RU2094771C1 - Vibration pickup - Google Patents
Vibration pickup Download PDFInfo
- Publication number
- RU2094771C1 RU2094771C1 RU95104018A RU95104018A RU2094771C1 RU 2094771 C1 RU2094771 C1 RU 2094771C1 RU 95104018 A RU95104018 A RU 95104018A RU 95104018 A RU95104018 A RU 95104018A RU 2094771 C1 RU2094771 C1 RU 2094771C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- legs
- tuning fork
- piezoelectric transducers
- base
- fluid
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к технике измерения вязкости, а более конкретно к устройству вибрационных датчиков, предназначенных для использования в вискозиметрах, коагуляторах и т.п. The invention relates to a technique for measuring viscosity, and more particularly to a device for vibration sensors intended for use in viscometers, coagulators, etc.
Известны камертонные датчики [1] Этот датчик имеет два пьезоэлектрических преобразователя, наклеенных на ножки камертона вблизи его основания. На конце одной из ножек, перпендикулярно к ней припаян на стержне шарик, являющийся пробным телом, погружаемый при измерениях в жидкость. Known tuning fork sensors [1] This sensor has two piezoelectric transducers glued to the legs of a tuning fork near its base. At the end of one of the legs, a ball is soldered perpendicular to it on the rod, which is a test body, immersed in the liquid during measurements.
Вибрационный датчик вязкости [2] содержит камертон с двумя ножками, у основания которых установлено по одному пьезоэлектрическому преобразователю, между ножками камертона установлена полая пружина с входом и выходом, по которой во время измерений проходит исследуемая жидкость и при колебаниях камертона она испытывает периодическую деформацию. The vibration viscosity sensor [2] contains a tuning fork with two legs, at the base of which one piezoelectric transducer is installed, a hollow spring with an inlet and an outlet is installed between the legs of the tuning fork, during which the test fluid passes and when the tuning fork vibrates, it experiences periodic deformation.
Такие датчики просты в изготовлении. Общим их недостатком является (при конкретном изготовлении камертоне и пробном теле) невозможность повысить чувствительность датчика до необходимого значения. Such sensors are easy to manufacture. Their common drawback is (with a specific manufacture of tuning fork and test body) the inability to increase the sensitivity of the sensor to the required value.
Техническим результатом является повышение чувствительности датчика. The technical result is to increase the sensitivity of the sensor.
Указанный технический результат достигается тем, что в вибрационном датчике, содержащем камертон с двумя ножками, пьезоэлектрические преобразователи, установленные у основания ножек, зонд присоединенный к камертону, под пьезоэлетрическими преобразователями удалена часть материала, а пьезоэлектрические преобразователи установлены в углублениях на место удаленного материала. The specified technical result is achieved by the fact that in a vibration sensor containing a tuning fork with two legs, the piezoelectric transducers installed at the base of the legs, the probe attached to the tuning fork, part of the material is removed under the piezoelectric transducers, and the piezoelectric transducers are installed in the recesses to replace the removed material.
На чертеже представлены прототип, предлагаемое устройство и эпюры, возникающих в них, механических напряжений. Датчик состоит из камертона 1, пьезоэлементов 2, зонда 3. Камертон установлен на опоре 4. Зонд погружен в изменяемую жидкость 5. The drawing shows a prototype, the proposed device and diagrams arising in them, mechanical stress. The sensor consists of a tuning fork 1, piezoelectric elements 2, probe 3. The tuning fork is mounted on a support 4. The probe is immersed in a variable fluid 5.
Для проведения измерений датчик должен быть включен в цепь обратной связи автогенератора, обеспечивающего работу на частоте резонанса. При этом на один из пьезоэлементов подают возбуждающее электрическое напряжение UF, с другого снимают электрическое напряжение Yε,, пропорциональное амплитуде возникающих механических колебаний.For measurements, the sensor must be included in the feedback circuit of the oscillator, providing operation at the resonance frequency. In this case, an exciting electric voltage U F is supplied to one of the piezoelectric elements, and the electric voltage Yε, proportional to the amplitude of the arising mechanical vibrations, is removed from the other.
Когда ножки камертона совершают движение, в его теле возникают упругие силы, которые препятствуют изменению формы: силы упругости при упругой деформации пропорциональны механической деформации. When the tuning fork legs make a movement, elastic forces arise in its body, which prevent the shape from changing: the elastic forces during elastic deformation are proportional to mechanical deformation.
В рассматриваемом случае имеем следующий вид деформации: переменное растяжение-сжатие, изменение длины внешних и внутренних слоев материала ножек вдоль их осей с границей по нейтральному слою. In the case under consideration, we have the following type of deformation: variable tension-compression, a change in the length of the outer and inner layers of the legs material along their axes with a boundary along the neutral layer.
По закону Гука для одноосного напряженного состояния, нормальные механические напряжения изменяются по высоте поперечного сечения пропорционально расстоянию y от нейтрального слоя
где r радиус кривизны нейтрального слоя, а величина 1/r представляет собой кривизну нейтрального слоя;
E коэффициент, зависящий от материала и называемый модулем продольной упругости.According to Hooke's law for a uniaxial stress state, normal mechanical stresses vary along the height of the cross section in proportion to the distance y from the neutral layer
where r is the radius of curvature of the neutral layer, and 1 / r is the curvature of the neutral layer;
E is a coefficient depending on the material and is called the modulus of longitudinal elasticity.
Кривизна нейтрального слоя при изгибе пропорциональна изгибающему моменту Mи и обратно пропорциональна величине EIx, называемой жесткостью
где представляет собой момент S инерции поперечного сечения относительно нейтральной оси X.The curvature of the neutral layer during bending is proportional to the bending moment M and and inversely proportional to the value EI x , called stiffness
Where represents the moment S of inertia of the cross section relative to the neutral axis X.
На чертеже изображено максимальное мгновенное значение механических напряжений возникающих при растяжении внешних слоев материала. Анализ эпюр показывает, что при одинаковой величине изгибающего момента, чем меньше площадь поперечного сечения внешнего слоя, тем больше механическое напряжение и, следовательно больший изгиб в данном месте, а именно под пьезоэлектрическим преобразователем. Поэтому для одинаковой деформации рассматриваемой конструкции требуются различные внешние силы F и тем меньшие, чем меньше площадь поперечного сечения в зоне пьезоэлектрических преобразователей. Следовательно, камертон с углублениями у основания ножек оказывается более чувствительным. The drawing shows the maximum instantaneous value of the mechanical stresses arising during tension of the outer layers of the material. Analysis of the diagrams shows that for the same amount of bending moment, the smaller the cross-sectional area of the outer layer, the greater the mechanical stress and, consequently, the greater bending at a given place, namely under the piezoelectric transducer. Therefore, for the same deformation of the considered structure, various external forces F are required and the smaller, the smaller the cross-sectional area in the zone of the piezoelectric transducers. Consequently, a tuning fork with recesses at the base of the legs is more sensitive.
В условиях возбуждения колебаний UF величина приложенного электрического напряжения, пропорциональная деформирующей силе, Uξ величина возникающего на пьезоэлементе электрического напряжения, пропорциональная деформации, она поддерживается постоянной.Under conditions of excitation of oscillations U F, the magnitude of the applied electric voltage is proportional to the deforming force, U ξ is the magnitude of the electric voltage arising on the piezoelectric element, which is proportional to the deformation, it is maintained constant.
Для ньютоновких жидкостей трение между колеблющимися по гармоническому закону пробным телом и жидкостью описывается формулой
Zж механическое сопротивление жидкости;
F сила, вызывающая движение;
ξ амплитуда колебаний;
x′ амплитуда скорости колебаний;
ρ плотность жидкости;
h вязкость жидкости;
A, B, C коэффициент пропорциональности.For Newtonian fluids, the friction between the test body and the fluid oscillating in harmonic law is described by the formula
Z W the mechanical resistance of the liquid;
F the force causing the movement;
ξ vibration amplitude;
x ′ amplitude of the oscillation velocity;
ρ fluid density;
h fluid viscosity;
A, B, C proportionality coefficient.
Кроме сопротивления жидкости присутствует также сопротивление
обусловленное внутренним трением измерительной установки (подвеса) и
где Z механическое сопротивление;
возбуждающее напряжение при отсутствии контакта пробного тела с жидкостью;
напряжение, пропорциональное смещению при отсутствии контакта пробного тела с жидкостью.In addition to fluid resistance, there is also resistance
due to internal friction of the measuring unit (suspension) and
where Z is the mechanical resistance;
exciting voltage in the absence of contact of the test body with liquid;
voltage proportional to the displacement in the absence of contact of the test body with the liquid.
При стабилизированном Uξ имеем K(UF UFo).For stabilized U ξ, we have K (U F U Fo ).
Измерения проводят следующим образом. The measurements are carried out as follows.
Находят значение UFo при отсутствии контакта зонда с жидкостью (среда из воздуха). Находят UFk при контакте пробного тела с калибровочной жидкостью. Определяют коэффициент K по формуле
K /(UFk UFo),
где ρк, ηк плотность и вязкость калибровочной жидкости.Find the value of U Fo in the absence of contact of the probe with the liquid (medium from air). Find U Fk upon contact of the test body with the calibration fluid. The coefficient K is determined by the formula
K / (U Fk U Fo ),
where ρ k , η k the density and viscosity of the calibration fluid.
Далее, при неизменном значении Uξ определяют UF исследуемой жидкости.Further, at a constant value of U ξ , U F of the test fluid is determined.
Находят искомое значение по формуле
K(UF UFo)
или по калиброванной зависимости, которая может быть построена после определения UF ряда жидкостей с известными значениями .Find the desired value according to the formula
K (U F U Fo )
or according to a calibrated dependence, which can be constructed after determining U F of a number of liquids with known values .
Использование предлагаемого вибрационного датчика обеспечивает увеличение чувствительности теоретически в диапазоне нескольких порядков.Using the proposed vibration sensor provides an increase in sensitivity theoretically in the range of several orders.
Датчик позволяет уменьшить размеры зонда и соответственно объем исследуемой жидкости. The sensor allows you to reduce the size of the probe and, accordingly, the volume of the investigated fluid.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95104018A RU2094771C1 (en) | 1995-03-21 | 1995-03-21 | Vibration pickup |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95104018A RU2094771C1 (en) | 1995-03-21 | 1995-03-21 | Vibration pickup |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU95104018A RU95104018A (en) | 1997-01-10 |
RU2094771C1 true RU2094771C1 (en) | 1997-10-27 |
Family
ID=20165818
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU95104018A RU2094771C1 (en) | 1995-03-21 | 1995-03-21 | Vibration pickup |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2094771C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2128596A2 (en) | 2008-05-26 | 2009-12-02 | Latvijas Valsts Koksnes Kimijas Instituts (Latvian State Institute of Wood Chemistry) | Device for measuring viscosity |
RU181209U1 (en) * | 2018-04-12 | 2018-07-06 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная компания "Геоэлектроника сервис" | Vibrating Liquid Density Meter |
-
1995
- 1995-03-21 RU RU95104018A patent/RU2094771C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Гочжень Чжу Лаоцзы Сюй. Приборы для научных исследований, N 8, 1985, с. 144 - 147. 2. Авторское свидетельство СССР N 1599711, кл. G 01 N 11/04, 1990. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2128596A2 (en) | 2008-05-26 | 2009-12-02 | Latvijas Valsts Koksnes Kimijas Instituts (Latvian State Institute of Wood Chemistry) | Device for measuring viscosity |
RU181209U1 (en) * | 2018-04-12 | 2018-07-06 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная компания "Геоэлектроника сервис" | Vibrating Liquid Density Meter |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU95104018A (en) | 1997-01-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5670709A (en) | Transducer for the measurement of attributes of flowable media | |
US7654153B2 (en) | Vibratory transducer | |
US3382706A (en) | Oscillatory element for measuring viscosity | |
US4312235A (en) | Sensor and meter for measuring the mass flow of a fluid stream | |
US5571952A (en) | Electronic viscometer | |
US6532822B1 (en) | Resonant torsion pendulum pressure sensor | |
RU2094771C1 (en) | Vibration pickup | |
RU2419781C2 (en) | Vibro viscosimetric transducer | |
JPH08247917A (en) | Vibration type device for inspecting liquid | |
US4129031A (en) | Immersible liquid densitometer | |
Brand et al. | Micromachined viscosity sensor for real-time polymerization monitoring | |
Chauhan et al. | Frequency response of a self-actuating cantilever sensor immersed in fluid | |
US5895842A (en) | Robust transducer for viscoelastic measurement | |
Wang et al. | Optical viscosity sensor using forward light scattering | |
Wang et al. | Fluid viscosity measurement using forward light scattering | |
RU2295120C2 (en) | Vibration type measuring transformer | |
US6907785B1 (en) | Diagnostic sensor | |
EP3894829B1 (en) | Planar vibratory viscometer, viscometer member, and related method | |
Eidi | Fabricated electromechanical resonator sensor for liquid viscosity measurement | |
Reichel et al. | Fluid property sensors | |
RU2094772C1 (en) | Viscosity sensor | |
RU2257566C2 (en) | Viscosity detector | |
Harada et al. | Precision transducers using mechanical resonators | |
RU2373516C2 (en) | Viscosity measuring element | |
SU830233A1 (en) | Device for measuring internal friction in solid bodies |