Капиллярный вискозиметр

 

ОЛИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ н11 526805

Союз Советских

Социалистических

Республик (б1) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04.05.75 (21) 2130479/25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 30.08.76. Бюллетень М 32

Дата опубликования описания Об.12.7б (51) М, Кл. - G OIN 11/08

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 548.137(088.8) (72) Авторы изобретения

Г. Г. Фуранов, Г. А. Пасечник, А. Ф. Коврижных, Б. А. Серлин и Э. А. Капикраньяи

Проектно-конструкторское бюро по проектированию оборудования для производства синтетических смол и пластических масс (71) Заявитель (54) КАПИЛЛЯРНЫЙ ВИСКОЗИМЕТР

Изобретение относится к устройствам для измерения реологических характеристик жидких сред.

Известен капиллярный вискозиметр (1), содержащий термостатирующий сосуд, внутри которого находится корпус, образованный тремя расположенными друг над другом станками, внутренние объемы которых поделены сильфонами, предназначенными для измерения перепадов давления, на внешние и внутренние полости, измерительный капилляр, компенсационный капилляр, насос-дозатор и преобразователь. Внутренние полости верхнего и среднего стаканов соединены компенсационным капилляром, внутренние полости .верхнего и нижнего стаканов соединены измерительным капилляром. При этом торец верхнего сильфона через компенсационный сильфон соединен со штоком магнитного датчика, управляющего преобразователем. Испытуемая жидкость проходит по капиллярам и внутренним полостям, а внешние полости стаканов и камера, в которой установлен магнитный датчик, соединены между собой и заполнены силино новой жидкостью.

Ввиду того, что во внутренних полостях сильфонов присутствует воздух, являющийся посредником в передаче давления между испытусмой жидкостью и сильфоном, имеет место повышенная инерционность передающей системы и пониженная точность измерений вискозиметра. Это происходит потому, что воздух обладает сжнмаемостью, и мгновенная передача изменения давления от испытуемой жидкости нри переменах значения ее вязкости к силиконовой жидкости через снльфон и наоборот невозможна. Вискознметр включен в систему автоматического регулирования процессов непрерывного производства, и его запаздывание в этом приводит к уменьшению точности регулирования и ухудшению качества продукции, так как требует увеличения допустимого интервала изменения вязкости испытываемой жидкости. В процессе работы часть воздуха может выходить вместе с током испытуемой жидкости или вытесняться ее парами, постоянная вискозиметра меняется, растет погрешность. Кроме того, усложняется эксплуатация, так как необходима нежела20 тельная в непрерывном процессе периодическая тарировка вискозиметра.

Известен также дроссельный внскозиметр (2), содержащий входной и выходной,штуцера, верхний и нижний блоки мембранных коробок, соединенных между собой трубкой, в которой помещен шток, соединяющий жесткис центры мембран между собой н с контактными угольными преобразователями. Испытуемая жидкость насосом с постоянной по30 дачей прокачнвается через прибор и, проходя

526805 в межмембранном пространстве, создает на кольцевом дросселе, образованном трубкой и штоком,,перепад давления, зависящий от ее вязкости. Перепад давления фиксируется мембранами и передается через шток на угольные контакты,,включенные в смежные плечи моста.

5Кесткая связь двух мембран для получения улавливаемого сигнала разности давлений испытуемой жидкости на них требует точной,настройки, зависящей как от жесткости мембран, так и от рабочей длины дросселя. Выпускаемые промышленностью мембраны имеют относительно большую жесткость, и при их .использовании требуется большая длина дросселя, что значительно увеличивает габариты прибора. Кроме того, применение электропреобразователя затрудняет использование дроссельного вискозиметра во взрывои пожароопасных производствах химической и нефтяной промышленности.

Известен капиллярный вискозиметр (31, состоящий из термостатирующего сосуда, внутри которого размещены мембранный узел из двух измерительных мембран, измерительный капилляр, компенсационный капилляр, насоса-дозатора,и преобразователя.

Он содержит две камеры, образованные мембранам1и и соединенные .измерительным капилляром. Мембраны связаны штоками с сердечниками дифференциальных трансформаторов, выполняющих рол1 преобразователя.

С помощью мембран измеряется перепад давлен ия испытуемой жидкости. Деформации мембран передаются через штоки на сердечники дифференциальных трансформаторов, являющихся преобразователями механического сигнала. При движении сердечников на выходе каждого трансформатора меняется напряжение. Включвнные в противофазе оба трансформатора образуют систему, на выходе которой возннкает суммарное значение напряжения, пропорциональное измеряемому перепаду давления, а следовательно, и изменению вязкости, испытуемой жидкости.

Такая система выдает искаженный суммарный сигнал по срав нени|о с дейст|вительным значением нерепада давления на капилляре, так как погрешности накладываются в процессе передачи сигнала от двух мембран двумя,имеющими трение о направляющие штоками к двум преобразователям, имеющим, как и любое измерительное или фиксирующее устройство, свои погрешности.

В систему дистанционной передачи сигнала изменения величины, вязкости испытуемой жидкости вискозиметров входят преобразователи, превращающие механические регистрируемые перемещения чувствительных элементов в пневматический или электрический сигналы, уже могушие быть переданными на оольшие расстояния.

Цель .изобретения —,повышение точности измерений.

Это достигается тем, что в меморанный узел, предлагаемого вискозю етра введена третья суммирующая мембрана, образующая полость, связанную компенсационным и измерительным капиллярами с полостями, образованными измерительными мембранами, и соединенная с сильфонным гидравлическим усилителем, .передающим сигнал величины измерения вязкости испытуемой жидкости на преобразователь.

На чертеже изображен предлагаемый капиллярный вискозиметр, разрез.

В термостатирующем сосуде 1 с крышкой 2 уста новлен корпус мембранного узла, состоящий из фланцев 3, 4, 5. Между фланцами 3 и

4 закреплена измерительная мембрана 6, между фланцам и 4 и 5 — измерительная мембрана 7. Между фланцем 5 и крышкой 2 закреплена суммирующая мембрана 8.

Полость 9, образованная мембраной 7, соединена с полостью 10, образованной мембраной 8, компенсационным капилляром 1). Измерительный капилляр 12 соединяет полость

10 с полостью 13, образованной мембраной 6.

По,полостям 9, 10 и 13 .пропускается испытуемая жидкость, Полости 14 .и 15 заполнены силиконовой жидкостью и соединены трубкой

16 так, что образуется маслосистема, связывающая мембраны 6, 7 и 8 через сильфонный усилитель в единый измерительный блок.

К внешней поверхности крышки 2 жестко ,прикреплении стакан 17, в котором находится сильфон 18, связанный со штоком 19. Посредством последнего усиленный механический сигнал преобразуется в унифицированный пневматический сигнал преобразователем 20.

Полость 21 стакана 17 входит в маслосистему гидроусилителя сигнала. Сильфон 22 жестко связан с суммирующей мембраной, которая своим перемещением изменяет объем сильфона 22, вследствие чего сильфон 18 растягивается.

В крышке 2 имеется канал 23, по которому испытуемая жидкость поступает в шестеренчатый насос 24 с приводом 25.

По трубе 26 испытуемая жидкость подается в полость 9, образованную измерительной мембраной 7. Отводная трубка 27 выводит испытуемую жидкость после замера ее вязкости на утилизацию.

В предлагаемом вискозиметре введение третьей суммирующей мембраны:позволяет уменьшить, погрешность в измерении вязкости испытуемой жидкости.

Третья суммирующая мембрана прерывает известный измерительный капилляр и устанавливается между .измерительными мембранами, создавая известный эффект, применения компенсационного и измерительного капилляров. Причем отношение длины компенсационного капилляра к длине измерительного должна составлять 1:2.

Таким образом, введенная мембрана, одновременно измеряя перепад давления с одной из пзмерителы ых мембран на компенсацион526805 ном капилляре, а с другой па измерительном, суммирует значения перепадов и выдает суммарный сигнал, пропорциональный изменению

Вязкости испытуемой жидкости. Система силиконовой жидкости, которая связывает все три мембраны, пе имеет люфтов и трущихся деталей, поэтому суммирующая мембрана выдает сигнал без искажений, который далее через усилитель псредается только одним штоком на один преобразователь. Все это повышает -o Iiioñòü измерений предлагаемого вискозиметра по сравнению с прототипом.

Висксзпметр раоотает следующим образом.

Испытуемая жидкость по каналу 23 поступает в шестерепчатый насос 24, который по трубе 26 равномерно подает ее в полость 9 измерительной мембраны 7.

В сочетании измерительная мембрана 7 и суммирующая мембрана 8 измеряют потерю давления испытуемой жидкости на компенсац!I»FIEIQM капилляре 11, по которому испытуемая жидкость переходит в полость 10 мембраны 8. Помимо этого та же суммирую» цая мембрана 8 совместно с измерительной мембpaIIoiI 6 фиксирует перепад дяв. слив пспь т емой жидкости на измерите.".ьпом кя-.i "лля >е

12, Iio которому сна да >еo псрсмегцяется в полость 13 мембраны 6.

Поскольку длина компенсационного капилляра составляет L!;.=50d, а дли тя и.=,мерительного I„=100d, то суммирующая мембрана дсформируется на величину Ah, фиксируя перепад давления, равный ХР, на участке L=

=L„— L При этом,— >еформация суммирующей меморапы прямо пропорциональна величине АР, т. е. Ah=AIAP, где KI — коэффициент пропорциональности.

Эффективная гязкость определяется отношением q = — (где т- — напряжение сдвига;

v — скорость сдвига j ..

Напряжение сдвига определяется по перепаду давления на единице длины капилляра при установившемся ламинарном потоке жидкости, скорость двига — по диаметру капилляра и расходу через пег». Таким образом, при про их равны; ус ов::ях эффективная вязкость ис ытусмой Ткидкости пропорциональна деформации мсмсра;>ы 8

I) К2 Т> где 1(2 — коэффициент пропорциональности, учитывающий дляпу и диаметр капилляров

11 и 12, ра" iîä испытуемой жидкости и коэффициент ÊI.

Деформация мембраны 8 через сильфон 22, жидкость усил|пеля, Eia одящуюся в полости

21 и заливаемую через горловину 28, сильфон

18 и шток 19 передается на заслонку сопла преобразователя 20 и преобразуется в пневмосигнал.

Окончательная формула для определения вязкости жидкости принимает вид т1=В.Pi, где Д вЂ” постоянная прибора;

pi — выходной пневмосигнал.

Меняя диаметры капилляров 11 и 12, можно получить разные пределы измерения вязкости.

Вискозиметр может быть укреплен на резервуаре с испытуемой жидкостью, например

:a реакторе.

Сравнив предлагаемый вискозиметр с рассматриваемым прототипом, можно сделать вывод, что первый точнее, так как имеет один

20 выход механического сигнала и, следовательно, один преобразователь, а последний два вь:одя и два преобразователя, суммарная погрешность которых выше. Предлагаемый вискози>метр по сравнению с рассматриваемыми

9" я> ялогями имеет большую точность измерений и более экономичен (дает большой эконо:.Ичсск»i:; эффект за счет улучшения качества ирсдукции и экономии сырья).

Примененное в предлагаемом вискозиметрс сочетание сумм> рующей мембраны с извсстьым спльфс ;>;ь- м Гiizpoyciiлителем позволяет увели шть диапазон перемещения датчика, подающего сигнал изменения величины вязкости испытуемой 2кидкости на преобразо35 ватель

Формула изобретения

Кяпиллярный вискозиметр, состоящий из

40 тсрмостатирующего сосуда, внутри которого размещены мембранный узел из двух измерительных мембран, измерительный капилляр, компенсациоп:ый капилляр, насоса-дозатора и преобразователя, отличающийся тем, 45 что, с целыс повышения точности измерений, мембранный зол снабжен третьеи суммирующей мембраной, образующей полость, связанную компенсяционны I и измерительным капиллярам!I с полостями, образованными изме50 рительными мембранами, и соединенной через сильфонный гидравлический усилитель с преобразователем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

55 1. Авт. св. ¹ 396642, кл. G 01N 11/04.

2. Лвт. св. ¹ 151863, кл. G 01N 11/08.

3. Лвт. св. ¹ 312539, кл. G OIN 11/08.

7У б

;г ..7

2б

Составитель В, Вощанкин

Редактор Е, Караулова Техред В. Рыбакова Корректор H. Ay»

Заказ 2319/4 Изд. № 1620 Тираж 1029 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, K-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2