Вибрационный вискозиметр

 

Изобретение относится к технике измерений , в частности, к устройствам непрерывного действия для определения реологических характеристик жидкостей и полимеров, и может быть применено для автоматического определения вязкости сред в химических. биологических и медицинских исследованиях . Цель изобретения - повышение точности измерения вязкости сред по декременту затухания свободных колебаний и снижение необратимого расхода исследуемой жидкости . Вибрационный вискозиметр выполнен в виде пьезомеханического резонатора, составленного из кварцевых пластин 2 и полого металлического бруса 1. Крепление резонатора к корпусу 3 произведено с помощью пустотелых трансформирующих линий, составленных из пустотелых четвертьволновых связок 4 и резонаторов 5, через которые в рабочую полость резонатора, расположенную в зоне пучности, непрерывно поступает исследуемая жидкость. При этом продольная ось трансформирующей линии-связки совпадает с узловой линией, соответствующей резона снойчастоте преобразующего элемента. 4 ил fe iVj О о ю ел

СОЮЗ СОВЕ ГСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 N 11/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и

Р1

Ви; 7 (21) 4752618/25 (22) 02.11.89 (46) 07.01.92. Бюл. М 1 (71) Курский государственный медицинский институт (72) В,О.Соколов, С.Ф.Воротынцев и В,Г.Верютин (53) 538. 137(088.8) (56) Патент США N. 2973639, кл. G О1 N 11/00, 1962;

Авторское свидетельство СССР

М 1516885, кл, G 01 N 11/16, 1989. (54) ВИБРАЦИОННЫЙ ВИСКОЗИМЕТР (57) Изобретение относится к технике измерений, в частности, к устройствам непрерывного действия для определения реологических характеристик жидкостей и полимеров, и может быть применено для автоматического определения вязкости сред в химических.

5U 1704025 А1 биологических и медицинских исследованиях. Цель изобретения — повышение точности измерения вязкости сред по декременту затухания свободных колебаний и снижение необратимого расхода исследуемой жидкости. Вибрационный вискозиметр выполнен в виде пьезомеханического резонатора, составленного из кварцевых пластин 2 и полого металлического бруса 1. Крепление резонатора к корпусу 3 произведено с помощью пустотелых трансформирующих линий, составленных из пустотелых четверть волновых связок 4 и резонаторов 5, через которые в рабочую полость резонатора, расположенную в зоне пучности, непрерывно поступает исследуемая жидкость. При этом продольная ось трансформирующей линии-св зки совпадает с узловой линией, соответств юще;1 рсзона =ной частоте преобразующе-с элемента. 4 ил

1704025

Изобретение относится к технике измерений, в частности к устройствам непрерывного действия для определения реологических характеристик жидкостей и полимеров, и может быть применено для автоматического определения вязкости жидкостей в химических, биологических и медицинских исследованиях, например, для измерения вязкости крови.

Цель изобретения — повышение точности измерения вязкости сред по декременту затухания свободных колебаний и снижение необратимого расхода исследуемой жидкости.

На фиг.1 представлен пьезомеханический резонатор, укрепленный в корпусе с помощью пустотелых четвертьволновых связок, общий вид; на фиг.2 — чувствительный элемент. выполненный в виде пьезомеханического резонатора, работающего в режиме 1-й моды изгибных колебаний (сплошной и пунктирной кривыми линиями в увеличенном масштабе показана траектория движения работающего резонатора); на фиг.3 — конструкция вибрационного вискоэиметра; на фиг.4 — эквивалентная электрическая схема пьеэомеханического резонатора, включенного в качестве нагрузки в цепь источника напряжения с внутренним сопротивлением R (здесь Cp, Cp — соответственно статическая и динамическая емкость резонатора; Lp. Rp — динамическая индуктивность и сопротивление потерь резонатора, не заполненного жидкостью; гг — сопротивг "ие потерь, вносимых вязкостью исследуемой жидкости, подаваемой в полость работающего резонатора).

Вибрацнонный аискозиметр содержит виграта, гыполненный в в "дс пьезомехач ес огс ре снатсра(ПМР,(фиг,1,. состояще.-.,1- г;;.ого r..етгллического бруска 1 и .;,. пьезо:Ep -.цевь х пластин 2. укреплени >. нз «ro бокоаы поверхностях. ;р;ление ПМР в корпусе 3 пг,оизводит=;; с помощью трансформирующей линни, состгвленно11 иэ четаертьволновой в .экю 4 че-аертьволноього резонатора 5.

Дге, YàK M,,íèrëóì. трансформирующие линии. уд- рки:- ющие ПМР в корпусе, имеют ам тр--чие полости Б. соедичен ь с с рабочей полостью резонатора С. Крепление пус-отел чьх резонаторов 5 и связс 4 K ПМР пг .изводится та:им образом, чтс продольнь..: с".и;.ез.;на-орое v, связок совпадают с овыми ли ми работающего резонатора. На фиг.2 в качестве одного из примеров рс аизац1т прес лагазмого устройства показан псзонатор =.гибных колебаний, работающий ьа I-й л;оде. Ко",.-, дината расположения узловых лин,й для данного резонатора сО20

55 резонатора в измерительную схему производится с помощью контактов 12, устанавливаемых в нижнем основании 8 с помощью стеклоизоляторов 13. Коммутация пьеэокварцевых пластин 2 между собой и соединение с контактами 12 производится с помощью проводов 14, Устройство работает следующим образом.

На пьезокварцевые пластины 2 возбуждения поступают радиоимпульсы с частотой заполнения равной собственной частоте

ПМР и с частотой повторения. определяемой генератором импульсов. В основе работы

ПМР лежит пьезоэффект, обеспечивающий преобразование входного электрического напряжения, подводимого к пьеэокварцевым пластинам, в механические напряжения в теле вибратора (обратный пьезоэффект) и ответную реакцию по выходу в виде зарядов на электрода возникающих в результате деформации вибратора под действием механических на--. <ен и (прямой пьезоэффектт).

На фиг.2 приведеча изгибная форма колебаний.

Обладая высо ой добротностью, 0МР сохраняет собственные механические колебания в паузах между возбуждающими радиоимпульсами, Полезный сигнал после соответствующей коммутации подается в измерительный канал измерительной схемы, где оч анализируется. Полезный сигнал затухает по экспоненц:гал: ному закону. При введении жидкости в раб.>чую полость ПМР

С изменяется добротнсс;ь резонатора, а значит — и логарифмический декремент затухания, чем выше коэффициент вязкости исследуемой среды, тел быстрее затухают колебания переходного процесса. Коэффициент вязкости об„..; о пропорционален времени, за которое происходит уменьшение первоначально вь боанной амплитуды в ставляет - "0,224L (где L — общая длина резонатора). Рабочая полость С с двух сторон замкнута винтами 6. устанавливаемыми с торцов ПМР. Преобразовательный элемент — ПМР с помощью четвертьволновых резонаторов и связок устанавливается в корпусе

3 (фиг.1), составленном иэ верхней 7 и нижней 8 половин (фиг.З), соединенных винтами

9. Фиксация 0МР относительно продоль10 ных осей связок производится с помощью гаек 10, навинчиваемых на хвостовики связок. Хвостовики пустотелых связок помимо резьбы имеют конические штуцеры 11, на которые одеваются эластичные трубки (не показаны), обеспечивающие подачу Р1 и сток Р2 исследуемой жидкости. Включение

1704025

Е раз (C.— основание натуральных логарифмов).

Устройство предварительно перед началом работы калибруется по одной из стандартных жидкостей: воды. спирт, ацетон и др.

Как следует из описания конструкции прибора исследуемая жидкость непрерывно поступает в рабочую полость резонатора, втекая и вытекая из него, т.е. не выходя из общего русла и не подвергаясь окислительному и другому какому-либо разрушающему воздействию окружающей среды. Это обстоятельство является весьма удобным при непрерывном наблюдении за характером изменения вязкости жидких сред в ходе проведения того или иного технологического процесса или при проведении операций, связанных с хирургией крови, когда идет о целенаправленном изменении реологических характеристик определенного ее объема.

Повышение точности измерения вязкости путем увеличения добротности преобразующего вибратора получено за счет того, что в состав пьеэомеханического вибратора входят два максимально добротных элемента: пьезокварцевые пластины с добротностью 0nII = (2-3) 10 и металлический резонатор с добрэтностью Ор =1 104, позволяк,щиe;Беспечить добротность flpèáopa Qnf 5 1 1О . ПОВЫШЕНИЕ дабрОтНОСтИ приводит к улучшению энергетических соотмошений сигнал/шум, а значит — к повышению, встви-.ельнссти пс11бара в целом, Исслед,е1лая жидссть подается в наиболее дефо;м.;руемую область работающего реэонатооа — 6 зону пучности, что по во.-= т с случить большее значение коэффиц ""--а модул ци добротности (так

KaK IiBIi. ЕЕ ЗС,", К- 1. О.1 ДЕфС МЗЦИИ

;:д ергае1".= ьесь o5=eI жидкости, запол1якн,".а5-." ю ". .;o;.- резонгтора). Это, .6OiO "ч-. . —,7K e;n —,-Ogr pele OO6yшению точности измерения вязкости, С целью дальнейшего повышения добротности, креплен .е П .,Р к корпусу произведено с помощью пустотелой трансформирующей лимии, coooI

IIerлу. Такой метод крепления минимизирует дисс.1661 в .ые потери вибрдтора, связанные с есо креплением к корпусу, и способствует сохранен 1ю 66IOGKof значения исхсдной доброi 1oci.i прнборз

Прибор .1зготавлиьгI:ioÿ;ëåòoäeI-1II общего машиностроения. металлический резонатор 1 изготгвлибгется из элинварного сплава типа 44НОМТ методом шлифовки с проведением соответствующей термообработки. Трансформирующая линия (3лементы 4 и 5) изготавливается заодно на токарном станке с последующей шлифовкой и также подвергается термообработке. Перед эапрессовкой трансформирующей линии в резонатор элементы 4 и 5 предварительно настраиваются HB частоту. в два раза превышающую рабочую частоту резонатора 1. После этого на резонатор 1 напаиваются (наклеиваются) пьеэокварцевые пластины 2,на которые предварительно вжигаются (или найыляются в вакууме) электроды возбуждения, Затем вся колебательная система (фиг.1) помещается в корпус 8, и резонатор настраивается на заданную частоту. Производится подпайка коммутирующих приводов 13 к контактам 12, после чего прибор закрывается верхней крышкой коопуса 7, Корпус (детали 7 и 8) изготавливается методом литья под давлением.

Заключительной операцией является силикониэация рабочих каналов В и С, что предотвращает химический контакт исследуемой жидкости с металлом преобразующего элемента. Исследования показали, что

ПО СРаВНЕНИЮ С ДРУГИМ УСтРЭйСтВОМ аНа IOгичного назначения вискозиметр имеет добротность примерно в 5 -„= вь ш, чтэ позволяет повысить точность измерен.1й в

1,5-2.5 раза.

Формула изобретения

Вибрационный виско: ";".; p г- » - сщий измеритсл -н, о схему, «oI.o . мия, резонансный пр .образ, - . . 71еме

ЯВЛЯ.ОЩИйСЯ ЗЛЕ ЛСНтОги Е :6Г =.- 7Ог > ОЛЕЭаМ и И I13IOTОР» М Н6: - И ПО :; С!., Е;,:lPgQQEgiЕ,".9 !. " =Э-"- -.- -1," С-16" «-С Л:,жДУ COOOII I 3,. - c, I.:eI-, -,:ъ, С K- D памОЩьЮ тРгчce с;- -". О1ю; е! -н:i . - сс1" гс гз котэрг, =, чек аpiII д.", нм ссэтгстэтвуtощс". ре:онанснс;- -; тг- .— о5разователя, о т II и ч а ю шийся ТеМ. 4То, с целью повышения ..,нос-, =:oei I вязкости сред и снижения необратимого расхода исс;-едуемой жидкости. oeзэ- . Нсный преобразующий злемс.i, 6.-.:пэгнем 6

ВИДЕ ПОЛОГО ПЬЕЗОл.eKOI-. =:.7iV РЕЭа Iaтсpa брускового типа. у:реплемн": хс р -.усе с помощью пустотелых сзяз"к, через .;о,орые во внутреннюю по Ioci6 резонатора. расположеннуIG 6 зоне пучности. поступает исследуемая жидкость, flpL1 этом продольная ось каждой из связок собп дает с,гловой линией, соответствующей резонансной частоте преобразующего элемечта.

1704025 юг;3

1704025

ОРДЕР!

1 ! !

@Игам

Составитель Л.Ульянов

Техред М.Моргентал Корректор М.Кучерявая

Редактор Е,Папп

Проиэводственно-иэдательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Закаэ 57 Тираж Подписное

ННИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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