Вибрационный вискозиметр

 

(72) Авторы изобретения

В. Н. Крутин, Л. А. Ушаков, А. В. Поляков и В. Г. Шаталов (71) Заявитель (54) ВИБРАЦИОННЫИ ВИСКОЗИМЕТР

Известен вискозиметр Вудворда, cottepжащий измерительный преобразователь, схему автогенерацни и измерительную схему. Измерительный преобразователь представляет собой зонд с возбуждающим преобразователем электромагнитного тяпа и приемным преобразователем пьезоэлектрического типа. Приемный и возбуждающий преобразователи соответственно подключены ко входу и выходу схемы автогенерации, состоящей иэ предварительного усилителя, усилителя-ограничителя в и усилителя мощнос ж. К выходу предварительного усилителя подключена измерительная схема, представляющая собой амплитудный ламповый вольтметр Щ.

Изобретение относится к области из-": мерительной техники, в частности, к устройствам для измерения вязкости жидкостей и может быть использовано в химической, нефтехимической, машиностроительной и других отраслях промышленноо Ж

Однако этот вискоэнметр имеет усложненную конструкцию из-за наличия усилителя-ограничителя, кроме того, последний является источником фазовых и амплитудных погрешностей, что снижает точность измерений.

Известен акустический вискозиметр, состоящий иэ низкочастотного измерительного преобразователя, электронной схемы автогенерации, измерительной схемы и схемы термокомпенсации. Измерительный преобразователь содержит зонд, приемный и возбуждающий преобразователи электромагнитного типа. Схема автогенеpsILHM состоит иэ частотно-независимого фазовращателя, усилителя-ограничителя, полосового фильтра .и выходного каска- . да. Приемный и возбуждающий преобразователи соответственно подключены к входу и выходу электронной схемы автогенерацни. Измерительная c r:ìà полклн1чена к входу электронной схемы самовозбуждения и представляет собой ламповый вольтметр. Схгмв термокомпеп<. 13Q Д матического регулятора, усиливаетоя усилителем и выпрямляется выпрямите лем. Нагрузкой выпрямителя является резистор, выпрямленное напряжение на котором включено встречно с напряжением источника эталонного напряжения. Разность этих напряжений подается на вход регистрирующего прибора. Если эта разность равна нулю, то двигатель регистрирующего прибора не вращается. Если эта разность не равна нулю, то двигатель вращается в ту или иную сторону в зависимости от полярности разности напряжений, изменяя при этом напряжение на возбуждающем преобразователе до тех пор, пока разность напряжений не станет равна нулю. Условием равенел» ва этих напряжений является постоянное напряжение на приемном преобразователе. Велйчина возбуждающего напряжения однозначно зависит от вязкости контролируемой жидкости и регистрируется регистрирующим прибором Г33.

Однако, этот вискозиметр имеет также усложненную конструкцию из-за наличия усилителя-ограничителя и полосового фильтра в схеме автогенерации, кроме того они являются источником фазо-! вых и амплитудных погрешностей, что снижает точность измерений. Величина возбуждающего напряжения, по которой судят об амплитуде возбуждающей сипы, является мерой вязкости, только если параметры возбуждающего преобразователя не изменяются при действии дестабилизируюших факторов. При изменении этих параметров, например, от температуры, появляется систематическая погрешность, зависящая от веепичины измеряемой вязкости и температуры контролируемой жидкости. Как правило, возбуждающий преобразователь электромагнитного типа содержит сердечник из магнитного материала и обмотку с определенным числом витков. Магнитодвижушая сила, а следовательно, амплитуда возбуждающей силы, действующая на зонд, пропорциональна величине амплитуды тока, протекающего через обмотку, и числу витков в ней. В случае, если параметры возбуждающего преобразователя стабильны (т. е. стабильны активное и индуктивное сопротивления преобразователя), об амплитуде возбуждающей силы судят,по величине возбуждающего напряжения. При изменении температуры изменяется активное сопротивление возбуждающего преобразователя, и одному и то40

IlHH содержит датчик температуры и аналогорешающую схему, дающую поправку на показания вольтметра. Гармонические колебания зонда преобразуются прием« ным преобразователем в электрическое

5 напряжение и поступают на вход частотнонезависимого фазовращателя, а эатем— в усилитель-ограничитель, который преобразует синусоидальное напряжение в импульсы прямоугольной формы. Полосо- i 0 вой фильтр выделяет лишь первую гармонику, после чего она усиливается по мощности BbIxollHbIM каскадом и пос1упает на возбуждающий преобразователь. При изменении вязкости жидкости изменяется величина напряжения на приемном преобразователе, которое и является мерой вязкости. Напряжение на приемном преобразователе регистрируется измерительной схемой $2). 20

Однако это устройство имеет также усложненную конструкцию из-за наличия усилителя-ограничителя и полосового фильтра в схеме автогенерации, кроме того усилитель-ограничитель и полосовой фильтр являются источником фазо-, вых и амплитудных погрешностей, что снижает точность измерений.

Ближайшим по технической сущности

30 к предложенному является вибрационный вискозиметр, содержащий измерительный преобразователь с зондом, возбуждающим и приемным электромеханическими преобр азовател ими, подключ енными соответстI

35 венно к выходу и входу схемы автогенерации, включающей фазовращатель и усилитель мощности, детектор, вход которо го подключен к приемному электромеханическому преобразователю, а выход— к одному из входов сравнивающего устройства, источник опорного напряжения, подключенный ко второму входу сравнивающего устройства, измерительную схе му. Гармонические колебания зонда пре45 образуются приемным преобразователем в электрическое напряжейие, которое поступает на частотно-независимый фазовращатель. Сдвинутое по фазе напряжение подается на усилитель-ограничи- M тель, который преобразует синусоидальные напряжения в импульсы прямоугольной формы. С помощью полосового фильт» ра выделяется первая гармоника, которая усиливается по мо1пности выходным каскадом и через регулировочный потенциометр поступает на возбуждающий преобразователь. Напряжение с приемного нреобразователя поступает на вход авто5 14 му же значению вязкости соответствуют рвзличные значения возбуждвющего напряжения при различных температурах.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Это достигвется тем, что вибрвционный вискоэиметр снабжен магазином измерительньтх резисторов и регулируемым усилителем. Выход сравниввющего устройства подключен к управляющему входу регулируемого усилителя. Магазин измерительных резисторов включен послед6ввтельно с возбуждающим преобразователем и подключен ко входу измерительной схемы. Регулируемый усилитель включен между фвзовращателем и усилителем

MoHlHocTH, выход которого непосредственно соединен со входом возбуждающего электромехвнического преобразователя.

На фиг. 1 представлена функциональная схемв вискоэиметрв; на фиг. 2один из вариантов схемы подключения измерительного преобразователя.

Вискоэиметр состоит из измеритель25 ного преобразователя вязкости 1, схемы автогенерации 2, схемы автоматического регулирования 3 амплитуды колебаний зонда и измерительной схемы 4. Измерительный преобразонвтель вязкости 1 зо содержит приемный электромехвнический преобразователь электромагнитного типа 5, возбуждающий электромеханический ттреобрвзоввтель 6 электромагнитного типа и зонд 7, часть которого погружена в жидкость, вязкость которой иэЗ5 меряется. Схема автогенерации 2 состоит из последовательно соединенных фвзоврвщателя 8, регулируемого усилителя 9 и усилителя мощности 10. Ко

4О входу схемы ввтогенерации 2 подключен приемный электромеханттческий преобразователь 5, а к ее выходу - после"довательно соединенные возбуждающий электромеханический преобразователь би магазин „

45 измерительных резисторов 1 1. Схема автомвтического регулирования 3 вмплитуды колебаний зонда 7 состоит из детектора 12, сравнивающего устройства 13 и источника эталонного напряжения 14. Вход детектора 12 подключен к приемному электромеханическому преобразователю 5, а его выход — к одному из входов сравнивающего устройства 13, на другой вход которого подается напряжение от источника эталонного напряжения 14.

Выход сравнивающего устройства 13 подключен к управляющему входу регу-! лируемого усилителя 9. Измерительная

3&

6 схема 4, представляющая собой ламповый вольтметр, своим входом подключенв к магазину измерительных резисторов 11.

Один из вариантов подключения возбуждающего электромехвнического преобразователя 6 и магазина измерительньтх резисторов 11 к выходу усилителя мощности 10 приведен нв фиг. 2. При таком подключении усилитель мотпности

10 имеет симметричный выход, одна клемма которого подключена к возбуждающему электромехвническому преобразователю 6, а другвя — к магазину измерительных резисторов 11. Этот варивнт подключения имеет преимущество при дистанционном измерении вязкости, когда измерительный преобрвзователь вязкости 1 удален на значительное расстояние от оствльной чвсти вискозиметра, так как один из выводов возбуждающего электромехвнического преобр взоввтеля 6 подключен к земле". Такое подключение ни в коей мере не изменяет работу ви ско зим етр а.

Вибрвционный вискозиметр работвет следующим обрвзом.

Гармонические механические колебания зонда 7 преобразуются приемным электромеханическим преобразователем

5 в электрическое напряжение, которое поступает нв высокоомный вход фазоврвщателя 8. Сдвинутое по фазе напряжение усиливается регулируемым усилителем 9, после чего оно поступает нв вход усилителя моптности 10. С его выI хода напряжение поступает нв возбуждающий электромеханический преобразователь 6 и последовательно с ним соединенный магазин измерительных резисторов 11. При протекании тока через преобразователь 6 и последовательно с ним соединенный магазин измерительных резисторов 11 возникает возбуждающая сила, под действием которой зонд 7 совершает механические колебания. При соблюдении баланса фвз и амплитуд в измерительном преобразователе вязкости

1 и в схеме автогенерации 2 возникают гармонические колебв1птя с частотой, равной резонансной частоте измерительного преобразователя вязкости 1. Электрическое напряжение с приемного преобразователя 5 поступает также на высокоомный вход детектора 12, тде выпрямляется и подается на один иэ входов сравниввюптего устройства 13. Па другой вход этОГО устрОЙстRB подается напряжени

Ъв 7 71 42 от источника эталонного напряжения 14.

С ав равнивающее устройство 13 формирует сигнал, пропорциональный разности напряжений, который и подается на управляющий вход регулируемого усилителя 9 и управляет его коэффициентом усиления.

Если величина сигнала, подаваемого на управляющий вход усилителя 9 не равна нулю, то уменьшается или увеличивается коэффициент усиления регулируемого усилителя в зависимости от полярности сигнала, изменяя при этом величину тока в возбуждающем электромеханическом преобразователе 6 до тех пор, пока величина сигнала не станет равной нулю. Условием равенства сигнала нулю является постоянное напряжение на приемном электромеханическом преобразователе 5. Величина тока в возбуждающем электромеханическом преобразователе 6 однозначно зависит от вязкости жидкости. Регистрация тока осуществляется по падению напряжения на магазине измерительных

peaHcmpoa 11, к которому йбдключен вход измерительной схемы 4. Изменением величины резистора в магазине измерительных резисторов можно изменять диапазон измерения вязкости жидкости.

Пр еимуществом данного вискозиметра перед известным являются упрощение его конструкции в результате отсутствия в схеме автогенерации усилителя-ограничители и полосового фильтра, более высокая точность измерений за счет снижения фазовых и амплитудных погрешностей в схеме автогенерации и снижение погрешности измерения амплитуды возбуждающей силы. Исключение из схемы автогенерации усилителя-ограничителя и полосового фильтра приводит к снижению фазо40 вых и амплитудных погрешностей. Измерение величины тока в возбуждающем электромеханическом преобразователе, а не возбуждающего напряжения, снижает погрешность измерения амплитуды воз45 буждающей силы. роме того, преимуществом устройства является более широкий температурный интервал измерения вязкости, так как изменение параметров прием ного и возбуждающего электромеханичес50 ких преобразователей от температуры не снижает измерения вязкости. Это связано с- тем, что приемный электромеханический преобразователь подключен к высокоомным входам детектора и фазовра8 пателя, т. е. работает в режиме холостого хода. Поэтому изменение параметров приемного электромеханического преобр &ao arerraÄ sacveocm, активного сопро- чмвления не изменяет величину электрического напряжения, подаваемого на входы детектора и фазовращателя. Изменение параметров возбуждающего электромеханического преобразователя от температуры не снижает точности измерения вязкости, поскольку мерой вязкости является величина тока в нем.

Ъ

Формула изобретения

Вибрационный вискозиметр, содержащий измерительный преобразователь с зондом, возбуждающим и приемным электромеханическими преобразователями, подключенными соответственно к выходу и входу схемы автогенерации, вклнзчающей фазовращатель и усилитель мощности, детектор, вход которого подключен к приемному электромеханическому преобразователю, а выход - к одному из входов сравнивающего устройства, источник опорного напряжения, подключенный ко второму входу сравнивающего устройства, измерительную схему, о т л и— ч а ю m и и с я тем, что, с целью повьппения точности измерений, он снабжен магазином измерительных резисторов и регулируемым усилителем, а выход сравнивающего устройства подключен к управляющему входу регулируемого усилителя, при .этом магазин измерительных резисторов включен последовательно с возбуждающим преобразователем и подключен ко входу измерительной схемы, а регулируемый усилитель включен между фазовращателем и усилителем мощности, выход которого непосредственно соединен со входом возбуждающего электромеханического преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Фоодй йгд З.g ОЕсМоаеь, 1952, т. 25, N 22, с. 98-100.

2. Авторское свидетельство СССР

M 238875 кл. С 01 Й, 11/16, 1968.

3. Авторское свидетельство СССР

J4 366390, кл. С 01, 11/16, 1972 (прототип ) .

714238

Фиг.z

Составитель Н. В. Плотникова

Редактор А, Виноградов Техред И. Асталощ Корректор H. Задерновская

Заказ 92 74/38 Тираж 1019 Подписное

ННИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4