Автоматический ультразвуковой вискозиметр

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСИОМУ СВЙДЕ1ЕПЬСТВУ авве авввтвнне

Социалистические

Ресрублив

Всеооюзт ятт г-ат; ит, о--,,:: . . +RB

6 . элиотс и à > >г1 ф

За

Кл, 42l, 7/02

Заявлено 17Л.1967 (№ 1126795/26-25) с присоединением заявки №

МПК 6 Oln

УДК 532.137(088.8) Приоритет

Опубликовано 29Л1.1968. Бюллетень ¹ 9

Дата опубликования описания 13Л"Л968 ттамитет по делам ееаоретений н открытий лрн Совете Министров

СССР

Авторы изобретения

А. В. Май, И. И. Коган и Л. И. Менес

Заявитель

АВТОМАТИЧЕСКИИ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ВИСКОЗИМЕТР

Известен автоматический ультразвуковой вискозиметр, основанный на измерении частоты колеблющегося в исследуемой среде механического вибратора при резонансном его возбуждении. Он содержит магнитострикционный датчик вязкости, усилитель низкой частоты, ограничитель, фазовращатель, гетеродин, смеситель и частотомер. Однако применение этого вискозиметра затрудняется поскольку в нем магнитострикционный датчик, помимо основного назначения, выполняет также и роль элемента цепи обратной связи генератора и поэтому имеет очень сложную конструкцию. Он выполнен с двумя тщательно экранированными и разнесенными возбуждающей и съемной обмотками.

Из-за трудности поддержания необходимых для работы данной схемы фазовых соотношений прибор недостаточно стабилен, а температурная погрешность черезмерно велика, в особенности по отношению к маловязким продуктам.

Предлагаемый вискозиметр позволяет повысить точность измерений и стабильность прибора и упростить конструкцию датчика. Это достигается тем, что вискозиметр выполнен по разомкнутой схеме. Он снабжен преобразователем формы сигнала и умножителем частоты, включенными последовательно между датчиком вязкости и смесителем. Причем температурные коэффициенты частоты гетеродина и датчика равны

На чертеже представлена блок-схема описываемого ультразвукового вискозиметра. Виско5 зиметр содержит генератор 1 импульсов тока, магнитострикционный датчик 2 вязкости, преобразователь 8 формы сигнала, умножитель 4 частоты, смеситель 5, гетеродин б, усилптсль 7 низкой частоты и частотометр 8.

10 Короткие импульсы тока работающего в режиме самовозбуждения генератора 1, с определенной частотой повторения проходящие по обмотке датчика 2, периодически ударно возбуждают в его магнитострикционной пластин15 ке свободные механические колебания на ее собственной частоте. Тормозящее действие окружающей датчик 2 вязкой среды приводит к экспоненциальному затуханию амплитуды этих колебаний в промежутках между импуль20 сами тока, а также к уменьшению их частоты относительно начальной частоты колебаний пластинки на воздухе. Квадратичная зависимость между сдвигом собственной частоты механических колебаний пластинки и вязкостью

25 контролируемой жидкости и лежит в основе действия описываемого вискозиметра.

Снимаемые с обмотки датчика 2 электрические колсбания в виде повторяющихся экспоненциально убывающих радиоимпульсов посгу50 пают на преобразователь т формы сигнала.

212616

Здесь радиоимпульсы, после предварительного усиления, ограничиваются по амплитуде и усиливаются. Затем полученный сигнал повторно ограничивается и усиливается с помощью шунтирующих диодов, усилительных каскадов и схемы автоматической регулировки усиления.

В результате на выходе преобразователя формы сигнчла возникают непрерывные электрические колебания постоянной амплитуды с частотой, равной собственной частоте механических колебаний датчика 2. Так как последняя много больше частоты повторения возбужда ощих импульсов, то погрешность из-за возможного несовпадения фаз колебаний генератора 1 и датчика 2 в конце периода повторения радиоимпульсов крайне мала, к тому же она устранима когерентной синхронизацией генератора 1.

С преобразователя 8 сигнал поступает на умножитель частоты 4, повь1шающий ее в три (пять) раз, и далее на смеситель б, на который одновременно подаются колебания с гетеродина б, настроенного соответственно на утроенную (упятерснную) начальную частоту собственных колебаний датчика 2. Появляющийся на выходе смесителя 5 сигнал низкой (разностной) частоты, непосредственно связанной квадратичной зависимостью с вязкостью контролируемой среды, усиливается усилителем 7 низкой частоты, после чего подается на аналоговый пли цифровой частотомер 8, отградуированный непосредственно в единицах вязкости или снабженный переводной номограммой.

Частота гетеродина б может несколько отличаться от указанной, В этом случае индикатор частотомера 8 снабжается цепью установки нуля.

В вискозиметре используется простой и надежный магнитострикционный датчик Z с одной совмещенной обмоткой, что в" зможно благодаря отсутстви о в схеме прибора петли обратной связи, замыкающейся через датчик вязкости. 1.1спользование такого датчика и отсутствие в вискозиметре перестраивасмых фазовращающих устройств, повышает его стабильность.

Умно>китель 4 частоты предназначен для уменьшения погрешности при измерении малых вязкостей, когда сдвиг собственной частоты колебаний датчика 2 весьма мал. С этой же целью в модификациях прибора, прсдназначенных для контроля низковязких сред, це-

35 лесообразно усилитель преобразователя 8 настроить на третью гармонику колебаний датчика 2, умножитель частоты 4 собирать из двух каскадов умножения, магнитострикционный датчик 2 выполнить с насадкой на одном конце пластинки и уравновешивающей ее массой на другом.

Для устранения погрешности, обусловленной влиянием температуры на сдвиг собственной частоты колебаний датчика 2, что особенно важно при измерении малых вязкостей, температурный коэффициент частоты гетеродина б вискозиметра и датчика вязкости должны быть равны. Это достигается включением в цепь обратной связи гетеродина б находяцихся при температуре контролируемой среды термозависимых элементов, которыми, в зависимости от типа гетеродина 6 (RC- или 1 С-генератор), могут, например, служить соответственно резисторы или магнитострикционная пластинка, аналогичная используемой в датчике Вязкости 2.

Таким образом, предлагаемый вискозиметр характеризуется импульсным возбуждением собствснных механических колебаний датчика 2 с последующим преобразованием его экспоненциально затухающего электрического выходного сигнала в гармонические колебания той же частоты. Он сочетает достоинства ультразвуковых вискозиметров, основанных как на принципе измерения частоты (независимость результатов измерения от амплитуды и формы сигнала датчика), так и на принципе измерения коэффициента затухания (возможi0cTb использования датчика простой конструкции).

Предмет изобретения

Автоматический ультразвуковой вискози»сТр, основанный на частотном принципе измерения, содержащий магнитострикцпонный датчик вязкости, генератор импульсов тока, гетеродин, смеситель, усилитель низкой частоты и частотомер, отличаюи айся тем, что, с цепью повышения точности измерений, стабильности прибора и возможности использования датчика вязкости с одной обмоткой, в нем между датчиком и смесителем включены псследоватсльно соединенные между собой преобразователь формы сигнала и умножитель частоты, а гетеродин выполнен с температурным коэффициентом частоты, равным этому коэффициенту для датчика вязкости.

212616

Составители В. И. Вощанкнн

i i èêòoð П. С. Шлайн Тс..ред Т, Н. Курилко Корректоры; Е. Н. Гудзона и С. А. Багилыкова

Заказ 90i/5 Тираж 530 Подиис1 ое

ЦНИИГ!И Комитета,с .:елам изобретений и открытии при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4

Типография, пр. Сапунова, 2