Ультразвуковой вискозиметр

 

" .. n

Tc".

< кв я

-- ." "" : - л

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик рц699399

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 010677 (21) 2491402/18-25

{51)М. К . с присоединением заявки ¹â€”

G 01 N 11/14

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет (53) УДК 532 ° 137 (088,8) Опубликовано 2 511.7 9. Бюллетень ¹ 4 3 Дата опубликования описания 25.11.7 9 (72) Автор изобретения

Ю. К.Смирнов (71) Заявитель (54) УПЬТРАЯВУКОВОИ .ВИСКОЗИМЕТР

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к устройствам для измерения реологических характеристик жидких сред.

Известны ультразвуковые приборы для измерения внутреннего трейия .

I в металлах и жидкостях, содержащие соединенные последовательно возбудитель, измерительный преобразователь, линейный усилитель, детектор сравнивающее устройство, триггер измерительное устройство (1).

Из-за влияния температуры эти приборы имеют невысокую точность измерений.

Наиболее близким к изобретению по своей технической сущности является ультразвуковой вискоэиметр, содержащий генератор импульсов, усилитель мощности, выход которого подключен к измерительному преобразователю и входу предварительного усилителя, соединенные последовательно оконечный усилитель, детектор-фильтр, сравнивающее устройство, триггер, измерительное устройство (2).

Одако точность измерений известного выскознметра снижается изза дополнительного нагревания изме ряемой жидкости, обусловленного ,превращением энергии механических колебаний преобразователя в тепло.

При попытке ограничить величину нагрева путем уменьшения амплитуды колебаний преобразователя точность измерений начинает ухадшаться из-за влияния шумов усилителя.Это усугубляется тем, что начальная а плитуда колебаний преобразователя зависит от измеряемой вязкости (она уменьшается при увеличении вязкости) .

Явления эти ограничивают точность измерений и сужают динамический . диапазон измеряемых величин, что особенно проявляется при повышении частоты колебаний преобразователя, ибо тепловыделение прямо пропорциоМ нально кубу частоты.

Целью изобретения является расширение диапазона измерений и повышение их точности.

Достигается это тем, что в состав устройства дополнительно введены модулятор и каскад с регулируемой полосой пропускаемых частот, входы управления которых подключены к выходу измерительного устройства, второй вход и выход модулятора соединены соответственно с выходом

699399 гдеОж=Ч1Х/d.,f — собственная частота колебаний датчика,,и†затухание свободных колебаний датчика в жидкости.

Для датчика по авт.сн. 9 204379

Я (R -R+) 2 2 ) 45 где и и R — соответственно внешнйй и внутреннйй радиусы резонатора датчика; плотность материала резонатора Оз = 2ЛсЕ, 2Ю вЂ” длина резонатора; дрщ — плотность и вязкость измеряемой жидкости.

Для никелевor о резонатора с размерами I = 3 см, . R< .— О, 5 см., R = 0,4 см, частота колебаний

f = 25000 гц, Q = 500. При этом в случае измерения воды (=0,01 пуаэеРж= 1 г/см ) Q = 6750, Q = 466, а в случае минерального масла (ф = 1, 77 пуаз, р

0,905 г/смэ) (4 = 169, Q< — 126.

Рассматриваемый нискозиметр работает с импульсно возбуждаемыми датчиками. Генератор 1 вырабатывает запускающие импульсы напряжения, 50

65

/ генератора импульсов и входом усилителя мощности, а второй вход и выход каскада с, регулируемой полосой соответственно с выходом предварительного усилителя и входом оконечного усилителя, 5

На чертеже представлена схема ультразнуконого вискозиметра.

Предлагаемый вискозиметр содержит генератор импульсов 1, модулятор 2, усилитель мощности 3, измерительный преобразователь 4, предварительный усилитель 5, каскад с регулируемой полосой б, оконечный уси;литель 7, детектор-фильтр 8, сравнивающее устройство 9, характеризующееся двумя уровнями сравнения, триггер 10 с раздельными входами, .измерительное устройство 11, В вискозиметре могут быть исполь5 зонаны в качестве измерительного преобразователяя магн итострикционные датчики вязкости с крутильными колебаниями, представляющие собою колебательную систему, добротность которой зависит от велич ины измеряемой вязкости, Собст 1. венная добротность Q указанных датчиков равна, приблизительно 500. ,При погружении в измеряемую жидкость добротность датчика О из меняется в зависимости от величины добротности O ж . 30

Модулятор 2 усиливает этот сигнал в зависимости от величины напряжения обратной связи, поступающего с выхода измерительного устройства 11.

Латем усипенные усилителем 3 импульсы поступают на измерительный преобразователь (датчик) 4 и на вход усилителя 5. Затухающее напряжение, снимаемое с датчика, усиливается н предварительном усилителе 5, проходит каскад с регулируемой полосой б и оконечный усилитель 7. Полоса частот, пропускаемых каскадом б, управляется цепью обратной связи с выхода измерительного устройства 1

Огибающая усиленного напряжения, зависящая от затухания о(.q=7r Х/Q, выделяется детектором-фильтром 8 и поступает на сравнивающее устройство 9 с двумя уровнями сравнения

Е,„и Е .Импульсы, соответствующие уровням E „и Е, поступают на входы триггера 10, длительность импулЬca at которого в первом приближении не зависит от измерений началь- ной амплитуды затухающего по экспоненте сигнаЛа датчика (3)

В и эмерительном устройств е 11 производится вычисление измеряемой величины Р к на основании известных (измеренных заранее) значений Q, Х, I Rg В,, Р Ес1/Если измеренной прибором величины at. Напряжение обратной связи, снимаемое с устройства 11, пропорционально величине

G . При увеличении С) происходит сужение полосы частот, пропускаемых каскадом 5, а коэффициент усиления усилителя, содержащего каскады 5,6 и 7, не меняется. В .этом случае при уменьшении измеряемой вязкости уменьшается действующее значение шумон усилителя, что способствует сохранению точности прибора при уменьшении вязкости и, следовательно, позволяет расширить диапазон измеряемых величин в сторону их уменьшения при сохранении заданной точности.

Недобходимость введения н схему модулятора 2 обусловлена следующим.

НачаЛьнаsi" амплитуда колебаний резонатора датчика при постоянной амплитуде возбуждения зависит от величины измеряемой вязкости. Это связано с тем, что при погружении датчика в жидкость резонатор становится несимметричным, вследствие чЕго часть энергии колебаний рассеивается в системе крепления резонатора. В рассматриваемом диапазоне измерений ;(Q =

126 — 466) амплитуда колебаний резонатора отличается в 2-3 раза

699399

Формула изобретения

С ос т ав итель Н. Плотников а

Техред С.Мигай Корректор. T.Скворцова

Редактор Е. Гончар

Заказ 7214/47 Тираж 1073 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР. по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул, Проектная, 4 в крайних точках диапазона (при увеличении вязкости амплитуда уменьшается) . Величина минимальной амплитуды, допускаемая при больших вязкостях, должна выбираться, исходя иэ допускаемого перегрева жидкости, 5 возникающего из-за превращения энергии механических колебаний в тепло.

Величина этого перегрева должна быть значительно меньше точности стабилизации температуры в термостате, т.е. значительно меньше

0,02 — 0,1 С для лабораторных термостатов ° При экспериментах выяснено, что в случае ультразвуковой частоты колебаний сравнительно трудно достичь 15 малого перегрева, ибо даже при такой небольшой амплитуде колебаний как

0,5-10 см наблюдается заметное теп-ф ловыделение, что подтверждается также и теоретическими расчетами.

Увеличение амплитуды колебаний в жидкостях с малой вязкостью приводит к ухудшению точности измерений из-за возрастания перегрева, что может быть устранено введением модулятора 2, обеспечивающего 25 уменьшение возбуждения датчика при возрастании величины Q, Это также способствует расширению диапазона измеряемых величин и довышению точности измерений. 30

Ис поль з ов ание предлаг аемо го вискозиметра позволяет расширить диапазон измеряемых величин по крайней мере в 15 раэ, уменьшить величину температурной нестабильности изме- 35 ряемой жидкости на два порядка и довести их до сотых долей градуса, что позволяет вести технологический контроль вязкости малоподвижных (неперемешиваемых) жидкостей, в которых затруднен теплообмен.

Ультразвуковой вискозиметр, содержащий генератор импульсов, усилитель мощности, выход которого подключен к измерительному преобразователю и входу предварительного усилителя, соединенные последовательно оконечный усилитель, детектор-фильтр, сравнивающее устройство, триггер, измерительное устройство, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений и повышенйя их точности, в него дополнительно введены модулятор и каскад с регулируемой полосой пропускаемых частот, входы управления которых подключены к выходу измерительного устройства, второй вход и выход модулятора соединены соответственно с выходом генератора импульсов и входом усилителя мощности, а второй вход и выход каскада с регулируемой полосойсоответственно с выходом предварительного усилителя и входом оконечного усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гцвй1е1д Н.J. Apparatus for

rapid measurement of internaI friction, Review of Scientific Instru; реп, 1950, Ч 21, Р 7, р. 612.

2. Смирнов Ю.К,, Толоконников С.В.

Ультразвуковой вискозиметр, сб. Ультразвуковая техника, 1966, вып.1, (прототип).