5 находится в нижнем нерабочем положении, опираясь под действием собственного веса на дно стакана 13. При этом тело втулки 7 полностью заполняет рабочие зоны индукционных катушек 16- 18.Зонд 10 погружен в измерительный сосуд 11, заполненный исследуемой жидкостью 12 до уровня, превышающего положение верхней кромки зонда 10 при зависании штока 5 в верхней точке на оси соленоида 15.После включения питающего напряжения катушка 18 центрирования штока 5 запитывается током повышений частоты ( - 1 кГц) от генератора 19, а катушки 16 и 17 измерения положения штока 5 запитываются током высокой частоты ( - 1 1 Гц) от генераторов 20 и 21.Сигналом начальной установки КБ- триггер 42 устанавливается в единичное состояние. Напряжение "1" с выхода КБ-триггера 42 поступает на адресный вход мультиплексора 24, благодаря чему его выход подключается к его первому информационному 0-входу, на который через резистор 27 подается напряжение уставки максимального тока соленоида 15, Это напряжение поступает на базу транзистора 25, открывая его до величины максимального тока, который, протекая по обмотке соленоида 15, создает магнитное поле, которое, взаимодействуя с магнитным стержнем 6, создаетмаксимальную направленную снизу вверх смолу, под действием которой шток втягивается в соленоид, начиная ре-жим подъема. При движении штока 5 :вверх втулка 7 последовательно выходит из рабочйх зон катушек 16 и 17. После выхода нижней кромки втулки 7 из рабочей зоны катушки 17 напряжение на выходе преобразователя 23 снижается до нуля, в результате чего на выходе элемента НЕ 32 устанавливается напряжение "1", которое поступает на В.-вход сброса счетчика 40, положительным Ьронтом устанавливая его в нулевое состояние, и на первый вход элемента И 35, разрешаяпередачу импульсов с выхода генератора 39 на счетный С-вход счетчика 40, который по отрицательному фронту импульсов начинает счет времени выдержки штока 5. в верхней точке зависания в магнитном поле соленоида 15. Время, необ-. ходимое для полного успокоения (остановки) штока 5 в верхней точке зависания, устанавливается экспериментально. По истечении этого времени на выходе одного из разрядов счетчика 40 появляется напряжение "1", по. - : ложительным Фронтом которого ВЯ-триггер 42 и счетчик 30 устанавливаются в нулевое состояние. Этим заканчивается режим подъема штока 5 в верхнюю зону его зависания перед началом выполнения измерений, В верхней точке зависания магнитная сила создается максимальным током соленоида 15. При этом коэАициент силового взаимодействия магнитных полей соленоида 15 и магнита стержня 6 устанавливается в зависимости от силы уравновешивания равнодействующей силы тяжести штока 5 и выталкивающей силы, действующей на зонд 10 со стороны исследуемой жидкости 12, Высоту втулки 7 выбирают такой, чтобы тело втулки 7 не выходило из зоны центрирующего действия катушки 18 на протяжении, всего хода штока 5. Поэтому в процессе перемещения штока 5 (как при подъеме, так и последующем опускании) его ось совпадает с осью катушки 18 и, следовательно, с осью измерительного сосуда 11.Напряжение "0" с выхода КБ"триггера 42 поступает на адресный вход мультиплексора 24, благодаря чему база транзистора 25 соединяется с выходом преобразователя 22, напряжение 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 на котором в этот момент равно нулю,:. Это приводит к сидению тока соленоида 15 с максимального значения до нулевого, в результате чего действие удерживающей магнитной силы исчезает и ыток 5 начинает свободно падать из верхней точки зависания, испытывая сопротивление вязкостной силы, действующей на зонд 10 со стороны исследуемой жидкости 12. Режим свободного падения штока совершается в три этапа:разгона;-.равномерного снижения;торможения.На этапе разгона скорость свободного падения ытока 5 за время разгона возрастает от нуля до некоторой постоянной скорости равномерного.снижения, при которой сила вязкостного сопротивления, действующая на зонд 10 со стороны исследуемой жидкости 12, максимальная и полностью уравновеылвает силу движения штока 5 вниз. При этом ыток 5, снижаясь, проходит некоторый путь разгона. Этап разгона должен завершиться до момента вхождения нижней кромки втулки 7 в рабочую зону верхней катушки 7. Нсходя нз этого, расстояние от нижней кромки втулки 7 при зависании штока 5 в верхней точке оси соленоида 15 до верхнего края рабочей зоны катушки 17 устанавливается по максимальному пути 1 , разгона, определяемому по нияйим пределам измерения вязкости и плотности исследуемой жилкости 12. По мере опускания штока 5 втулка 7 начинает входить в рабочую зону катушки 17. Переменное магнитное поле частоты, возбуждаемое катушкой 17, индуцирует в теле втулки 7 вихревые токи, магнитное поле которых индуцирует в катушке 17 противо-ЭДС, которая. снижает амплитуду тока высокой частоты катушки 17, но увеличивает напряжение постоянного тока на выходе преобразователя 23. Период разгона ытока 5- заканчивает- ся в тот момент, когда напряжение на выходе преобразователя 23 достигнет значения "1". К этому времени скорость сщвкения штока 5 уже достигает постоянного значения, а шток 5 проходит путь 1 разгона.Этап равномерного снижения начинается в тот момент, когда напряжение "1" с выхода преобразователя 23 пос тупает на второй вход элемента И 29,на первый вход которого в это времяс выхода элемента НЕ 28 подаетсянапряжение "1", благодаря чему импульсы с выхода генератора 39 черезтретий вход элемента П 29 поступают)а счетньп вход счетчика 30, которыйгачинает счет времени равномерного1 нижения штока 5. Напряжение "1" свыхода преобразователя 23 поступает1 гакже на .вход элемента НЕ, 32 и формиует на его выходе напряжение "О",запрещая передачу импульсов с выходаеератора 39 на вход счетчика 40,оторьп фиксирует при этом код общего времени подъема и опускания штока5 от начала рабочей зоны катушки 17цо верхней точки зависания штока 5л обратно.20После прохождения штоком 5 некодорогопути 1 втулка 7 входит в рабочую зону катушки 1 б, увеличиваянапряжение на выходе преобразователя22, и, ка только оно достигнет уровня "1", с выхода элемента НЕ 28 напервьпл вход элемента И 29 подаетсянапряжение "О" которое запрещаетпередачу импульсов с выхода генератора 39 на вход счетчика 30, которыйЭФиксирует в этот момент двоичньпкод, соответствующий времени равномерного снижения штока 5. Зтот кодсодержит в себе инАормацию о значении динамической вязкости.э 5Плотность исследуемой жидкости 12определяется по величине тока соленоида 15 в состоянии магнитной левитации штока 5 после завершения этапаторможения штока.Торможение штока 5 осуществляетсямагнитной силой соленоида 15, котораявозникает в момент вхоядения нижнейкромки втулки 7 в рабочую зону катушки 16. По мере погружения втулки 7в рабочую зону катушки 16 напряжение4на выходе преобразователя 22 и, следовательно, на базе транзистора 25возрастает, в результате чего, токсоленоида 15 растет и магнитная силаторможения увеличивается, причем чем,50глубже втулка 7 погружается в рабочуюзону катушки 1 б, тем больше становится магнитная сила ториожееия,Нарастание силы торможения происходит до тех пор, пока она не уравновесит равнодействующую силы тяжестиштока 5 и выталкивающей силы исследуемой жидкости 12, в результате чего шток 5 останавливается и переходит всостояние магнитной левитации в нижней точке зависания на оси соленоида15. При этом величина его тока пропорциональна равнодествующей силытяжести штока 5 и выталкивающей силыисследуемой жидкости 12. В состояниилевитации магнитный стержень б погружен в обмотку соленоида 15 примернона середину своей длины, что соответствует максимальному коэААициентусилового взаимодействия соленоида 15с магнитным стержнем б. Ток соленоидапри этом содержит в себе инАормациюо плотности исследуемой жидкости.По известным конструктивным параметрам устройства, величинам токасоленоида 15 и времени равномерногодвижения штйка 5 вычислительный блок3 производит вычисление параметровжидких сред. При этом код величиныплотности жидкости с выхода блока4 б вычитания поступает на вход элемента 49 индикации, код величиныкинематической вязкости с выходаблока 47 деления поступает на входэлемента 50 индикапии, а код величины динамической вязкости с выходаблока 45 масштабного кбМААициентаподается на вход элемента 51 инди-кацииБлагодаря возможности одновременного измерения комплекса реологических характеристик текучих сред,предлагаемое устройство позволяетзаменить несколько самостоятельныхприборов (вискозиметры динамическойи кинематической вязкости и плотномер) одним прибором.Устройство измеряет вязкость жид-кости независимо от ее плотности,что обуславливает высокую точностьее измерения,многоцелевое назначение устройст"ва создает удобства его использованияпри научных исследованиях и технологическом контроле, так как позволяетс помощью одного устройства получатьданные о нескольких характеристикахисследуемой жидкости одновременно,Формула изобретения1. Устройство для измерения параметров жидких сред, содержащее измерительный блок, блок управления, вы-. числительный блок и блок индикации, причем измерительный блок содержитвертикальный шток, состоящий из магнитного стержня, теплоизолирующего корпуса, металлической втулки и зонда, погруженного в исследуемую жид-5 кость, соленоид, охватывающий магнитный стержень, индукционную катуш- ку центрирования штока с осью соленоида, индукционную катушку измерения положения штока по вертикали, соединенную электрически посредством первого преобразователя ток-напряжение с входом цепи регулирования тока соленоида, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения вязкости при одновременном расширении функциональных возможностей, в измерительный блок устройства введены дополнительная индукционная катушка измерения положения штока по вертикали, соединенная с вторым преобразователем ток-капряжение, аналоговый мультиплексор, элемент НЕ, элемент И, первый счетчик, транзистор, аналого-цифровой пре образователь, причем первый вход аналогового мультиплексора подключен через резистор к источнику питания соленоида, а второй вход и вход элемента НЕ соединены с выходом первого преоб" 30 разователя ток-напряжение, первый вход элемента И и второй вход блока управления соединены с выходом элемента НЕ, второй вход элемента И и пеРвый вход блока управления соедине.- ны с выходом второго преобразователя ток-напряжение, третий вход элемента И соединен с первым выходом блока управления, выход аналогового мультиплексора соединен с входом транзис О тора, выход которого через аналогоцифровой преобразователь соединен с вторым входом вычислительного блока, выход элемента И соединен с первым входом первого счетчика, выход кото рого соединен с первым входом вычислительного блока, второй вход счетчика - с вторым выходом блока управления, третий вход аналогового мультиплексора соединен с третьим выхо 50 дом блока управления, четвертый выход блока управления соедини с третьим входом вычислительного блока.2. Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит три элемента НЕ, четы ре элемента И, генератор импульсов, два дополнительных счетчика, триггер, причем вход первого элемента НЕ является первым входом блока управ;пс - ния, вход второго элемента НЕ являе 1 ся вторым входом блока управления, первый вход первого элемента И и второй вход второго дополнительного счетчика соединены с выходом первого элемента НЕ, первый вход второго элемента И и второй вход третьего дополнительного счетчика соединены с выходом второго элемента НЕ, вторые входы первого и второго элементов И соединены с выходом генератора импульсов и являются первым выходом блока управления, первые входы второго и третьего дополнительных счетчиков соединены соответственно с выходом первого и второго элементов И, выход второго дополнительного чика соединен с первым входом триггера и является вторым выходом блока управления, первые входы третьего и четвертого элементов И соединены с первым выходом третьего дополнительного счетчика, второй вход третьего элемента И и вход третьего элемента НЕ соединены с вторым выходом третье. го дополнительного счетчика, выход третьего элемента 11 соединен с вторым входом триггера, выход которого является третьим выходом блока управления, выход третьего элемента НГ соединен с вторым входом четвертого элемента 11, выход которого является четвертым выходом блока управления.3, Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что вычислительный блок содержит блок умножения, два блока масштабных коэААициентов, блок деления, блок вычитания и задатчик постоянного двоичного кода, причем первый вход блока умножения является первым входом вычислительного блока, второй вход блока умножения и первый вход второго блока масштабного коэАЬициента объединены и являются вторым входом вычислительного блока, третий вход блока умножения и второй вход второго блока масытабного коэЫ:ициента объединены и являются третьим входом вычислительного блока, выход блока умножения соединен с входом первого блока масштабного коэййициента, первый вход блока деления соединен с выходом первого блока масштабного коэЬАициента, первый вход блока вычитания соединен с выходом задатчика постоянного двоичного кода, второй вход блока вычи12 1539592 тания соединен с выходом второго блока масштабного коэААициента, выходблока вычитания соединен с вторымвходом блока деления, выход первогоблока масштабного коэййициента соединен с входом элемента индикации диль Я.ВасильевОлийнык Корректо Соста Техре Кучерява едактор Л.Ревин Подписи крытиям прн ГКНТ СССРд. 4/5 обретениям и митета поква, 1 Крс аушская ственно-издательский комбинат "Патент", г,ужгород агарина, 10 рои( Тираж ченного ко13.035, Нос намической вязкости, выход блока деления соединен с входом элемента индикации кинематической вязкости, выход блока вычитания соединен с входом элемента индикации плотности ис-следуемой жидкости.