Устройство для определения вязкости жидкости

 

Союз Советски и

Социалистических

Республик

О П И С А H N K (ii)857785

ИЗО6РЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное х ает. саид-ву N 600419 (22) Заявлено 16,11.79 (21) 2840457/18-25 с присоединением заявки № (23.) Приоритет— (5l )NL. Кл.

G 01 И 11 08

Гааударстееииий комитет ио делан изобретений и атирытнй

Опубликовано 23.08.81 Бюллетень ¹ 31. (53) Уд К 532.137 (088.8) Дата опубликования описания 23.08.81 (72) Авторы изобретения

М. М, Мордасов и А. В. Трофимов

Тамбовский институт химического машиностр(эенмя (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ.

Изобретение относится к приборостроению, в частности к устройствам для непрерывного измерения вязкости жидкостей или других параметров, связанных с вязкостью, непосредственно внутри реакционных аппаратов, например, в химической, нефтеперерабатывающей и лакокрасочной промышленностях.

По основному авт. св. К 600419 известно устройство для определения вязкости жидкости, содержащее измерительный сосуд с капил10 ляром, измеритель времени истечения, дозирующее устройство, вторичный прибор, причем измеритель времени истечения выполнен в виде преобразователя силы, вход которого соединен посредством газоподводящей трубки с изIj мерительным сосудом, а выход подключен к соответствуютцим камерам элементов сравнения, в другие камеры которых подключены задатчики давления, при этом выходы элементов сравнения соединены с входами пневматического триггера, присоединенного своим выходом к входу вторичного прибора и к камере управления пневмореле, в сопла которого . поданы давления различного уровня, а выход реле соединен с газоподводящей трубкой измерительного сосуда 111.

Однако точность измерения вязкости известным устройством в значительной мере зависит от постоянства глубины погружения измерительного сосуда с капилляром и давления над поверхностью контролируемой жидкости.

Бель изобретения — повышение точности из- . мерении. ь

Эта цель достигается тем, что устройство снабжено гидростатическим уровнемером, двумя пятимембранными элементами сравнения, эадатчиками начального давления, избыточного давления н давления соответствующего заданному уровню жидкости, при этом гидростатмческий уровнемер установлен иа одном уровне с выходом капилляра, а выход уровнемера подключен к одному иэ входов первого пятимембранного элемента сравнения, включенного по схеме повторителя, в другие входы которого включены, соответственно, задатчнкн начального давления и давления, соответствующего заданному уровню жидкости, причем выход первого пятимембранного элемента сравнения соедмнен с од3 8577 ним иэ входов второго пятимембранного weмента сравнения, включенного по схеме повторителя, к другим входам которого присоединены задатчики начального давления и избыточного давления, а выход второго пятимембран5 ного элемента сравнения подключен в одно из сопел пневмореле, выход. которого соединен с газоподводящей трубкой измерительного сосу да.

На чертеже представлена принципиальная схе ма предлагаемого устройства.

Устройство состоит из измерительного элемента, содержащего измерительньгй сосуд 1 и капилляр 2, соединенного газоподводящей трубкой 3 с преобразователем 4 силы в давление, выход которого подключен в камеру А элемента 5 сравнения и в камеру Б элемента 6 сравнения. В камеру Б элемента 5 и в камеру

А элемента 6 подключены соответственно задйтчики 7 и 8 давлений. Выходы элементов сравнения подключены к входам триггера 9 с разделительными входами, выход которого поступает на вход вторичного прибора (на чертеже не показан) и в камеру Б реле 10, в камеру

А которого подан подпор. В сопла 11 реле 10 подключен выход пятимембранного элемента 12 7 сравнения, соединенного по схеме повторителя.

Камеры Д. Г и В элемента 12 сравнения соединены соответственно с выходом пятимембранного элемента 13 сравнения, включенного по схеме повторителя, с задатчиками 14 и 15.

Камеры Д, Г и В элемента 13 сравнения соединены соответственно с выходом гидростатического уровнемера 16, эадатчиком 17 давлений, задатчиком 14 давления. В сопла 18 реле 10 подключена линия вакуума. Вь1ход реле 10 со- 35 единен с газоподводяшей трубкой 3. Измерительный элемент и чувствительный элемент уровнемера заключены в защитный кожух 19 и погружены в контролируемую жидкость, находящуюся в реакционном аппарате. 40

На измерительный элемент, полностью погруженный в контролируемую жидкость, действует выталкивающая сила Fq, равная

q=V„,(J .1„) i где Vä — объем измерительного элемен45 та;

j, j — удельные веса соответственно жидкости и газа.

Сила F, действующая на чувствительный элемент преобразователя 4 силы и передаваемая при помощи газоподводящей трубки 3, равна

so

F-=GFs где G — вес измерительного элемента с газоподводящей трубкой.

Устройство для определения вязкости жидкостей работает следующим образом.

В начальный момент жидкость в полости измерительного сосуда 1 отсутствует. На вход преобразователя 4 воздействует минимальная

85 4 сила, а следовательно, на его выходе имеется минимальное давление Р4. Это давление посту. пает в камеру А элемента 5 и в камеру Б элемента 6 сравнения. Лзвпение Р„, устанавливаемое задатчиком 7, соответствует минимальному весу измерительного элемента, а давление

Ра, устанавливаемое эадатчиком 8 — максимальному весу, Поступающие в соответствующие камеры элементов сравнения давления с выхода преобразователя в начальный момент меньше давлений, устанавливаемых эадатчиками 7 и 8, поэтому на выходе элемента 5 сравнения присутствует сигнал единичного уровня, а на выходе элемента 6 — нулевого. При таких входных сигналах триггер имеет на своем выходе нулевой сигнал.

Реле 10 под действием подпора занимает такое положение, при котором санно 11 закрыта, а сопла 18 открыто. Через открытое сопла 18 и газоподводящую трубку 3 в полость измерительного элемента подается вакуум, величина которого постоянна.

Контролируемая жидкость пад действием созданного перепада давления начинает натекать в измерительный сосуд 1 через капилляр 2.

Па мере натекания жидкости в сосуд 1 увели:чивается сина, действующая на преобразователь 4, а следовательно, и давление на его выходе.

Как только давление на выходе преобразователя 4 становится больше давления в камере А элемента б, на выходе этого элемента сравнения появляется единичный сигнал, переводящий триггер в положение, при котором на его выход поступает сигнал единичного уровня. Этот сигнал, поступая на вход реле 10, перемешает мембранный блок, закрывая сопла 18 и открывая сопла 11. В сосуд 1 поступает избыточное давление, и под его действием контролируемая жидкость начинает истекать из этого сосуда через капилляр 2.

Давление РС1„над поверхностью контролируемой жидкости и уровень жидкости внутри,реакционного аппарата h, как правило, подвержены изменениям. Для исключения этих изменений на результат измерений вязкости необходимо, чтобы истечение жидкости происходило под действием постоянного перепада давленийна капилляре 2, Постоянство перепада давления на капилляре поддерживается следующим образом.

При поступлении на входы пятимембранного элемента 13 сравнения давлений на его выходе имеется давление

Р13 Р16 + Р14 Р17 > где Р,7 — давление, соответствующее заданному уровню жидкости;

Р14 — начальное давление;

Р1 — давление, поступающее с выхода уровнемера 16.. 857785 где d, 1

Использование предлагаемого устройства в промышленности позволяет упростить процесс измерения вязкости жидких продуктов, обладаютцкх повьппениой пожаро- и взрывоопясностью. Помимо этого„все устройство, кровю

Прн соответствии уровня в аппарате заданному, т.е. Р,б = Р11, на выходе элемента сравнения 15 присутствует давление

Р1З = Р14 (1)

Давление Р1з с выхода элемента 13 пятимембранного элемента сравнения поступает в камеру Л элемента 12 сравнения. В камеру В элемента 12 подается давление Р1 с выхода задатчика 15, соответствующее величине избыточного давления, прн котором должно прохо- 1О дить измерение, в камеру Г этого же элемента подается давление Р14 с выхода задатчика 14, являющееся начальным давлением или давлением смешения. Введение этого. давления позволяет в зависимости от знака разности (Р,б — 15

P») оказывать различное влияние на Р». На выходе элемента 12 сравнения при поступлении на его входы перечисленных давлений будет выходной сигнал

Р!2 Р13 P14 + Р15 (2) 20 .С учетом формулы (1) уравнение (2) принимает вид

Р12 Р15

Таким.образом, в измерительный элемент по газоподводяшей трубке не поступает избыточное 25 давление, величина которого соответствует заданному значению.

Пусть давление Р в аппарате над поверхностью жидкости и уровень h жидкости изменились. Тогда с выхода уровнемера на вход (в ка-10 меру Д) элеме1па 13 сравнения поступает давление где р „— плотность жидкости;

9 — ускорение свободного падения;

h — уровень жидкости в аппарате (заданная глубина погружения чувствительного элемента уровнемера и из- 40 мерительного вискоэиметра);

ДЬ, ДР я — изменение уровня и давления над поверхностъю жидкости соответственно. 45

В уравнении (3) величина P g> Р „= Р поэтому Р10 = P + h РО11 1

При поступлении такого давления на вход weмента 13 на его выходе имеется давление

Р„ъ=P, -(9) Ч<>. ь1 .)

Это давление поступает на вход в камеру Д элемента 12 сравнения, выходное давление которого, подаваемое в измерительный элемент, равно Р„ = Р15 (Уж 1 + 11 аг1)

При подаче избыточного давления в полость измерительного элемента по мере вытеснения жидкости растет выталкивающая сила, под действием которой уменьшается сила, действующая на преобразователь 4, вследствие чего давление; на выходе преобразователя 4 уменьшается.

Уменьшение давления происходит до тех пор, пока его значение не становится меньше давления, устанавливаемого задатчиком 7. При этом на выходе элемента 5 сравнения появляется сигнал единичного уровня. Под действием этого сигнала триггер 9 занимает такое положение, при котором на его выходе присутствует нулевой сигнал. Мембранный блок реле 10 под действием подпора перемещается вверх, сообщая при этом полость измерительного сосуда 1 с линией вакуума. Начинается процесс натекания жидкости в измерительный элемент.

С выхода триггера 9 в процессе. измерения поступают на вторичный прибор импульсы прямоугольной формы, длительность которых зависит от вязкости и определяется из уравнения

Пуазейля в виде

ACi hP (1 1 1 диаметр и длина капилляра соответственно;

ДЕ g — изменение выталкивающей силы, действующей на полностью погруженный измерительный элемент при вытеснении из него избыточным давлением Р,2 контролируемой жидкости через капилляр;

Ф ж вязкость жидкОсти; — перепад давления на капилля ж.

Велии 1Д1Ъ 1 d ярк j jã явл юся постоянными, поэтому Ь =С р где С вЂ” постоянная величина.

В предлагаемом устройстве производится одновременно преобразование времени истечения жидкости из измерительного элемента и автоматическое дозирование жидкости, потому что объем жидкости, поступающей в измерительный сосуд и вытекающей из него, определяется давлениями, усганавливаемь1ми при помощи задатчиков 7 и 8.

В случае, если контролируемая жидкость взаимодействует с воздухом, в измерительный элемент через сопло питания элемента 12 cpasкения необходимо подавать ийертный гаэ, например азот.

857785

7 измерительного элемента, может быть выполнено на пневматических элементах.

Получение выходного сигнала в частотноимпульсной форме позволяет передавать результаты измерения беэ потери информации на расстоянии, значительно превышающие допустимые для пневматических ситналов, представленных в аналоговой форме.

Кроме того, в случае необходимости получения информации о скорости истечения дозы контролируемой жидкости предлагаемое устройство может быть снабжено регистратором, подключенным к выходу преобразователя силы в давление сжатого воздуха. При этом показания устройства не зависят от количества жидкости, остающейся на стенках измерительного сосуда цо той причине, что измерения ведут только но количеству вытекающей жидкости путем фиксации изменения веса измерительного сосуда, которое происходит под действием выталкивающей силы.

Точность устройства вследствие того, что истечение жидкости происходит под действием постоянного перепада давления независимо от изменения уровня жидкости в аппарате и избыточного давления над поверхностью жидкости, при работе его в производственном аппарате выше, по сравнению с известными устройствами.

Формула иэобрегения устройство для определения вязкости жидкости по авт. св. У 600419, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что; с целыс повышения точности, 5 оно снабжено гидростатическим уровнемером, двумя пятимембранными элементами сравнения, задатчиками начального давления, избыточного давления и давления, соответствующего заданному уровню жидкости, при этом гидростатический уровнемер установлен на одном уровне с выходом капилляра, а выход уровнемера подключен к одному из входов первого пятимембранного элемента сравнения, включенного по схеме повторителя, в другие входы которого включены, соответственно, задатчикн начального давления и давления, соответствующего заданному уровню жидкости, причем выход первого пятимембранного элемента сравнения соединен с одним из входов второго пятимембранного элемента сравнения, включенного по схеме по2О вторителя, к другим входам которого присоединены задатчики начального давления и избыточного давления, а выход второго пятимембранного элемента сравнения подключен в одно из

25 сопел пневмореле, выход которого соединен с газоподводящей трубкой измерительного сосуда

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР М 600419, кл. 6 01 N 11/08, 1978 (прототип).

7785

Составитель Э. Скорняков

Техред Ж. Кастелевич Корректор ® Макаренко

Редактор Н. Рогулич

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

Заказ 7229/69 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1)3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5