Устройство для измерения физико-химических параметров жидких сред

 

Изобретение относится к приборостроению , к устройствам для измерения физикохимических параметров жидких сред, таких как плотность, вязкость и поверхностное натяжение . Цель изобретения - повышение надежности и расширение функциональных возможностей. Для этого измерительный сосуд с контролируемой жидкостью разделен на две части установкой внутри двух металлических сеток. При этом образуются два электрически связанных обьемных резонатора . Принцип работы схемы управления основан на использовании резонансных явлений в связанных резонаторах вследствие взаимодействия с жидкостью без пузырьков газа и при его наличии. Положительный эффект от использования изобретения заключается в возможности одновременного измерения вязкости, плотности и поверхностного натяжения жидких сред непосредственно на технологическом оборудовании, повышении быстродействия системы измерения, отсутствии необходимости точного поддержания уровня в измерительном сосуде. 1 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 11/06

ГОСУДАРСТВ Е ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4686367/25 (22) 28.03.89 (46) 23,09,91. Бюл. ¹ 35 (72) Д.А,Дмитриев и М.М,Мордасов (53) 621.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 813271, кл. G 01 R 19/04, 1981.

Фудим Е.В. Пневматическая вычислительная техника. — М.: Наука, 1973, с. 248253.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1518723, кл. G 01 N 11/06, 1988. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКИХ СРЕД (57) Изобретение относится к приборостроению, к устройствам для измерения физикохимических параметров жидких сред, таких как плотность, вязкость и поверхностное натяжение. Цель изобретения — повышение

Изобретение относится к приборостроению, в частности к устройствам для измерения физико-химических свойств жидких сред, таких как плотность р, вязкость и поверхностное натяжение о, и может найти применение в химической, пищевой, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.

Целью изобретения является повышение надежности и расширение функциональных возможностей.

На чертеже изображено устройство для измерения физико-химических параметров жидких сред.

Внутри измерительного сосуда 1 с контролируемой жидкостью размещены металлические сетки 2 и 3. В дне сосуда 1 по оси

„„SU „„1679279 А1 надежности и расширение функциональных возможностей. Для этого измерительный сосуд с контролируемой жидкостью разделен на две части установкой внутри двух металлических сеток. При этом образуются два электрически связанных объемных резонатора. Принцип работы схемы управления основан на использовании резонансных явлений в связанных резонаторах вследствие взаимодействия с жидкостью без пузырьков газа и при его наличии.

Положительный эффект от использования изобретения заключается в воэможности одновременного измерения вязкости, плотности и поверхностного натяжения жидких сред непосредственно на технологическом оборудовании, повышении быстродействия системы измерения, отсутствии необходимости точного поддержания уровня в измерительном сосуде. 1 ил. установлена барботажная трубка 4 в виде цилиндра с отверстием 5 по центру. Барботажная трубка 4, выполняющая также функцию электрического вибратора, соединена с выходом генератора 6 СВЧ и измерителем 7 резонансной частоты.

В стенке измерительного сосуда 7 между дном 8 и сеткой 2 установлена первая приемная петля 9 связи, соединенная через усилитель 10 с входом 11 элемента 12, реализующего операцию "Запрет", и с входом блока 13 автоматической подстройки частоты (АПЧ). Выход элемента 12 подключен к входу блока 14 измерения экстремума аналогового сигнала. Выход блока 13 подключен к входу элемента НЕ 15 и входу 16

1679279

fp.тор а—

27г ",и,с . Ь а+Ь

30

40

1 2405 (3) 50

55 элемента 17, реализующего функцию "Запрет".

В стенке сосуда 1 между металлическими сетками 2 и 3 установлена вторая приемная петля 18 связи, соединенная с входом дифференциатора 19, выход которого подключен к входам времяизмерительного устройства 20, реле 21 времени и входу 22 триггера 23. Выходы триггера 23 и реле 21 времени подключены к исполнительному механизму 24 клапана 25, установленного на линии подачи контролируемой среды, и входу импульсатора 26. Выход импульсатора 26 устройства, предназначенного для сдвига во времени переднего, заднего или обоих фронтов дискретных сигналов, соединен с входом 27 триггера 28, Выход триггера

28 подключен к входу 29 элемента 17, присоединенного своим выходом к входууправления генератора 6 СВЧ, В, отверстии 5 барботажной трубки 4 включен выход 30 трехходового клапана 31 с исполнительным механизмом 32 и входом усилителя-формирователя 33, Вход 34 клапана 31 соединен с выходом регулятора 35 расхода воздуха, а вход 36 — с атмосферой.

К входу исполнительного механизма 32 присоединены вход 37 элемента 12 и выход триггера 38, вход 39 которого соединен с выходом усилителя-формирователя 33. Выход элемента 15 соединен с входом 40 триггера 28 и входом 41 триггера 38.

Объем измерительного сосуда 1, ограниченный металлической сеткой 2, барботажной трубкой 4 и стенками нижней части измерительного сосуда 1, представляет собой тороидальный объемный резонатор.

Объем измерительного сосуда 1, ограниченный сетками 2 и 3, образует цилиндрический объемный резонатор. Вход 42 триггера

23 соединен с кнопкой 43 пуска устройства.

Центральное отверстие 44 в сетке 2 выполнено излучающим, Устройство для измерения физико-химических параметров жидких сред работает следующим образом.

Пуск предложенного устройства осуществляется нажатием кнопки 43 пуска, После чего триггер 23 за счет сигнала Ч4з=1, пустившего на вход 42, переводится в состояние с единичным выходным сигналом Низ=1.

Сигнал Ч2э=1 воздействует на исполнительный механизм 24 клапана 25, который при этом открывается. Контролируемая среда поступает в измерительный сосуд 1. Как только уровень жидкости станет больше уровня, соответствующего месту установки металлической сетки 3, на выходе дифференциатора 19 сформируется импульс, который включит реле времени 21 и переведет

20 триггер 23 в сос1ояние с нулевым выходом.

Через время t21i устанавливаемое на реле времени, на выходе реле 21 времени появится нулевой сигнал, Клапан 25 срабатывает, прекращая подачу жидкости в измерительный сосуд 1. На этом заканчивается операция пробоотбора и подготовки устройства к измерению, Генератор 6 СВЧ подключен к барботажной трубке 4, являющейся возбудителем электромагнитного поля в тороидальном объемном резонаторе. Измерительный сосуд 1 заполнен контролируемой жидкостью, имеющей плотность р, поверхностное натяжение д и вязкость д, кроме того, магнитная проницаемость жидкости,иа = const и ее диэлектрическая проницаемость яа — — 1 (р ) есть функция плотности.

Резонансная частота fqлор тороидального объемного резонатора определяется формулой где а — радиус измерительного сосуда 1;

Ь вЂ” радиус металлического цилиндра сопла барботажной трубки 4;

d — высота тороидального объемного резонатора; д — расстояние от верха сопла барботажной трубки 4 до сетки 2, Радиус гс центрального отверстия 44 в сетке 2 выбирается большим максимального радиуса воздушного пузырька и удовлетворяющим условию lc 0,1Л„>р, где Л „р— длина волны резонатора. В этом случае центральное отверстие 44 является возбуждающим в цилиндрическом резонаторе поле типа Ео1о с резонансной частотой

2,405

fpeoio = (2) / а еа а

Размеры а,Ь,d и д резонаторов должны удовлетворять

В этом случае резонансные частоты обоих резонаторов (тороидального и цилиндрического) одинаковы. Длина С объемного цилиндрического резонатора выбирается произвольной, так как резонансная частота

fpFp)p из (2) от С не зависит, Однако для повышения точности при измерении вязко1679279

25 (4) тг = fp.Top = fpEo>o

По величине резонансной частоты fr, измеряемой измерителем 7, судят о плотности контролируемой жидкости. После того; как наступит равенство(4), сигнал на выходе блока 13 равен нулю, который после прохождения элемента 15 переводит триггер 28 в состояние с нулевым выходом, а триггер

38 — в состояние с единичным выходным сигналом (Чзв=1). Выход блока 13 отключается от входа управления генератора 6. Сигналом Чзз=1 соединяется выход усилителя

10 с входом блока 14 измерения минимума аналогового сигнала, кроме того Чзя=1 воздействует на исполнительный механизм 32 трехходового клапана 31, соединяя выход регулятора 35 расхода газа и отверстие 5 барботажной трубки 4. На выходе барботажной трубки 4 происходит рост пузырька газа. При росте пузырька газа в пространство между цилиндром барботажной трубки 4 и металлической стекай 2 изменяется резонансная частота fp.òîp. Ранее имеющий высокий уровень сигнал с приемной петли 9 связи уменьшается и становится минимальным, когда объем пузырька достигает максимальной величины перед отрывом. При достаточно малом расходе газа обьем пузырька Чп пропорционален поверхностному натяжению и обратно пропорционален плотности жидкой среды. т.е.

О

Чп =K —, Р сти по времени подьема пузырька газа в камере между металлическими сетками 2 и

3 необходимо выбрать ее значительна больше d.

При отсутствии пузырька газа в жидко- 5 сти всегда выполняется равенство Fp, тор =

fpEp)p, Указанные частоты при этом функционально зависят от Еа жидкости и р .

При отсутствии пузырька газа в измерительном сосуде 1 сигнал, воспринимаемый петлей.9 связи, усиливается на усилителе 10 и поступает на управляемый вход блока 13 автоматической подстройки частоты. Пусть выхода блока 13 не равен нулю, т.е. резонансная частота fp.òîð.Pf(, При этом сигнал на выходе элемента НЕ 15 Ч15=0 и поступает на вход 40 триггера 28,.переводя ега в состояние с выходным сигналом V s=l. Элемент запрет 17 при поступлении на вход 29 сигнала Vie=1 пропускает выходной сигнал с блока 13 автоматической подстройки частоты на вход управления генератора 6 СВЧ.

Частота fr при этом изменяется до тех пор, пока не наступит равенство где К вЂ” коэффициент пропорциональности, Так как минимальный уровень сигнала на выходе усилителя 10 V

После отрыва пузырька газа давление в канале с отверстием 5 падает, при этом срабатывает усилитель-формирователь 33 и сигналом Чзз=1, поступающим на вход 39 триггера 38, последний занимает положение с нулевым выходным сигналом Чзв=0.

При Чзв=О треххадавой клапан 31 отключает источник расхода газа от отверстия 5 и элемент 12 разрывает связь между выходом усилителя 10 и входом блока 14.

После отрыва пузырька газа от барботажной трубки он выходит из тороидального объемного резонатора через центральное отверстие 44 в сетке 2 и поступает в цилиндрический объемный резонатор. Тэк кэк при появлении пузырька газа в цилиндрическом объемном резонаторе он находится в зоне максимального электрического поля структуры Еаю его появление приведет к тому, что

1г < fpEo1o и сигнал, снимаемый с приемной петли 18 связи, упадет . практически до нуля (Чм=О). После дифференциатора

19 сигналом, соответствующим моменту скачкообразного изменения Чщ, включаются времяизмерительнае устройство 20 и реле 21 времени. Процесс измерения в дальнейшем повторяется аналогично указанному.

Таким образом, измеряя резонансную частоту, минимальное значение сигнала после усилителя 10 и время ht нахождения пузырька газа в цилиндрическом обьемном резонаторе, судят, соответственно, о плотности р, поверхностном натяжении о и вязкости д контролируемой жидкой среды. Все измерения осуществляются автоматически с достаточно высокой точностью. Измерительный сосуд для исключения влияния на показания изменения температуры необходимо термастатировать.

Формула изобретения

Устройство для измерения физико-химических параметров жидких сред, содержащее времяизмерительнае устройство, измерительный сосуд с контролируемой средой, в нижней части которого размещена барбатэжнэя трубка, подключенная к первому входу трехходового клапана, второй и третий входы которого соединены соответственно с атмосферой и выходом регулятора расхода газа, при этом первый вход треххо1679279 дового клапана через усилитель-формирователь подключен к первому входу первого триггера, выход которого соединен с исполнительным механизмом трехходового клапана, отлича ющееся тем, что,с целью повышения надежности и расширения функциональных возможностей, оно дополнительно снабжено усилителем, двумя триггерами, первой и второй петлями связи, дифференциатором, генератором СВЧ, блоком автоматической подстройки частоты, первым и вторым элементами ЗАПРЕТ, элементом НЕ, измерителем частоты, блоком измеренйя экстремума сигнала, первой и второй металлическими сетками, установленными внутри измерительного сосуда, реле времени, импульсатором, кнопкой пуска, клапаном с исполнительным механизмом, установленным на линии подачи контролируемой среды, при этом выход генератора

СВЧ подключен к барботажной трубке и к измерителю частоты, а вход генератора

СВЧ подключен к выходу первого элемента

ЗАПРЕТ, соединенного первым входом с выходом блока автоматической подстройки частоты, вход которого соединен через усилитель с первой приемной петлей связи, расположенной между дном измерительного сосуда и первой металлической сеткой, и

5 выход второго элемента ЗАПРЕТ связан с блоком измерения экстремума сигнала, первый вход второго элемента ЗАПРЕТ присоединен к выходу первого триггера, второй вход которого соединен с выходом элемента

10 НЕ и первым входом второго триггера, вход элемента НЕ подключен к выходу блока автоматической подстройки, второй вход второго триггера подключен к выходу импульсатора, вход которого соединен с ис15 полнительным механизмом клапана, с выходом третьего триггера и с выходом реле времени, вход которого соединен с первым входом третьего триггера, с входом времяизмерительного устройства и с выходом

20 дифференциатора, к входу которого подключена вторая приемная петля связи, расположенная в измерительном сосуде между первой и второй металлическими сетками, к второму входу третьего триггера подключе25 на кнопка пуска.

3679279

Составитель В, Скоробогатова

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор MÌàêñèìèøèíåö

Редактор И.Шулла

Заказ 3205 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101