Колебательный датчик вязкости

 

КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ ДАТадк ВЯЗКОСТИ , состоявши из механической колебательной системы, возбуткдающего преобразователя и приемного преобразователя , имеющего выход для подключения измеритепьной системы, о тличающийс я тем, что, с целью увеличения повторяемости измерений и облегчения градуировки вискозиметра, он содеряят управляемый усилитель, измерительный вход которого соединен с вькодом приемного преобразователя, и сумматор, один вход которого соединен с выходом управляемого усилителя, другой вход подключен к системе возбуждения вискозиметра, а выход соединен с входом возбуждающего преобразователя .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

{ 39) (f 1) 4(5)) G 01 Н 11/16

1"ОС1ЩФРС ЙЗЕИНЫЙ НОМИТЕТ СССР

По ДЕЛАМ ИЗОИ*ЕтЕНИй И отНРЬПИЙ (21) 3681784/24-25 (22) 28.12.83 (46) 92.03.85. Бюл. Р 9 (72) l0.K.Реммель и Л.К.Эйнер (71) Таллинский политехнический институт (53) 532.137(A88.8), (56) 1. Соловьев А.Н., Каплун A.Á.

Вибрационный метод измерения вязкости жидкостей. Новосибирск, 1970, с. 67-70.

2. Авторское свидетельство СССР

У 697882, кл. С 01 К 11/16, 1978 (прототип). (54)(57) КОЛЕБАТРЛЬНЫЙ ДАТЧИК ВЯЗКОСТИ, состоящий из механической колебательной системы, возбуждающего преобразователя и приемлого преобразователя, имеющего выход для подключения измерительной системы, отличающийся тем, что, с целью увеличения повторяемости измерений и облегчения градуировки вискозиметра, он содержит управляемый усилитель, измерительный вход которого соединен с выходом приемного преобразователя, и сумматор, один вход которого соединен с выходом управляемого усилителя, другой вход подключен к системе возбужде-, ния вискозиметра, а выход соединен с входом возбуждающего преобразователя.

9 11440

Изобретение относится к вибрацион ной вискозиметрии и может быть использовано при исследовании свойств текучих сред в химической и пищевой промышленности, в металлургии, а S также в промьппленности строительных материалов по их вязкости.

Известен колебательный датчик вязкости, включающий механическую колебательную систему, соединенную 0 с системами возбуждения и измерения.

Характер демпфирования колебательного датчика определяется, в основном, исследуемой средой, а повторяемость произведенных при помощи его измерений зависит в большей мере от конструкции механической части колебательного. датчика )1) .

Недостатком укаэанного колебательного датчика является разброс параметров механической колебательной системы.

Наиболее близким к предлагаемому является колебательный датчик вязкости, состоящий иэ механической 25 колебательной системы, возбуждающего и приемного преобразователей, имеюцего выход для подключения измерительной системы. Возбуждающий преобразователь содержит сравнивающее устройство с импульсным выходом, задатчик, триггер, электронные ключи и усилитель с прямым и фазоинверсным входами (2) .

Известный колебательный датчик не обеспечивает высокой повторяемос35 ти измерений ввиду разброса добротности при изготовлении датчика, а также ввиду изменения добротности при его эксплуатации. Неодинаковая

40 добротность у отдельных экземпляров датчиков затрудняет градуировку вискоэиметров при их серийном производстве.

Цель изобретения — увеличение

45 повторяемости измерений и облегчение градуировки вискозиметра, испольэующих колебательные датчики.

Поставленная цель достигается тем, что колебательный датчик вяэкос-50 ти, состоящий из механической колебательной системы, возбуждающего преобразователя и приемного преобразователя, имеющего выход для подключения измерительной системы, допол- 55 нительно содержит управляемый усилитель, измерительный вход которого соединен с выходом приемного преобра;

28 зователя, и сумматор, один вход которого соединен с выходом управляемого усилителя, другой вход подключен к системе возбуждения вискозиметра, а выход соединен с входом возбуждающего преобразователя.

На чертеже изображена функциональная блок-схема предлагаемого датчика.

Колебательный датчик вязкости включает механическую колебательную систему 1, погружаемую в исследуемую жидкость, возбуждающий преобразователь 2 для приведения механической колебательной системы 1 в колебательное движение, приемный преобразователь 3, который снимает и передает сигнал о колебании зонда механической колебательной системы 1 в систему измерения вискозиметра, управляемый усилитель 4, измерительный вход которого соединен с выходбм приемного преобразователя 3, и сумматор 5, один вход которого соединен с выходом управляемого усилителя 4, другой вход подключен к системе возбуждения вискоэиметра, а выход соединен с входом возбуждающего преобразователя 2.

Датчик работает следующим образом.

Сигнал, пропорциональный скорости зонда механической колебательной системы 1, с выхода приемного преобразователя.З подается через управляемый усилитель 4, сумматор 5 и возбуждающий преобразователь 2 обратно на механическую колебательную систему так, что образуется контур обратной связи. Образующаяся обратная связь при исходной добротности QD z Q где Qö ь-,необходимое номинальное значение добротности, положительна и при Ц ) Q> — отрицательна, а при

Я =(}ц контур обратной связи сорван.

Управление обратной связью — ее знаком и глубиной, которая выбирается такой, чтобы круговое усиление всегда было меньше единицы, осуществляется через второй управляющий вход управляемого усилителя 4. При построении вискозиметра на базе предлагаемого датчика возбуждающий сигнал с системы возбужпения вискозиметра подается на один из входов сумматора 5, где он алгебраически суммируется с выходным сигналом управляемого усилителя

4, а выходной сигнал датчика снима4028 4

««с — исходный коэффициент затухания, ««««« — коэффициент затухания; введенный для нормализа5 ции добротности

М вЂ” коэффициент затухания, характеризующий влияние измеряемой жидкостщ

С вЂ” жесткость упругого эле10 . мента

x,õ,У вЂ” перемещение и его первое и второе производные

4(t) — возбуждающая сила.

Поделив компоненты о« на «и, можем но определению добротности записать, «о о о

« « «g и«

Заменяем совместное влияние добротности Q«, и произведения динами2б ческой вязкости жидкости F на ее плотность Р на эквивалентное влияние вязкости Р, ) KS ïo уравнению.

3 114 ется с выхода приемного преобразова теля 3 и колебательный датчик имеет нормализованную добротность Q„>„.

Необходимость нормализации добротности колебательного датчика вызвана тем, что добротность известнык колебательных датчиков варьируется в большей мере как от экземпляра к экземпляру, так и во времени, а ее величина сильно влияет на нелинейность характеристик датчика при малых вязкостях измеряемой среды. Изменяющаяся нелинейность, как следствие изменения добротности, сниЖает повторяемость измерений и затрудняет градуировку вискозиметра.

Математически достигаемый эффект нормализации добротности выражается формулой о

1- "о « (1) где 6, . — добротность датчика после нормализации, («о — исходная добротность датчика, 25

"о — коэффициент передачи исходного датчика на резонансной частоте Я

"« - коэффициент передачи управляемого усилителя.

При отрицательной обратной связи (Q > e„ ц) в формуле (1) в знаменателе стоит знак "плюс", а при положительной обратной связи (Q««< «1, ж)— .знак "минус". Для нестабильности .35 нормализованной добротности получаем ,из формулы (1) следующую оценку: откуда находим, что ««»

«-««макс 1+ "о «чо дМ,/К<

7 о(«о!(о

55 где m — колеблющаяся масса, «х.«««+0«<àо- суммарное значение коэффициента затухания;

g k и 66о — изменении К, и Q o.

Оценивая влияние добротности и ее изменений на отсчеты измерений вязкости, допустим, что механическая колебательная система 1 описывается дифференциальным уравнением второго порядка х+ — х+ — х = — Щ) (З)

«««, С

« о п«ю 7

8 = — ts 1о

2 / Яо ио 72 где 5 — отношение площади соприкосновения зонда с жидкостью к колеблющейся массе датчика.

Так как использование положительной обратной связи является, имея ввиду нестабильность добротности по формуле (2) после нормализации, худшим, чем использование отрицательной обратной связи при всех значениях «, приведем пример, в котором исходную добротность Q =50 требуется перевести к номинальной 0Ä Ä=100 при помощи положительной обратной связи. Допустим при этом, что Я„ =200 с

-I

5 = 1 м кг и измеряется вязкость

=1 Па с. кг,м

При градунровке вискозиметра эквивалентная совместному влиянию Я„ ц=

=100 и (7p =1 Па с кг и вязкость ц =1 44 Па с кг. мз отмечается на

«60

Пз,ь шкале прибора как действительная вязкость р17 =1 Па с ко м и и р.азница pg „- p «7 принимается как устраненная систематическая погрешность. Совместное влияние о=

=50 и Pg =1 Па.с кг и з эквивалентно 7 ц =1,9á Па.с-кг М э и разница

p - pg „> =0,52 приводит к 52-проf 144028 центной погрешности измерения вязкости Р =1 Па.с. кг.м . Нормализация добротности устраняет эту погрешность

Иэ таблицы видно, как влияют на погрешность измерения относительные изменения добротности } н коэффициента 11, при этом для определенности величинам Ь } /Q иak, /t присвоены конкретные численные значения (измеряется вязкость pg =1 Па с-кг м ).

Датчик с нормализированной добротностью

q, = }„,„=100

Исходный датчик

0,а но шкале вискозиметра

Погрешность от

Q(>

aQ о (}

Qî

10- «1 10 2 10 100 2 1,00

+0,98

+0 0098 -0,94

-0,0094

1О 1 10 3 10 100 3 1,00

-1,4

+0,015

-0,014

10 »1 10 1 10 10011 1 00

+0,0048

+0,48

-0,0047 -0,47

« в»

Вязкость эквива- Погрешлеитная с ность от неравен- ства (},1 !

pg и (}., p(и (}н.„" }ною % 50 1 96 . 1,44 . 52

Сравнение погрешностей от <}О и по таблице показывает, что нормализация значительно уменьшает разброс добротности, независимо от.

5 того, возникает ли он при изготовлении или при эксплуатации датчика, повышает, таким образом, повторяемость измерений и облегчает градуировку вискоэиметров, использующих предлагаемый колебательиый дат— .. чик.

1144028

Составитель В.Крутин

Редактор В.Петраш ТехредМ.Гергель Корректор А.Обручар

Заказ 897/36 . Тирам 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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