Компенсационный капиллярный вискозиметр
КОМПЕНСАЦИОННЫЙ КАПИЛЛЯРНЫЙ ВИСКОЗИМЕТР, содержащий стабилизатор расхода, капилляр переменной длины, выполненный в виде трубки с соосно расположенным в ней с возможностью осевого перемещения стержнем, причем капилляр связан с компенсационной схемой управления длиной капилляра, которая образована подпружиненным сильфоном, подвижный торец которого соединен с одним концом стержня, а .также преобразователь перемещения подвижного торца сильфона, соединенный с вторичным прибором, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения диапазона, в него дополнительно введены трехмембранный элемент сравнения, преобразователь давления измеряемой среды в пневматический сигнал, задатчик давления и делитель давления, при этом сильфон псмеьчен в камеру, образующую совместно с сильфоном его внешнюю полость, в которую через стабилизатор расхода подается исследуемая среда и которая соединена с трубкой и с входом преобразова§ теля давления измеряемой среды в пневматический сигнал, причем внут (Л ренняя полость сильфона через делитель давления соединена с междросс сельными камерами элемента сравнения камера отрицательной обратной связи которого соединена с выходом указан- g ного преобразователя давления, а камера положительной обратной связи подключена к задатчику давления, при этом другой конец стержня через тягу и сальниковое уплотнение подключен к преобразователю перемещения
(29) (22) СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
3(52) 6 01 N 11/08
t( т
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3650426/18-25 (22) 10.10.83 (46) 30.08 84. Бюл. Р 32 (72) П.И.Стальнов, В.С.Прохоров, A.Í.Êðóãëîâ и М.В.Кулаков (71) Новомосковский филиал Московского ордена Ленина и ордена Трудового
Красного Знамени химико-технологического института )м. Д.И.Менделеева и Московский ордена Трудового Красного Знамени институт химического машиностроения ,(53) 539.137(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
М 763744, кл. 0 01 2(11/08, 1980.
2. Авторское свидетельство СССР
9 914967, кл. G 01 )(11/08, 1982 (прототип). (54)(57) КОМПЕНСАЦИОН%3Й КАПИЛЛЯРНЦЙ
ВИСКОЗИМЕТР, содержащий стабилизатор расхода, капилляр переменной длины, выполненный s виде трубки с соосно. расположенным в ней с возможностью осевого перемещения стержнем, причем капилляр связан с компенсационной схемой управления длиной капилляра, которая образована подпружиненным сильфоном, подвижный торец которого соединен с одним концом стержня, а также преобразователь перемещения подвижного торца сильфона, соединенный с вторичным прибором, о т л ич а ю щ и. и с я тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения диапазона, в него дополнительно введены трехмембранный элемент сравнения, преобразователь давления измеряемой среды в пневматический сигнал, задатчик давления и делитель давления, при этом сильфон помещен в камеру, образующую совместно с сильфоном его внешнюю полость, в которую через стабилизатор расхода подается исследуемая среда и которая соединена с трубкой и с входом преобразователя давления измеряемой среды в Я пневматический сигнал, причем внутренняя полость сильфона через делитель давления соединена с междроссельными камерами элемента сравнения, камера отрицательной обратной связи которого соединена с выходом указан- Я ного преобразователя давления, а камера положительной обратной связи подключена к эадатчику давления, при этом другой конец стержня через тягу и сальниковое уплотнение подключен к преобразователю перемещения.
1111070
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения вязкости технологических жидкостей, применяемых в химической и нефтеперерабатывающей промышленности.
Известен вискозиметр, содержащий стабилизатор расхода, капилляр переменной длины в виде винтового канала, образованного .винтовой парой цилиндром и плунжером, компенсацион- 1О ную схему управления длиной капилляра, а также выходной преобразователь с вторичным прибором (13.
Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности компенсаци- 15 онный капиллярный вискоэиметр, сОдержащий стабилизатор расхода, капилляр переменной длины, выполненный в виде трубки с соосно расположенным в ней с возможностью осевого перемещения 2р стержнем, причем капилляр связан с компенсационной схемой управления длиной капилляра, которая образована подпружиненным сильфоном, подвижный торец кот эрого соединен с одним кон- g5 цом стержня, а также преобразователь перемещения подвижного торца сильфона, соединенный с вторичным прибором (2).
Известный вискозиметр не обеспечи-Зо вает необходимой точности измерения вязкости из-эа переменных значений сил трения, возникающих между стержнем и трубкой в результате даже незначительных отклонений трубки вискоэиметра от вертикального положения при производственных вибрациях и при попадании твердых включений в зазор между трубкой и стержнем и т.п.
Это обусловлено отсутствием дополнительного источника энергии, которой 40 было бы достаточно для перестановки в заданное положение стержня относительно трубки. Поэтому этим вискоэиметром невозможно измерять малые вязкости или небольшие изменения 45 вязкости с достаточной степенью точности.
Цель изобретения — повышение точности измерений и расширение диапаэона.
Для достижения поставленной цели в компенсационный капиллярный вискоэиметр, содержащий стабилизатор расхода, капилляр переменной длины, выполненный в виде трубки G соосно рас-55 положенным в ней с возможностью осевого перемещения стержнем, причем капилляр. связан с компенсационной схемой управления длиной капилляра, которая образована подпружиненным 60 сильфоном, подвижный торец которого соединен с одним концом стержня, а также преобразователь перемещения подвижйого торца сильфона, соединенный с вторичным прибором, дополни- 65 тельно введены трехмембранный элемент сравнения, преобразователь давления измеряемой среды в пневматический сигнал, задатчик давления и делитель давления, при этоь сильфон помещен в камеру, образующую совместно с сильфоном его внешнюю полость, в которую через етабилиэатор расхода подается исследуемая среда и которая
l соединена с трубкой и с входом преобразователя давления измеряемой среды в пневматический сигнал,,причем внутренняя полость сильфона через дели тель давления соединена с междроссельными камерами элемента сравнения, камера отрицательной обратной связи которого соединена с выходом указанного преобразователя давления, а камеjpa положительной обратной связи подключена к задатчику давления, при этом другой конец стержня через тягу и сальниковое уплотнение подключен к преобразователю перемещения °
На чертеже изображен предлагаемый компенсационный капиллярный вискозиметр.
Вискозиметр состоит из стабилизатора 1 Расхода исследуемой среды, трубки 2 с соосно располбженным в ней с возможностью осевого перемещения стержня 3, сильфона 4, помещенного в камеру 5, тяги б, соединяющей стержень 3 с преобразователем перемещения 7, вторичного прибора 8, преобразователя 9 давления исследуемой среды в пневматический сигнал, трехмембранного элемента 10 сравнения, задатчика 11 давления и дроссельного делителя 12 давления, содержащего один нерегулируемый и один регулируемый дроссель.
Делителем 12 устанавливается верх- ний предел измерения вязкости, а эадатчиком 11 давления — нуль прибора.
Компенсационный капиллярныи вискозиметр работает следующим образом.
Контролируемая среда поступает из. стабилизатора расхода 1 в камеру 5, образующую совместно с сильфоном 4 его внешнюю полость. Далее контролируемая среда движется стационарно в кольцевом пространстве между трубкой
2 и стержнем 3. При этом во внешней полости сильфона 4 развивается давление, пропорциональное вязкости среды и длине капилляра. Усилие,развиваемое сильфоном эа счет этого давления, уравновешивается усилием от давления, поступающего во внутреннюю полость сильфона. Изменение вязкости вызывает изменение гидравличе- . ского сопротивления кольцевого пространства капилляра и, следовательно, изменение давления во внешней полости сильфона 4. Это давление преобразователем 9 преобразуется в пневматический сигнал, который подается в
1111070 в камеру отрицательной обратной связи элемента сравнения 10. B камеру положительной обратной связи сильфона сравнения подается давление с задатчика 11 давления. Таким образом, в элементе 10 сравнения происходит 5 сравнение давления во внешней полости сильфона 4 с заданным задатчиком 11 давления. Под действием возросшего давления во внешней полости сильфона 4 давление в междроссельных ка- 30 мерах элемента 10 сравнения уменьшается. Уменьшение этого давления вызывает уменьшение давления во внутренней полости сильфона 4. Под действием возросшего давления во внешней полости и уменьшившегося давления во внутренней полости сильфона, последний начинает деформироваться, выдвигая стержень 3 из трубки 2 и тем самым уменьшается длина кольцево- >О го канала капилляра до тех пор, пока давление во внешней полости сильфона 4 сравняется с давлением. зада- ния, вырабатываемым задатчиком 11.
Перемещение стержня 3 преобразуется преобразователем 7 перемещения в сигнал, который поступает на вторичный прибор 8 и регистрируется.
Таким образом, любому изменению вязкости контролируемой среды соответствуют перемещения стержня 3 относительно трубки 2 под действием сильфона 4 (вынужденные перемещения) с целью поддержания постоянной величины давления во внешней полости силь фона 4, заданной задатчиком 11 давления.
Из условия равновесия, подвижных частей элемента сравнения следует, что щ р 35 (К g д (5) Т.е. перемещение стержня 3 относительно трубки 2 пропорционально динамической вязкости ) исследуемой средь . При изменении давления в междрос40 сельных камерах элемента 10 сравнения от 0,2 до 1,0 кгс/смг необходимо вместо Р в формуле (4) подставить вначале 0,2 кгс/смг, а затем давление 1,0 кгс/см . Получив систему уравг 45 нений и решив ее, находят значение величины на<"тройки коэффициента дроссельного д:. ". теля 12 1,25 д (б)" 50 где 4 — перемещение подвижного торца сильфона 4 при изменении вязкости < в выбранном диапазоне измерений (принимается при расчете из условия выбранного преобразователя 7 переме55 "е"иЯ ) где К oh о(« 4 При значении вязкости р <<<, соответствующей верхнему пределу измерения, давление Рч в междроссельных камерах элемента 10 сравнения равно 60 0,2 кгс/смг, а при вязкости с „„;„, соответствующей нижнему пределу измерения, Р = 1,0 кгс/смг. Подставив эти значения в формулы (3) и (4), прини мая во внимание равенства (1) н (6), 65 а также решив полученную систему й.", и ь(,2 — проводимости перерегулируемого и регулируемого дросселей. PPz. PP3 II где P<, - давление на выходе преобразователя 9, пропорциональное давлению во внешней полости сильфона 4, т.е. Рг = КР„, (где К - коэффициент пропорциональности); Р - давление с задатчика 11 . Между давлением Р во внутренней полости сильфона 4 и давлением Н, в междроссельных камерах элемента сравнения 10 существует зависимость: Давление Р во внешней полости сильфона 4 можно определить по формуле: P„ 2 (о < E) (3) где Кг -.постоянный коэффициент, зависящий от единиц измерения входящих в уравнение величин, а также от массового расхода измеряемой среды через капилляр н геометрических размеров поперечного сечения кольцевого канала, образованного стержнем 3 и трубкой 2; динамическая вязкость измеряемой среды; - длина стержня 3, находящаяся в трубке 2 при отсутствии давления во внутренней . и внешней полостях сильфона 4у В - перемещение подвижного торца сильфона, а следовательно, и стержня 3 под дейст- вием давлений, действующих во внешней и внутренней полостях сильфона. Перемещение Е можно вычислить по формуле I е=4,(@ p„)-k,(,,p, p„g, () где К - постоянный коэффициент, значение которого зависит от размеров и жесткости сильфона. Решение уравнений (1) — (4) дает 1111070 уравнений, получают значение величины настройки давления задания Р3 с помощью задатчика 11: Р, - —" CL,- л 3 щщ-о.гф„щ j ) з,Рма.,у - и Например, если в качестве преобра.зователя 7 перемещения использовать дифференциально-трансформаторный преобразователь, то а =5 мм (из условия 10 обеспечения линейной зависимости индуцируемой ЭДС от перемещения). При измерении вязкость растворов КОН изменялась в пределах от О („=1,2 10 poP = 1,4.10 Па с. 15 Для измерений выбран сильфон, у которого K = 12 cM>/êãñ, при этом 4 = 100 мм. Тогда K =- 7 25 с - =0 052 0 5 4 20 Р,=- - (10-1 25 0,5 -z -- -L-)= 1 2-0 2 1 4 9 12 1,4 — 1,2 0,59 кгс/см, Так как стержень 3 совершает вы- 25 нужденные перемещения под действием силы, развиваемой сильфоном 4 и эта сила значительно больше сил трения в сальниковом уплотнении, сил трения, возникающих между стержнем 3 и трубкой 2 в результате даже незначительных отклонений трубки вискозиметра от вертикального положения при производственных вибрациях и при попадании твердых включений в кольцевой канал между стержнем и 35 трубкой и т.п., то перемещение стерж-, ня 3 относительно трубки 2 всегда происходит до.положения, заданного задатчиком 11. При этом на работУ вискозиметра .не влияют его положение в пространстве (он может бить установлен горизонтально или вертикально выходным штуцером вверх), загрязнения в сальнике, появляющиеся в процессе эксплуатации прибора и т.п. Таким образом, обеспечивается повышенная точность измерения малых значений вязкости или небольших изменений вязкости. В предлагаемом вискозиметре легко может быть осуществлена коррекция температурных изменений вяз кости. Для этого трехмембранный элемент сравнения 10 нужно заменить на пятимембранный элемент сравнения. В полученные дополнительно камеру отрицательной обратной связи (в случае увеличения вязкости от увеличения температуры) или камеру положительной обратной связи (в случае уменьшения вязкости от увеличения температуры) подается пневматический сигнал, пропорциональный температуре измеряемой среды, который формируют, например, с помощью манометрического термометра. В предлагаемом вискозиметре обеспечивается повышение точности измерения и расширение диапазона применения вследствие использования вынужденного перемещения стержня 3 относительно трубки 2 от внешнего источника энергии, и обеспечения воэможности организации простыми приемами температурной коррекции. Повышение, точности измерений способствует улучшению качества автоматического контроля технологических процессов в различных отраслях промышленности, например химической,по- вышению качества выпускаемых продуктов, производительности труда, уменьшению потерь сырья и энергетических затрат. Составитель В.Вощанкин Редактор Л.Пчелинская ТехредМ.Надь КорректорО.Тигор «»С» » Заказ 6302/35 Тираж 822 Подвисное, ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4
