Вискозиметр

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вязкостных свойств непрозрачных жидкостей, например буровых растворов . Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет определения статического и динамического напряжений сдвига. Вискозиметр с чувствительным элементом, шарики из магнитои электропроводного материала и резистивный элемент, управляемый кольцевыми магнитами, размещенныИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вязкостных свойств непрозрачных жидкостей, например буровых растворов . Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет определения статического и динамического напряжений сдвига. На фиг. 1 представлена принципиальная технологическая схема вискозиметра; на ми в двух падающих телах в виде шариков, позволяет отслеживать движение тел и записывать весь процесс падения. Оба тела имеют идентичные геометрические размеры , но отличаются друг от друга по плотности , что позволяет зафиксировать две разные скорости падения тел в исследуемой среде. Шарики из магнитои электропроводного материала перемещаются внутри канавок стержня по бифиллярно намотанным виткам резистивного элемента за счет их удержания в центральном сечении кольцевого магнита. Поле магнита также осуществляет функцию прижимания шариков к резистивному элементу. Измерение и регистрация процесса изменения сопротивления резистивного элемента полностью отражает характер падения обоих падающих тел. Изменение плотности тел, задержка во времени начала падения одного из тел позволяют получать различные зависимости , из которых рассчитываются вязкостные показатели жидкости. Управление режимами работы вискозиметра осуществляется с помощью логического блока. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. фиг.2 - рабочее тело вискозиметра; на фиг.З - разрез А-А на фиг.2. Вискозиметр состоит из цилиндрической емкости 1 и тонкостенной диамагнитной трубы 2 с цилиндрическим стержнем 3, коаксиально расположенных в емкости 1. Емкость 1 через запорный отсекающий клапан 4 связана с отбором исследуемой жидкости 5 из технологического трубопровода 6, сброс которой из емкости 1 осуществляется через клапан 7. Для создания перепада давления Д Р в трубопроводе 6 установлен сл С о GJ 00 О

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 N 11/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4474050/25 (22) 05,08.88 (46) 30.03.91. Бюл. ¹ 12 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по креплению скважин и буровым растворам (72) В.M.Ìîíàõîâ (53) 532.137 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 276502, кл. G 01 N 11/10, 1969.

Авторское свидетельство СССР

N. 1425526, кл. G 01 N 11/10, 1987. (54) ВИСКОЗИМЕТР (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вязкостных свойств непрозрачных жидкостей, например буровых растворов. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет определения статического и динамического напряжений сдвига. Вискозиметр с чувствительным элементом, шарики из магнито- и электропроводного материала и резистивный элемент, управляемый кольцевыми магнитами, размещенныИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вязкостных свойств непрозрачных жидкостей, например буровых растворов.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет определения статического и динамического напряжений сдвига.

На фиг.1 представлена принципиальная технологическая схема вискоэиметра; на Ж „, 1638610 А1 ми в двух падающих телах в виде шариков, позволяет отслеживать движение тел и записывать весь процесс падения. Оба тела имеют идентичные геометрические размеры, но отличаются друг от друга по плотности, что позволяет зафиксировать две разные скорости падения тел в исследуемой среде. Шарики из магнито- и электропроводного материала перемещаются внутри канавок стержня по бифиллярно намотанным виткам резистивного элемента за счет их удержания в центральном сечении кольцевого магнита. Поле магнита также осуществляет функцию прижимания шариков к резистивному элементу. Измерение и регистрация процесса изменения сопротивления резистивного элемента полностью отражает характер падения обоих падающих тел. Изменение плотности тел, задержка во времени начала падения одного из тел позволяют получать различные зависимости,,из которых рассчитываются вязкостные показатели жидкости, Управление режимами работы вискозиметра осуществляется с помощью логического блока, 2 з.п. ф-лы, 3 ил. фиг.2 — рабочее тело вискозиметра; на фиг.3— разрез А-А на фиг.2.

Вискозиметр состоит из цилиндрической емкости 1 и тонкостенной диамагнитной трубы 2 с цилиндрическим стержнем 3, коаксиально расположенных в емкости 1.

Емкость 1 через эапорный отсекающий клапан 4 связана с отбором исследуемой жид- кости 5 из технологического трубопровода

6, сброс которой из емкости 1 осуществляется через клапан 7. Для создания перепада давления Ь P в трубопроводе 6 установлен

1638610 дроссель 8. Стержень 3 выполнен сплошн ым из диа магнит ного и неэле ктроп роводного материала, причем на стержне 3 выполнены проточные углубления (канавки)

9 по его образующим, в которые помещены шарики 10 из магнито- и электропроводного материала. На стержне 3 намотан бифиллярно резистивный элемен- 11. Стержень 3 гидроизолирован от исследуемой жидкости

5 с помощью тонкостенной диамагнитной трубы 2, надетой на него и плотно прикрепленной к днищам 12 емкости 1. По трубе 2 свободно перемещаются два рабочих тела

13 и 14 в форме полого шара со сквозными осевыми каналами. Оба рабочих тела 13 и 14 имеют одинаковые геометрические размеры и отличаются друг от друга только плотностью. Сте ржен ь 3 вы пол нен пол н остью сплошным (без канавок 9) на высоту, равную половине высоты рабочего тела 13 (14). На сплошных концах стержня расположены контактные группы. Каждое рабочее тело 13 (14) имеет кольцевой постоянный магнит 15, который зафиксирован в центральном сечении рабочих тел 13 и 14 перпендикулярно осевому каналу. Часть полости рабочих тел

13 и 14 заполнена утяжеляющей жидкостью

16. которая служит для смещения центра тяжести рабочих тел 13 и 14 книзу и для регулирования их плотности путем изменения количества жидкости 16 в телах 13 и 14.

Полость рабочих тел 13 и 14 разделена полостями 17 нэ кессоны 18, заполненные утяжеляющей жидкостью до одинакового уровня.

На обоих днищах 12 емкости 1 закреплены магнитные ловушки в виде дроссельных катушек 19, которые при срабатывании цепи управления удерживают своим магнитным полем попавшие в них рабочие тела

13 и 14.

Датчик вискозиметра установлен на вращающихся опорах 20, размещенных по центру емкости 1. Одна из опор 20 механически связана с осью редуктора 21, приводимого во вращение реверсивным двигателем 22. Датчик вискозиметра может вращаться на 180 от верхнего упора-микровыключателя 23 до нижнего упора-микровыкл ючателя 24 и наоборот. Упоры-микровыключатели 23 .и 24 ограничивают вращение датчика и фиксируют его в вертикальном положении.

Вискозиметр включает также логический блок 25, с которым электрически связаны с помощью проводников 26 обе контактные группы, дроссельные катушки

19 магнитных ловушек, привод отсекающих клапанов 4 и 7 и реверсивный двигатель 22, а резистивный элемент 11 электрически

15

40 регистрирующим прибором 27 за счет пере45 мещения захваченных магнитным полем по50 так как он намотан бифиллярно, а наличие трех и более шариков позволяет даже при

30 связан проводниками 26 с входом регистрирующего прибора 27. Датчик вискозиметра гидравлически связан гибкими шлангами 28 с нагнетающим и сбрасывающим патрубками технологического трубопровода 6. Гибкие проводники 26 и шланги 28 выведены к оси вращения датчика вискозиметра, позволяют датчику поворачиваться нэ 180 без нарушения гидравлической и электрической связи.

Вискозиметр работает следующим образом.

Датчик вискозиметра находится в вертиКальном положении до момента включения электропитания. При этом одна из контактных групп (нижняя) находится в замкнутом состоянии шариком 10, микровыключэтель 23 замкнут, а микровыключатель

24 разомкнут.

Перед включением питания и началом работы обэ рабочих тела 13 и 14 находятся внизу датчика одно над другим. Нижнее из них захвачено электромагнитной ловушкой

19 и удерживается. Через время задержки t1 открываются клапаны 4 и 7, идет смена исследуемой жидкости 5, а по истечении времени задержки х2 (12 > T1) клапаны 4 и 7 закрываются, включается реверсивный электродвигатель 22 (прямой ход), Двигатель 22 остановится, когда датчик совершит поворот на 180 и выключит микровыключатель 23. При этом микровыключатель 24 включится, однако двигатель не будет запитан, так как для обратного хода необходимо замыкание другой контактной группы.

После переворота датчика рабочее тело

13, лежавшее свободно сверху, становится нижним и сразу начинает движение вдоль трубы 2 со стержнем 3. При этом второе рабочее тело 14 продолжает удерживаться дросселем 19. Весь процесс движения рабочего тела 13 (трогание, разгон, установившееся движение) записывается стоянных магнитов рабочего тела 13 шариков 10 по виткам резистивного элемента 11 внутри канавок 9. При.этом изменяется сопротивление резистивного элемента 11, самом малом их перемещении по намотке из проводника малого сечения гарантированно иметь необходимую коммутацию. Так как намотка резистивного элемента выполнена с какого-то одного конца и оба вывода выходят к противоположному, то при работе вискозиметра регистрирующий прибор записывает процесс движения рабочих тел 13 и 14 как результат изменения сопротивле1638610 ния резистивного элемента 11 с нуля до максимального и, наоборот, с максимального до нулевого значения.

По завершении движения рабочего тела

13 оно входит частично в полость дросселя

19, при этом контактная группа замыкается, а "упавшее" тело захватывается и одновременно размыкаются питающие цепи дросселя 19, второе рабочее тело 14 отпускается и начинает движение вниз. Процесс движения второго рабочего тела 14 также фиксируется регистрирующим прибором 27, причем на новую запись первое рабочее тело 13 не оказывает влияния, так как шарики 10 в обоих концах стержня выходят из контакта с резистивным элементом 11 и замыкают нижележащую контактную группу.

Расстояние между контактными группами и концами намотки резистивного элемента должно быть не менее диаметра шарика 10, Если это расстояние будет меньше, чем диаметр шарика 10, то можно не получить надежного электрического разобщения двух разных электрических цепей: управления и регистрации. При расстоянии, большем одного диаметра шарика 10, информация о движении рабочего тела теряется, До конца падения второго рабочего тела 14 реверсивный двигатель незапитан.

Идет ждущий режим до истечения времени задержки t1 и t2. Время ti выбирается из условия прохождения вторым рабочим телом 14 всего стержня сверху вниз до остановки, а время tz — из условия 3 — 5-кратной промывки емкости 1 новой порцией исследуемой жидкости.

Через время t< открываются клапаны 4 и 7, начинается прокачка жидкости, а через время tz клапаны закрываются, включаются электродвигатель(обратный ход), датчик поворачивается на 180 . Весь процесс измерения повторяется.

Исследуемая жидкость 5 поступает в емкость 1 благодаря перепаду давления

ЬР, создаваемому дросселем 8 в технологическом трубопроводе 6. При движении рабочего тела шарики 10 всегда удерживаются магнитным полем в центральном сечении кольцевого магнита.

Концы стержня 3 выполнены полностью сплошными на высоту, равную половине высоты рабочего тела для того, чтобы "просочивший" шарик 10 при следующем ходе был введен в магнитное поле.

При переводе датчика вискозиметра утяжеляющая жидкость 16 перетекает в полости рабочего тела из одного крайнего положения в другое, тем самым смещая его

° центр тяжести книзу. А чтобы уровень утяжеляющей жидкости 16 "не перекашивал10

15. ра позволяет устранить дополнительную по20. грешность, возникающую из-за трения зажимов о поверхность резистивных зле25

55 ся" при повороте датчика и рабочее тело 13 быстро бы центрировалось при движении вдоль стержня 3, полость рабочего тела 13 разделена плоскостями 17 на гидроизолированные друг от друга кессоны 18.

Таким образом, предлагаемая конструкция автоматического вискозиметра позволяет определить расчетным путем наряду с динамической вязкостью н ютоновских жидкостей также статическое и динамическое напряжения сдвиг для вязкопластичных (неньютоновских) жидкостей, взятых непосредственно из технологического потока. зэ счет применения второго рабочего тела с плотностью, отличной от плотности первого тела. и введения в конструкцию чувствительного элемента в виде потенциометра. Конструкция потенциометментов, при этом используется эффект перекатывания сферы по виткам резистивного элемента. Кроме того, магнитное поле постоянного магнита прижимает шарики к резистивному элементу и удерживает их в центральном сечении магнита, вынуждая всегда следовать за магнитом.

Формула изобретения

1. Вискозиметр, содержащий емкость с отсекающими клапанами для исследуемой среды с системой поворота на 180О, рабочее тело в виде полого шара с постоянным магнитом и со сквозным осевым каналом, размещенное на диамагнитной трубе с контактными группами, логический блок и регистрирующий прибор, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения статического и динамического напряжений сдвига, он дополнительно содержит стержень с дроссельными катушками на концах, расположенный соосно внутри трубы, и второе геометрически идентичное, но отличающееся по плотности от первого рабочее тело, причем стержень выполнен сплошным с канавками по его образующей с размещенными в них шариками из магнито- и электропроводного материала, по поверхности которого бифиллярно укреплен резистивный элемент, постоянный магнит установлен в центральном сечении шара, при этом дроссельные катушки подключены к логическому блоку, э резистивный элемент— к регистрирующему прибору.

2. Вискозиметр по п.1, отл ича ющийс я тем, что начало и конец намотки рези1638610 (Риг.7 стивного элемента расположены от контактных групп на расстоянии, равном одному диаметру шарика из магнито- и электропроводного материала.

3, Вискозиметр по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что концы стержня выполнены полностью сплошными на высоту, равную половине высоты рабочего тела.

1638610

Составитель В.Филатова

Техред М.Моргентал Корректор С.Шекмар

Редактор А.Лежнина

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 923 Тираж 382 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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