RU152642U1 - DEVICE FOR CONTINUOUS MEASUREMENT OF VISCOSITY AND LIQUID DENSITY IN PIPELINES - Google Patents
DEVICE FOR CONTINUOUS MEASUREMENT OF VISCOSITY AND LIQUID DENSITY IN PIPELINES Download PDFInfo
- Publication number
- RU152642U1 RU152642U1 RU2014153944/28U RU2014153944U RU152642U1 RU 152642 U1 RU152642 U1 RU 152642U1 RU 2014153944/28 U RU2014153944/28 U RU 2014153944/28U RU 2014153944 U RU2014153944 U RU 2014153944U RU 152642 U1 RU152642 U1 RU 152642U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- viscosity
- liquid
- temperature
- measuring
- pipelines
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
1. Уднивипжвтсиввтлит вксуик от чксс нвпкнтприксзк орнвсс адднвпн всрт жсспок аттипрввдпмУ поипн2. Упп 1, от чзчкизосф3. Упп 1, хт чритпикснмl=10d инмl=5d пик1. Udnivipzhvtsivvtlit vksuik from chkss nvpkntprikszk ornvss addnvpn vsrt zhsspok attiprvvdpmU poipn2. UPP 1, from chzchkizosf3. Upp 1, ht critical pixel = 10d inl = 5d peak
Description
Устройство предназначено для непрерывного измерения вязкости и плотности жидкости в трубопроводах технологических линий, в частности в процессе контроля производства олифы,, пентафталевых и глифталевых лаков.The device is intended for continuous measurement of the viscosity and density of liquids in the pipelines of technological lines, in particular in the process of monitoring the production of drying oil, pentaphthalic and glyphthalic varnishes.
Вязкость является важнейшей физико-химической характеристикой многих жидких и газообразных сред. Вязкость является качественной характеристикой полупродуктов и готовых продуктов различных производств, так как она напрямую зависит от структуры вещества и показывает физико-химическое состояние материала и изменения, происходящие в технологии.Viscosity is the most important physical and chemical characteristic of many liquid and gaseous media. Viscosity is a qualitative characteristic of intermediates and finished products of various industries, since it directly depends on the structure of the substance and shows the physicochemical state of the material and the changes that occur in the technology.
Для определения вязкости применяют измерительное устройство -вискозиметр.To determine the viscosity, a measuring device, a viscometer, is used.
В лакокрасочной промышленности наиболее часто применяют вискозиметр, представляющий собой коническую емкость, вершиной вниз, объемом 100 мл, в нижней части в емкости имеется калиброванное отверстие, через которое истекает жидкость. Вязкость определяют по времени истечения жидкости под действием силы тяжести, в секундах. Поскольку вязкость материала зависит от температуры, то с повышением ее вязкость уменьшается. В связи с этим необходимо все пробы выдерживать при определенной температуре для усреднения измерений по всему объему.In the paint and varnish industry, a viscometer is most often used, which is a conical container, with a top down, a volume of 100 ml, in the lower part there is a calibrated hole in the container through which fluid flows. Viscosity is determined by the time of fluid flow under the action of gravity, in seconds. Since the viscosity of the material depends on temperature, then with increasing its viscosity decreases. In this regard, it is necessary to withstand all samples at a certain temperature to average the measurements over the entire volume.
Недостатком этого способа является то, что требуется длительное время для выдерживания пробы с целью достижения заданной температуры измерения (охлаждения или нагревания). Кроме этого, само измерение тоже требует длительных затрат времени, особенно при высокой вязкости материала.The disadvantage of this method is that it takes a long time to withstand the sample in order to achieve a given measurement temperature (cooling or heating). In addition, the measurement itself also requires a long investment of time, especially at high viscosity of the material.
Известно измерение вязкости жидкости способом «падающих шариков», согласно которому о вязкости жидкой среды судят по равномерной скорости погружения в ней шарового зонда известного радиуса и с известной плотностью материала. Одним из недостатков такого способа является то, что для измерения вязкости жидкости методом «падающих шариков» с приемлемой точностью необходимо обеспечить условия ламинарного обтекания исследуемой жидкостью движущегося шарика.It is known to measure the viscosity of a liquid by the “falling balls” method, according to which the viscosity of a liquid medium is judged by the uniform speed of immersion of a ball probe of a known radius and a known material density in it. One of the drawbacks of this method is that to measure the viscosity of the liquid by the method of "falling balls" with acceptable accuracy, it is necessary to ensure the conditions of laminar flow around the moving ball with the investigated liquid.
В способе по патенту РФ №2082153 МПК G01N11/12 используют шаровой зонд радиусом R и плотностью р3, погруженный в жидкость, вычислительный блок, узел разгона зонда, измеритель вертикальной составляющей скорости движения зонда и узел разгона зонда, измеритель вертикальной составляющей скорости движения зонда и узел возврата зонда в исходное положение, причем вход и выход вычислительного блока соединены с выходом вертикальной составляющей скорости движения зонда и входом узла разгона зонда соответственно, а шаровой зонд взаимодействует кинематически с узлом разгона в начале измерения и с узлом возврата зонда в исходное положение в конце движения при измерении соответственно.In the method according to the patent of the Russian Federation No. 2082153 IPC G01N11 / 12 they use a ball probe of radius R and density p 3 immersed in a liquid, a computing unit, a probe acceleration unit, a vertical component of the probe velocity and a probe acceleration unit, a vertical component of the probe velocity and a knot for returning the probe to its initial position, the input and output of the computing unit being connected to the output of the vertical component of the speed of the probe and the input of the probe acceleration unit, respectively, and the ball probe interacts cally from the acceleration unit at the start of measurement with the probe unit and return to the original position at the end of the motion in the measurement respectively.
Недостатком данного способа является сложное аппаратурное оформление, требующее точного измерения скорости и времени, от которых зависит точность конечного результата, а также необходимость относительно сложных и затратных по времени расчетов.The disadvantage of this method is the complex hardware design, requiring accurate measurement of speed and time, which determines the accuracy of the final result, as well as the need for relatively complex and time-consuming calculations.
Известно устройство по патенту Германии (DE 19529722; МПК B63H 21/38; G01N 11/12) содержащее измерительный цилиндр с торцевыми отверстиями. Внутри измерительного цилиндра располагается чувствительный элемент, выполненный в виде шарика. В нижней части измерительного цилиндра находится датчик температуры, а по его высоте установлены датчики положения. Датчики положения и температуры подключены на выходы программно-вычислительного блока, выход которого подключен к блоку индикации. Торцевые отверстия измерительного цилиндра соединены байпасным измерительным трубопроводом, в котором установлен электрогидроклапан.A device is known according to the German patent (DE 19529722; IPC B63H 21/38; G01N 11/12) containing a measuring cylinder with end holes. Inside the measuring cylinder is a sensitive element made in the form of a ball. At the bottom of the measuring cylinder is a temperature sensor, and position sensors are installed along its height. The position and temperature sensors are connected to the outputs of the software and computing unit, the output of which is connected to the display unit. The end openings of the measuring cylinder are connected by a bypass measuring pipe in which the electrohydro valve is installed.
Недостатком этого технического решения является зависимость результатов измерения от соотношения удельных весов шарика и измеряемой среды, необходимость для разных по удельному весу жидкостей подбирать различные шарики, учитывать изменение удельного веса жидкости от температуры и времени наработки.The disadvantage of this technical solution is the dependence of the measurement results on the ratio of the specific gravities of the ball and the medium to be measured, the need for different liquids in terms of the specific gravity to select different balls, take into account the change in the specific gravity of the liquid on the temperature and operating time.
Ротационные способы измерения вязкости обладают более широкими возможностями. Их можно применять как для периодических, так и для непрерывных измерений.Rotational methods for measuring viscosity have more capabilities. They can be used for both periodic and continuous measurements.
Сущность способа заключается в помещении жидкости в замкнутый полый цилиндр и приведении его во вращение, причем вращают его в течение времени, пока угловая скорость исследуемой жидкости в цилиндре не станет постоянной, мгновенно останавливают вращение цилиндра, измеряют время переходного процесса tnn между первым состоянием, в котором поверхность жидкости имеет вид параболоида вращения, а его параметры определяются угловой скоростью жидкости ω1, и вторым состоянием, в котором параметры параболоида вращения определяются угловой скоростью жидкости ωnop, время tnn принятия жидкостью второго состояния (ω=ωnop) является мерой вязкости и определяется расчетным путем по со формулам гидродинамики (см. Лойцянский Л.Г. Механика жидкостей и газов. - М; Наука; 1970 г.).The essence of the method is to place the liquid in a closed hollow cylinder and bring it into rotation, and rotate it over time, until the angular velocity of the investigated liquid in the cylinder becomes constant, instantly stop the rotation of the cylinder, measure the transition time t nn between the first state, in where the surface of the liquid has the form of a paraboloid of revolution, and its parameters are determined by the angular velocity of the fluid ω 1 , and the second state in which the parameters of the paraboloid of rotation are determined by the angular soon ью ω nop , the time t nn of the liquid taking the second state (ω = ω nop ) is a measure of viscosity and is determined by calculation using hydrodynamic formulas (see L. Loitsyansky, Mechanics of liquids and gases. - M; Science; 1970; )
Недостатками является то, что при осуществлении способа требуются значительные затраты времени на термостатирование температуры жидкости, приведение температуры к определенному значению, для возможности воспроизводимости результатов. Способ применим к мало- и средневязким жидкостям, а также требует применения сложной аппаратуры для фиксации времени с помощью датчика на основе цилиндрического объемного резонатора и СВЧ генератора, перестраиваемого по частоте. Данная конструкция измерительного устройства предназначена для периодического измерения вязкости жидкости.The disadvantages is that when implementing the method requires a significant investment of time on thermostating the temperature of the liquid, bringing the temperature to a certain value, for reproducibility of the results. The method is applicable to low- and medium-viscous liquids, and also requires the use of sophisticated equipment for recording time using a sensor based on a cylindrical volume resonator and a microwave tunable in frequency. This design of the measuring device is intended for periodic measurement of fluid viscosity.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) заявляемому является патент РФ №139168 МПК G01N 9/12, G01N 11/12 на полезную модель, в соответствии с которой рабочая жидкость протекает через устройство, оказывает давление на длинное плечо двуплечего рычага, который коротким плечом через герметичную мембрану и толкатель воздействует на конденсатор переменной емкости, изменяя его емкость, и это изменение отражается на экране показывающего прибора.The closest technical solution (prototype) to the claimed is RF patent No. 139168 IPC G01N 9/12, G01N 11/12 for a utility model, in accordance with which the working fluid flows through the device, exerts pressure on the long shoulder of the two shoulders of the lever, which short arm through the tight the membrane and the pusher acts on the capacitor of variable capacity, changing its capacity, and this change is reflected on the screen of the indicating device.
Недостатком данной полезной модели является то, что передача усилия осуществляется через мембрану, к материалу которой предъявляются повышенные требования - химическую стойкость, упругость, стойкость к повышенным температурам, и т.п., отступление от которых может привести к погрешности измерения.The disadvantage of this utility model is that the transmission of force is carried out through a membrane, the material of which has high requirements - chemical resistance, elasticity, resistance to elevated temperatures, etc., deviation from which can lead to measurement errors.
Задачей предлагаемой полезной модели является устранение недостатков известных технических решений, обеспечение возможности непрерывного измерения вязкости жидкости по ходу протекания технологического процесса.The objective of the proposed utility model is to eliminate the disadvantages of the known technical solutions, providing the possibility of continuous measurement of the viscosity of the liquid in the course of the process.
Этого можно достичь, применяя тензометрические датчики, используя свойство электропроводящих материалов (металлов, полупроводников) изменять удельное электрическое сопротивление при их деформации. В качестве проводящих материалов обычно используются металлические пленки, напыленные на гибкую диэлектрическую подложку. В последнее время находят применение полупроводниковые датчики, имеющие следующие достоинства:This can be achieved by using strain gauges, using the property of electrically conductive materials (metals, semiconductors) to change the electrical resistivity during their deformation. As conductive materials, metal films are typically sprayed onto a flexible dielectric substrate. Recently, semiconductor sensors have been used, having the following advantages:
- очень высокую деформационную чувствительность, позволяющую производить измерения без усилителей, с обычными омметрами;- a very high deformation sensitivity, allowing measurements to be made without amplifiers, with conventional ohmmeters;
- очень высокую пороговую чувствительность, позволяющую измерять деформацию металлов от миллионной доли миллиметра на линейном метре;- a very high threshold sensitivity, allowing to measure the deformation of metals from a millionth of a millimeter on a linear meter;
- высокая чувствительность позволяет измерять очень малую силу в номинальном диапазоне;- high sensitivity allows you to measure a very small force in the nominal range;
- небольшие размеры полосок из полупроводника (длина 1-10 мм, ширина 0,2-0,4 мм, толщина 0,01-0,03 мм) позволяют производить малые и легкие датчики;- the small sizes of the strips of the semiconductor (length 1-10 mm, width 0.2-0.4 mm, thickness 0.01-0.03 mm) allow the production of small and light sensors;
- кремниевые полупроводники от -70°C до 300°C деформируются без измеряемого гистерезиса;- silicon semiconductors from -70 ° C to 300 ° C are deformed without measurable hysteresis;
- тензорезисторы из кремния и золота обладают отличной стойкостью к коррозии.- Strain gages made of silicon and gold have excellent resistance to corrosion.
Суть полупроводникового тензорезистора заключается в значительном изменении его удельного электрического сопротивления с механической деформацией. Под воздействием механической нагрузки в определенной кристаллографической оси монокристалла полупроводника происходит изменение электропроводимости. Активная часть (полоска из полупроводника) приклеивается с помощью специального тензометрического клея к поверхности, поддающейся деформации. Подводящие провода металлические. На точность измерения влияет также изменение температуры. Поэтому для компенсации паразитных воздействий на измерения используется схема включения к мосту Уитстона, представляющая собой четыре резистора, соединенных в электрический мост, питаемый от источника постоянного напряжения. Один из резисторов является переменным и предназначен для балансировки моста, так, чтобы в отсутствии приложенной силы сигнал сделать равным нулю. Второй тензорезистор используется для измерения деформации при приложении силы (при этом изменяется его удельное электрическое сопротивление), для чего его приклеивают к подложке в продольном направлении, по линии действия силы, третий и четвертый тензорезисторы приклеивают в поперечном направлении, нечувствительном к деформации. При изменении температуры, если температура всех трех резисторов равна, знак и величина изменения электрического сопротивления (вызванного изменением температуры) равны, и температурный уход при этом компенсируется. Это связано в первую очередь с высоким температурным коэффициентом сопротивления тензорезисторов.The essence of a semiconductor strain gauge is a significant change in its electrical resistivity with mechanical deformation. Under the influence of a mechanical load, a change in the electrical conductivity occurs in a certain crystallographic axis of the semiconductor single crystal. The active part (a strip of semiconductor) is glued with a special tensometric glue to a surface that can be deformed. Lead wires metal. Temperature accuracy is also affected by temperature changes. Therefore, to compensate for spurious effects on the measurements, the connection circuit to the Wheatstone bridge is used, which is four resistors connected to an electric bridge powered by a constant voltage source. One of the resistors is variable and is designed to balance the bridge, so that in the absence of applied force, the signal is made equal to zero. The second strain gauge is used to measure the strain when a force is applied (this changes its electrical resistivity), for which it is glued to the substrate in the longitudinal direction, along the line of action of the force, the third and fourth strain gauges are glued in the transverse direction, insensitive to deformation. With a change in temperature, if the temperature of all three resistors is equal, the sign and magnitude of the change in electrical resistance (caused by a change in temperature) are equal, and the temperature departure is compensated. This is primarily due to the high temperature coefficient of resistance of the strain gages.
Технический результат достигается, а поставленная задача решается за счет применения в устройстве для непрерывного измерения вязкости и плотности жидкости полупроводниковых тензорезисторов.The technical result is achieved, and the problem is solved by using semiconductor strain gauges in a device for continuous measurement of viscosity and liquid density.
Устройство для непрерывного измерения вязкости и плотности жидкости иллюстрируется графическими материалами.A device for continuously measuring the viscosity and density of a liquid is illustrated in graphic materials.
На фиг. 1 представлено схематическое изображение устройства для измерения вязкости и плотности жидкости.In FIG. 1 is a schematic illustration of a device for measuring viscosity and density of a liquid.
На фиг. 2 представлена схема измерительного моста устройства для измерения вязкости и плотности жидкости.In FIG. 2 is a diagram of a measuring bridge of a device for measuring viscosity and density of a liquid.
Устройство на фиг. 1 состоит из измерительной трубы 1 определенного диаметра d, внутри которой соосно установлена измерительная капсула.The device of FIG. 1 consists of a
Устройство работает следующим образом: движущийся поток жидкости (указано стрелкой, фиг. 1) оказывает давление на передний обтекатель капсулы 2, жестко соединенный с толкателем 3, который передает усилие давления на донышко стакана 4, вызывая упругую деформацию тонких стенок стакана. На внешней поверхности стенок стакана, изготовленного из упругого диэлектрического материала (например, полиамида), специальным тензометрическим клеем наклеены три полупроводниковых тензорезистора из кремния с золотыми концами, причем тензорезистор Rx наклеен вдоль стенки стакана, а два тензорезистора R2 и R3 наклеены в поперечном направлении. Тензорезистор Rx воспринимает продольное усилие совместно с упругой деформацией стенки стакана, а резисторы R2 и R3 нечувствительны к деформациям, поскольку они наклеены в поперечном направлении к действию приложенной силы. Такая схема позволяет производить измерения в широком диапазоне температур, поскольку, при изменении температуры, если температура всех трех резисторов равна, знак и величина изменения удельного сопротивления, вызванного изменением температуры, равны, и температурный уход при этом компенсируется.The device operates as follows: a moving fluid flow (indicated by an arrow, Fig. 1) exerts pressure on the
Тензорезисторы включены в два плеча сбалансированного моста Уитстона, питаемого от источника постоянного напряжения 12-24 в (диагональ моста A-D) (фиг. 2). С помощью переменного резистора R1 производится балансировка моста, так, чтобы в отсутствии приложенной силы напряжение диагонали сделать равным нулю. С диагонали моста B-C снимается сигнал, далее подаваемый на измерительный прибор либо на дифференциальный усилитель.Strain gages are included in the two arms of the Wheatstone balanced bridge, powered by a 12-24V DC voltage source (AD bridge diagonal) (Fig. 2). Using a variable resistor R 1 , the bridge is balanced so that, in the absence of applied force, the diagonal voltage is equal to zero. A signal is taken from the diagonal of the BC bridge, then fed to the measuring device or to the differential amplifier.
При выполнении соотношения R2/R1=Rx/R3 напряжение диагонали моста равно нулю. При деформации изменяется сопротивление тензорезистора Rx (например, увеличивается при растяжении), это вызывает снижение потенциала точки соединения резисторов Rx и R3 (точка B) и изменение напряжения диагонали B-C моста (полезный сигнал).When the ratio R 2 / R 1 = R x / R 3 is fulfilled, the voltage of the diagonal of the bridge is zero. During deformation, the resistance of the strain gauge R x changes (for example, increases with tension), this causes a decrease in the potential of the connection point of the resistors R x and R 3 (point B) and a change in the voltage of the diagonal BC of the bridge (useful signal).
Измерительная труба встраивается в технологическую линию в вертикальном положении, чтобы поток жидкости двигался снизу вверх. Для удобства обслуживания измерительная труба 1 (фиг. 1) состоит из двух частей, соединенных фланцами 5, между которыми закрепляется измерительная капсула за крепежный фланец 6. Длина трубы 1 должна составлять не менее l1=10d перед капсулой и не менее l2=5d после капсулы, для того, чтобы жидкость двигалась ламинарным потоком, без турбулентных флуктуаций, которые могут вызвать пульсации давления и искажать показания. Для плавного обтекания жидкостью измерительной капсулы предназначены сферические обтекатели - передний 2 и задний 7.The measuring tube is built into the production line in a vertical position so that the fluid flow moves from bottom to top. For ease of maintenance, the measuring tube 1 (Fig. 1) consists of two parts connected by
Предлагаемое устройство простое по конструкции, удобное и надежное в использовании, позволяет производить измерения вязкости и плотности жидкости непрерывно, на протяжении всего технологического процесса в широком диапазоне температур.The proposed device is simple in design, convenient and reliable to use, allows you to measure the viscosity and density of the liquid continuously, throughout the entire process in a wide temperature range.
Таким образом, поставленная задача решена.Thus, the task is solved.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014153944/28U RU152642U8 (en) | 2014-12-29 | 2014-12-29 | DEVICE FOR CONTINUOUS MEASUREMENT OF VISCOSITY AND LIQUID DENSITY IN PIPELINES |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014153944/28U RU152642U8 (en) | 2014-12-29 | 2014-12-29 | DEVICE FOR CONTINUOUS MEASUREMENT OF VISCOSITY AND LIQUID DENSITY IN PIPELINES |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU152642U1 true RU152642U1 (en) | 2015-06-10 |
RU152642U8 RU152642U8 (en) | 2015-07-27 |
Family
ID=53297980
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014153944/28U RU152642U8 (en) | 2014-12-29 | 2014-12-29 | DEVICE FOR CONTINUOUS MEASUREMENT OF VISCOSITY AND LIQUID DENSITY IN PIPELINES |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU152642U8 (en) |
-
2014
- 2014-12-29 RU RU2014153944/28U patent/RU152642U8/en active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU152642U8 (en) | 2015-07-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5272912A (en) | Apparatus and method for measuring viscosities of liquids | |
RU2537524C1 (en) | Method of determining viscosity and density of liquid and apparatus therefor | |
US3910112A (en) | Flow meter | |
Hanni et al. | Does the existing liquid level measurement system cater the requirement of future generation? | |
JPS6352015A (en) | Mass flow measuring device | |
Bera et al. | A flow measurement technique using a noncontact capacitance-type orifice transducer for a conducting liquid | |
Pereira | Flow meters: part 1 | |
RU152642U1 (en) | DEVICE FOR CONTINUOUS MEASUREMENT OF VISCOSITY AND LIQUID DENSITY IN PIPELINES | |
US2703494A (en) | Density measuring apparatus | |
US4043178A (en) | Hydrogen probe system | |
US2688868A (en) | Specific gravity meter | |
Flude et al. | Viscosity measurement by means of falling spheres compared with capillary viscometry | |
US2948145A (en) | Continuous consistometer and method of measuring liquiform product consistency continuously | |
RU139168U1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING VISCOSITY AND DENSITY OF A LIQUID | |
US3479863A (en) | Compensation of viscometer for variations in temperature profile of sample | |
RU160404U1 (en) | DEVICE FOR CONTINUOUS MEASUREMENT OF VISCOUS LIQUID | |
RU2579542C2 (en) | Liquid level meter | |
Cao et al. | Improvements in the surface tension measurement using the capillary rise method and its application to water under external magnetic fields | |
Wadke et al. | The ‘smart’sphere: Experimental results | |
CN110199178B (en) | Method for compensating for the Venturi effect on a pressure sensor in a flowing water | |
Lata et al. | Development of a smart rotameter with intelligent temperature compensation | |
Artt et al. | The simultaneous measurement of velocity and temperature | |
Souza et al. | Displacer-Type Liquid Level Sensor with Liquid Density Auto-Compensation | |
US20230266219A1 (en) | Capillary Viscometer | |
RU2244288C1 (en) | Method of measurement of surface tension coefficient and static and dynamic wetting angles |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TH1K | Reissue of utility model (1st page) |