Вибродатчик вязкости

 

Союз Советскии

Социалистических

Республик (! 1) 775667

=а (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) 3 а я влено 17.10.78 (21 ) 2677682/18-25 с присоединением заявки №

G 01 и llew 16

Гооударстввнный комитет (28) Приоритет до делам изобретений н открытий

Опубликовано 30.10.80. Бюллетень № 40

Дата опубликования описания 30.10.80 (53 ) УД К 532. ГЗ (088.8) (72) Авторы изобретения

В, В. Помазков, Л. Г. Гольденберг, В. Т, Перцев и В. Г. Пыльнев

Воронежский инженерно-строительный институт (71) Заявитель (54) ВИБРОДАТЧИК ВЯЗКОСТИ

Изобретение относится к области определения вязкости дисперсных сред, например, руды, песка, бетонной смеси при их вибрационном перемещении, и может применяться в системах контроля и автоматического регулирования

5 вязкости в горнорудной, строительной, пищевой и других отраслях промышленности.

Известен вибродатчик вязкости, использующий для ее определения вибрационное возA действие на среду колебаниями заданной формы, и содержащий два стержня, корпус и электромагнитную систему возбуждения. При прчменении вибродатчика стержни погружают в среду, вязкость котсрой измеряют, и по изменению параметров колебательной системы, связанному с величиной вязкости, определяют ее значение.

Недостатком указанного датчика является трудность его применения при определении вязкости дисперсных сред непосредственно в процессе их перемещения. Поэтому при определении вязкости лисперсных сред непосредственНо в процессе их перемещения целесообразно использование устройств, в которых отсутству- . ют погружаемые в среду элементы датчика.

Близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для определения вязкости, содержащее вибротранспортер с лотком, имеющим боковые стенки, выполненный в виде двухмассной колебательной системы.

В указанном устройстве регулируют частоту возмущающей силы, измеряют частоту и амплитуду антирезонанса подвижной части вибротранспортера и расчетным путем по формуле для двухмассной колебательной системы определяют вязкость дисперсной среды.

Недостатком устройства является низкая точность определения вязкости. Он обусловлен тем, что устройство не учитывает специфического явления, возникающего в процессе вибрационного воздействия и состоящего в изменении вязкости при изменении ускорения х„я развиваемого в колебательной системе (х — амплиа туда колебаний, со — частота возмущающей силы) Поскольку в известном устройстве изменение частоты с> лежит в основе его принщя а действия, вязкость оказывается существенно

5667 4 тудный детектор 14, второй делительный блок

15, первый делительный блок 16.

Вибродатчик вязкости использует характерные для одномассной колебательной системы соотношения и работает следующим образом.

При протекании тока по обмотке электромагнитного возбудителя l колебаний, изменяющегося. например, ло гармоническому закону, воз никает тяговое усилие, которое приводит виб10 ротранспортер с лотком 2 и находящейся в лотке дисперсной средой 3, вязкость которой требуется определять, в колебательное движение

w х -Ьх +Ox =F>coG с.эг, (1)

15 где т — масса вибротранспортера с лотком и дисперсной средой;

Ь вЂ” коэффициент вязкого сопротивления, зависящий от вязкости среды;

20 с — коэффициент жесткости, связанный с наличием упругих элементов у возбудителя;

x — перемещение лотка во времени; амплитуда тягового усилия

25 (возмущающей силы);

ы — частота возмущающей силы.

Вводя коэффициент демпфирования11= — уравЬ

2m нение (1) приводится к виду (2) 35 висящая от параметров системы.

В установившемся режиме лоток будет колебаться с амплитудой р» (3)

2 + 4} Cd 2 а фазовый сдвиг между возмущаюшей силой и перемещением лотка составит

2q

45 ср = arcs,Б са -(. о (4) На чертеже представлена функциональны схема вибродатчика.

Вибродатчик содержит электромагнитный возбудитель колебаний 1. Вибротранспортер с лотком 2, дисперсную среду 3, датчик ускорения 4, интегратор 5. усилитель-ограничитель б,тиристор55 ный преобразователь питания ч, преобразователь 8 "частота-аналог", задатчик ускорения 9, элемент сравнения 10, усилитель 11, вычислительный блок 12, второй интегратор 13, ампли3 77 зависящей от параметров колебаний, в частнос. ти, зависимость вязкости от квадрата частоты

ы приводит к существенным ошибкам при

2 ее определении. Дополнительны м источник ом ошибки при определении вязкости известным устройством является нестабильность погонной нагрузки на вибротранспортере, что влияет на частоту и амплитуду антирезонанса.

Цель изобретения — повышение точности определения вязкости.

Поставленная цель достигается тем, что в вибродатчике вязкости, содержащем электромагнитный возбудитель колебаний, установленный на вибротранспортере с лотком, образующих одномассную колебательную систему, введены датчик ускорения, усилитель-ограничитель, тиристорный преобразователь питания, задатчик ускорения, элемент сравнения, усилитель, интегратор, преобразователь "частота †анал" и вычислительный блок, причем выход датчика ускорения подключен к входу интегратора, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока и через усилитель-ограничитель подключен ко входу преобразователя "частота— аналог" и одному из входов тиристорного преобразователя питания, выход которого соединен с электромагнитным возбудителем котебаний,.а второй вход -- через усилитель — с выходом элемента сравнения, одип из входов которого подключен к датчику ускорения, а другой соединен с выходом задатчика ускорения и вторым входом вычислительного блока,. третий вход которого соединен с выходом преобразователя "частота — аналог".

Кроме того, вычислительный блок выполнен из двух блоков деления, интегратора и амплитудного детектора, причем выход первого делительного блока соединен с одним из входов второго делительного блока, выход которого является выходом вычислительного блока, а второй его вход, подключен к вьлходу амплитудного детектора. вход которого соединен с выходом интегратора, .чей вход является одним из входов вычислительного блока, а другими входами вычислителы ого блока являются входы первого делительного блока, один из которых соединен с преобразователем "частота — ана, лог", а второй с выходом задатчика ускорения.

1"л

Х + 2. 1Ч Х + CD Х = — СО Ь Cd о 2 где м = 1 †„ — некоторая характерная для одномассной колебательной системы частота, заВ уравнения (3) и (4) коэффициент вязкого сопротивления, зависяший от вязкости среды, входит сложным образом, что усложняет построение технического устройства, нырабатываюшего сигнал, пропорциональный коэффициенту вязкого сопротивления.

В предложенном вибролатчике вязкости используется характерная особенность частоты ыо, состоящая в том, что колебания на этой частоте происходят при угле фазового сдвига р и равном —, что следует из уравнения (4) при

I с> =- сэва. При этом упрощается зависимость

775667 » х -.1, 7 î (5) 5 амплитуды колебаний от коэффициента вязкого сопротивления что следует из уравнения (3) при с = мо, и, соответственно, коэффициент вязкого сопротивления

Ъ= —, <6) г,„

> о что существенно проще определения коэффициента Ь из уравнения (3).

Практическая реализация колебаний с углом

15 фазового сдвига, равным —, осуществляется замкнутым автоколебательным контуром, в который, кроме электромагнитного возбудителя 1 с лотком 2 и средой 3, входит датчик ускорения 4, установленный на вибротранспортере с глотком, интегратор 5, усилитель-ограничитель 6, тиристорный преобразователь питания 7. Гармонический сигнал с выхода интегратора 5, пропорциональный скорости перемещения лотка, усилителем-ограничителем 6 преобразует в последовательность прямоугольных однополярных импульсов, длительность которых составляет половину периода входного сигнала, В тиристорном преобразователе 7 импульсы усиливаются по мощности и, поступая на возбудитель 1, вы- о зывают протекание по его обмотке импульсов тока. Возникают импульсы тягового усилия, приводящие благодаря наличию упругих элементов к колебательному перемещению лотка.

Поскольку сигнал на выходе интегратора 5 з5 пропорционален скорости перемещения лотка, а усилитель-ограничитель 6 и тиристорный преобразователь питания 7 фазовых сдвигов не вносят, возникает фазовый сдвиг, равный —"

2. 4© между тяговым усилием (возмущающей силой) и перемещением лотка, т.е. колебания возбудителя 1 устанавливаются на частоте ыо. При соответствующем выборе характеристик усилиA теля-ограничителя и тиристорного преобразователя питания возникший автоколебательный режим с частотой ы, будет устойчивым. Значение же частоты сто =1 — при изменении массы среды 3, находящейся в лотке 2, будет измеS0 няться, что оказывает положительное влияние на работу вибродатчика вязкости, так как обеспечивается автоматическая коррекция выходного сигнала датчика по изменению массы среды, т.е. учитывается возможная нестабильность погонной нагрузки на вибротранспортере, являющаяся одним из источников погрешности при определении вязкости известным устройством.

Для получения сигнала, пропорционального частате ыо, используется преобразователь 8 "частота — аналог", подключенный к выходу усилителя-ограничителя 6.

Для устранения влияния на точность определения вязкости другого источника погрешности — переменного значения ускорения, равного в рассматриваемом датчике значению х мо

2 о используется контур стабилизации величины ускорения, в который входят датчик ускорения 4, задатчик ускорения 9, элемент сравнения 10, усилитель 11, тиристорный преобразователь питания 7. Требуемое значение ускоре2 ния хои<> устанавливается задатчиком ускорения 9. Если по каким-либо причинам, напри-. мер, из-за изменения 0, величина ускорения хам 2 изменится, то возникший сигнал рассогласования с выхода элемента сравнения 10 через усилитель 11 изменит величину мощности, передаваемой тиристорным преобразователем питания 7 электромагнитному возбудителю колебаний 1. Это приведет к изменению амплитуды хс, колебаний и, следовательно, к восстановлению заданного значения х ыо.

2 в.

Для вычислений коэффициента вязкого сопротивления, зависящего or вязкости, по формуле (6) используются вычислительный блок 12 включающий.в себя первый делительный блок

16, интегратор 13, амплитудный детектор 14 и второй делительный блок 15. На первый вход первого делительного блока 16 с задатчика ускорения 9 поступает сигнал, пропорциональный значению ускорения хс,ыо, а на второй вход— .2 сигнал, пропорциональный ир с преобразователя 8 "частота — аналог". На выходе блока 16 вырабатывается сигнал х со, поступающий

2 а на первый вход второго делительного блока 15.

На второй вход второго делителъного блока 15 поступает сигнал, пропорциональный амплитуде колебаний хс,лотка и соответственно пропорциональный амплитуде тягового усилия F .

Для выработки сигнала, поступающего на второй вход, используются последовательно соединенные второй интегратор 13, на выходе которого сигнал изменяется по гармоническому закону, и амплитудный детектор 14, включенные между выходом интегратора и вторым входом второго делительного блока 15. На выходе второго делительного блока 15 формируется

F сигнал, пропорциональный „, т.е. пропорхс о циональный коэффициенту вязкого сопротивления b.

Определение вязкости по значению коэффициента вязкого сопротивления производится по тарировочным кривым, предварительно снятым в промышленных или лабораторных условиях.

Для использования датчика в системах автоматического управления возможно включение на выходе блока 15 преобразователя величины

775667

iI

1 ;

«.I

, 1! (!

1 !

Q l I ! ! ! !

/!

t коэффициента вязкого сопротивления в величину вязкости.

Как показывает экспериментальная проверка установка в датчике новых элементов повышает точность определения вязкости в зависимос ти от вида дисперсной среды в среднем на 23%.

Появляется возможность построения высококачественных систем стабилизации вязкости в промышленных условиях, что требуется в ряде технологических процессов (вибротранспортирование, виброуплотнение и т.д.).

Формула изобретения

1. Вибродатчик вязкости,. содержащий электромагнитный возбудитель колебаний, установленный на вибротранспортере с лотком, образующих одномассную колебательную систему, о т л и ч а ю! д и и с я тем! -Iic, с целью повышения .::очнос:и определения ьязкости, в него введень да -!!!! ускорения. усилитель-ограничитель, тиристорпый преоораэоватсль литания, 3apazmx yiKo",,eH i э:rc I .:-Iт сравнения, yc>

2. Вибродатчик по п. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что вычислительный блок выполнен из двух блоков деления, интегратора и амплитудного детектора, причем выход первого делительного блока соединен с одним из входов второго делительного блока, выход которого является выходом вычислительного блока, а второй его вход подключен к выходу амплитудного детектора, вход которого соединен с выходом интегратора, чей вход является одним из входов вычислительного блока, а другими входами вычислительного блока являются входы первого делительного блока, один из которых соединен с преобразователем "частота — аналог", а второй с выходом задатчика ускорения.

ВНИИПИ Заказ 7735/59

Тираж 1019 Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, у». Проектная, 4