Вибрационный измерительный преобразователь вязкости

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗО6РЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

J т

Г т (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 29.12.75 (21) 2305200/18-10 с присоединением заявки ¹вЂ” (23) Приоритет

Государственный квмктет. СССР аа делам нзабрвтеннй н открытий

Опубликовано 25.02.80. Бюллетень № 7

Дата опубликования описания 29.02.80 (72) Авторы изобретения В. Н. Крутин, В. А. Лекае и В. И. Вощанкин

1 (71) 3

Всесоюзный научно-исследовательский институт геофизических

Заявитель методов разведки (54) ВИБРАЦИОННЫР1 ИЗМЕРИТЕЛЬНЫР1 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ВЯЗКОСТИ

Изобретение относится к колебательным приборам для исследования физико-химических свойетв материалов, в частности для измерения вязкости жидкостей.

Известны вибрационные вискозиметры, измерительным преобразователем которых является колеблющийся, зонд, демпфированный исследуемой жидкостью. Вязкость испытуемой среды определяют посредством измерения колебательных характеристик зонда. Практически используются два вида зондов — зонды с сосредоточенными упругостью и массой и зонды с распределенными параметрами.

Известны вибрационные преобразователи вязкости, содержащие низкочастотный генератор, вибратор, чувствительный элемент, датчик с приемной катушкой и Йилливольтметр (1j. Эти устройства не обеспечивают перекрытия широкого диапазона измеряемых вязкостей и обладают пониженной точностью измерения равновесной вяз кости.

Ближайшим по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее корпус, в котором установлен зонд, свя-занный с возбуждающим и приемным электромеханическими элементами, соответственно подключенными к генератору возбуждения и измерителю (2j. Зонд бегущей волны с распределенными параметрами представляет собой цилиндрический стержень. На пьезоэлектрический преобразователь подается импульс возбуждения, который преобразуется в импульс механических напряжений, возбуждающих волну деформацией в зонде. Волна распространяется от точки возбуждения до противойоложного конца зонда, погруженного в жидкость, отражается от этого конца и возвращается к сечению зонда, в котором помещен пьезоэлектрический преобразователь. Последний преобразует импульс механических деформаций в электрический, который, в свою очередь, поступает на измерительное устройство, определяющее запаздывание времени прихода этого импульса по отношению к импульсу посылки. Таким образом измеряется скорость распространения бегущих волн в зонде, демпфированном испытуемой жидкостью.

Это устройство позволяет измерять вязкость в широком диапазоне, однако на ре717625

iS снижена, размеры зойда при этом также намного меньше, чем у аналогичных систем с

so распределенными параметрами.

Для обеспечения режима бегущих- волн на конце зонда 2 установлен поглотитель 9 бегущих волн. Его устройство может быть различным, например, это может быть набор резойаторов с различными резонансными частотами или набор одинаковых резонатоpos, аналогичных резонаторам зонда, снаб3 зультаты измерений существенно влияет сдвиговая упругость жидкости, что снижает точность определения равновесной вязкости релаксирующих высоковязких жидкостей.

Целью изобретения является расширение диапазона и повышение точности измерения равновесной вязкости. Вибрационный измерительный преобразователь вязкости позволяет перекрыть широкий диапазон измеряе- мых величин вязкости на низких частотах, поэтому при исследовании высоковязких жид костей точность измерения равновесной вязкости значительно повышается.

Это достйгается тем, что зонд предлагаемого вибрационного измерительного преоб разователя вязкости выполнен в виде набора одинаковых резонаторов с сосредоточенны ми параметрами, последовательно связанных между собой, снабженного на конце поглотителем бегущих волн.

Другими отличиями является то, что ре " зонаторы выполнены в виде дисков, жестко установленных на отрезке трубы на одинакбвом расстоянии друг от друга; причем это расстояние принято меньше длины волны в трубе; резонаторы выполнены в виде стержней, жестко установленных на упругой йластнйе места закрепления которых расположены на прямой с расстояниями, меньшими длины волны в пластине и равнымимежду собой.

На фиг. 1 дан общий вид. устройства; на фиг. 2, 3 — варианты исполнения устройства.

Вибрационный измерительный преобразователь вязкости содержит корпус 1;"в котором установлен зонд 2 (фиг. 1), возбуж- дающий 3 и приемный 4 преобразователи, которые служат для возбуждения колебаний зонда генератором 5 и их регистрации с последующим измерением колебательных характериктик зонда измерителем 6. Зонд

2 составлен из набора резонаторов 7 с сос- редоточенными параметрами, соединенных между собой элементами связи 8;-и -может быть отнесен к промежуточному классу колебательнь1х систем с сосредоточенно-распределительными параметрами.

Существенной особенностью таких систем является то, что в них может распространяться бегущая волна, причем скорость распространения такой волны может быть сделана на несколько порядков ниже, чем у систем с распределенными параметрами; частота колебаний может быть значительно

4 женных демпферами, причем демпфирование плавно нарастает от резонатора к резонатору; демпферы могут быть механическими или электромеханическими.

Генератор 5 возбуждает гармонические или импульсные колебания (например, в виде радиоимпульса с гармоническим заполнением ), которые возбуждающим преобразователем 3 преобразуются в механические колебания левого первого резонатора

7 в наборе резонаторов, из которых составлен чувствительный зонд 2 вибрационного преобразователя вязкости. Колебания этого резонатора осуществляются с некоторым запаздыванием по фазе относительно фазы возбуждающей силы, созданной преобразователем 3. Это запаздывание зависит от частоты возбуждения и фазово-частотной характеристики резонатора, которая, в свою очередь, зависит от демпфирующего действия испытуемой вязкости жидкости. Колебания левого первого резонатора зонда изза наличия упругой связи между резонаторами передаются второму слева и последую-. щим резонаторам с фазовым запаздыванием, которое зависит от коэффициента связи резонаторов и от вязкого демпфирования. Таким образом, каждый последующий резонатор колеблется по отношению к предыдущему с запаздыванием по времени, что эквивалентно распространению возбуждения вдоль зонда в виде бегущей волны. Скорость распространения этой волны, зависящая от фазового запаздывания колебаний каждого последующего резонатора относительно предыдущего, зависит от фазово-частотных характеристик резонаторов от величины коэффициента связи и вязкого демпфирования.

В вибрационном измерительном преобразователе вязкости фазовый сдвиг накапливается от резонатора к резонатору и измеряется посредством измерения скорости распространения волн в зонде.

Зонд устройства, показанного на фиг. 2, состоит из набора одинаковых крутильных дисковых резонаторов-маховиков, изготовленных как одно целое с трубой, по которой транспортируется испытуемая жидКость. Возбуждающий преобразователь 3, подключенный к генератору 5 создает вращательные колебания первого левого диска вокруг оси трубы. Роль упругого подвеса резонатора играет сама труба, а ее участки между дисками 7 одновременно выполняют роль элементов упругай связи. Наличие упругой связи между резонаторами приводит к тому, что второй резонатор также вовлекается в . колебательное движение, но с некоторым временным запаздыванием относительно первого; то же самое происходит и с последующими резонаторами.

В результате этого в зонде распространяется крутильная волна, которая принима717625

Формула изобретения

O ° ° ° °

1 ется после пробега ее по зонду приемным преобразователем 4 и поступает на измеритель 6. Скорость ее распространения в зонде намного ниже скорости распространения волн в трубе, что позволяет значительно уменьшить размеры зонда и понизить частоту колебаний. Для создания режима бегущей волны в зонде на его конце установлен поглотитель бегущих волн 9, устраняющий их отражение от конца зонда. Это может быть поглотитель из резиноподобной массы или несколько аналогичных дисков, между 1р которыми помещен демпфирующий материал.

Такой зонд создает в испытуемой жидкости чисто сдвиговые деформации, что повышает точность измерения сдвиговой вязкости.

fS

Зонд измерительного преобразователя вязкости, показанный на фиг. 3, состоит из набора изгибно колеблющихся резонаторов 7, установленных на упругой пластине

10. Связь между резонаторами может осуществляться или через упругую пластину 10, или через пластину и дополнительные элементы связи 11. Конец зонда снабжен погло1 ителем 9; причем зонд может соприкасаться с исследуемой жидкостью как нижней стороной пластины 10, так и всей поверхнос- 2$ тью резонатора 7. Эти два способа демпфирования зонда испытуемой жидкостью обладают различной чувствительностью из-за разной площади соприкосновения зонда с жидкостью.

1. Вибрационный измерительный преобразователь вязкости, содержащий корпус, в котором установлен зонд, связанный с возбуждающим и приемным электромеханическим преобразователями, соответственно подключенными к генератору возбуждения и измерителю колебательных характеристик зонда, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона и повышения точности измерений равновесной вязкости, зонд выполнен в-виде набора одинаковых резонаторов с сосредоточенными параметрами, последовательно связанных между собой, снабженного на конце поглотителвм волн.

2. Преобразователь вязкости по п. 1, отличающийся тем, что резонаторы выполнены в виде дисков, жестко установленных на отрезке трубы на одинаковом расстоянии друг от друга, причем это расстояние принято меньше длины волны в трубе.

3. Преобразователь вязкости по п. 1, отличающийся тем, что резонаторы выполнены в виде стержней, жестко установленных на упругой пластине, места закрепления которых расположены на прямой с расстояниями, меньшими длины волны в пластине и равными между собой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 320753, кл. G 01 N 11/16, М., 1971.

2. YASA, ч. 24, р. 385, 1952 (прототип).

717625

Редактор Л. Бибвр

Заказ 9830/59

Составитель Н. Фомичев

Техред К. Шуфрич Корректор Г. Назарова

Тираж 1019 Подписное

ЦН ИИ ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4