RU215195U1 - Установка для определения вязкости газов - Google Patents
Установка для определения вязкости газов Download PDFInfo
- Publication number
- RU215195U1 RU215195U1 RU2022114187U RU2022114187U RU215195U1 RU 215195 U1 RU215195 U1 RU 215195U1 RU 2022114187 U RU2022114187 U RU 2022114187U RU 2022114187 U RU2022114187 U RU 2022114187U RU 215195 U1 RU215195 U1 RU 215195U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- viscosity
- accumulator
- pendulum
- installation
- Prior art date
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 238000009434 installation Methods 0.000 title claims description 17
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 5
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 abstract description 13
- 239000000725 suspension Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 abstract description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 210000001736 Capillaries Anatomy 0.000 description 3
- 210000001699 lower leg Anatomy 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 210000004243 Sweat Anatomy 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 2
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 1
- 241000566515 Nedra Species 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для определения вязкости различных газов. Имеется накопитель исследуемого газа, который снабжен двумя штуцер-кранами, термонагревателем и датчиками давления и температуры. Накопитель выполнен герметичным из теплоизоляционного материала. Внутри накопителя размещен поворотный зонд, который смещается под действием двигателя относительного движения. Двигатель выполнен на основе физического маятника с системой возбуждения автоколебаний. Подвес маятника выполнен на основе осесимметричной гофрированной мембраны, вторая функция которой - герметизация накопителя. Установка позволяет выявить работу сил вязкого трения в газе за один период колебаний маятника. Расчетом находят динамическую вязкость исследуемого газа. 7 ил.
Description
Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения вязкости различных газов.
Распространены способы измерения вязкости газов на основе капилляров (Залманзон Л.А. Аэрогидродинамические методы измерения входных параметров автоматических систем. - М.: Недра, 1973.) По одному из вариантов газ с постоянным расходом пропускают через капилляр, измеряют перепад давления на нем, по которому судят о вязкости газа.
Известны способы измерения коэффициента вязкости потока жидкости, газа и газожидкостной смеси (заявка на изобретение RU 32014169 A опубл. 27.02.1995 и заявка на изобретение RU 34037995, опубл. 27.08.1996) построенные на основе турбинных расходометров. Применяют поток газа для измерения вязкости жидкости (патент RU 2241975 опубл. 20.10. 2003). Используют свойства газового потока для измерения вязкости жидкости (патент RU 2241975 С2, опубл. 10.12.2004).
Известным устройством свойственны общие недостатки - низкие потребительские свойства.
В качестве прототипа принято устройство по способу измерения вязкости газа по патенту RU 2589454 С1 МПК G01N 11/00, опубл. 10.07.2016 Бюл. №19.
Основным функциональным элементом рассматриваемой конструкции является рабочая емкость с исследуемым газом, которая выполнена в виде капилляра 15. При движении газа по капилляру его внутренняя поверхность обеспечивает появление вязкого трения в газе, что приводит к потерям энергии в этом относительном движении. Двигателем этого относительного движения служит регулируемое поршнем 5 давление газа в емкости 4. Наличие потерь энергии при движении приводит к разности давлений на входе и выходе рабочей емкости. Параметры движения регистрируются средствами измерений: величины давлений - манометрами 7, 21, время - внешним секундомером.
Коэффициент внутреннего трения (динамическая вязкость) определяется расчетом по результатам эксперимента.
Рассмотренному устройству свойственны те же недостатки, что и аналогам, а именно: ограниченные потребительские свойства, в частности по причине узкого диапазона исходных значений температуры и давления исследуемого газа.
Техническим результатом предлагаемого решения является расширение потребительских свойств установки для определения вязкости газов.
Решаются задачи:
1. Установка должна позволять находить динамическую вязкость газов в широком диапазоне исходных состояний газа по температуре и давлению.
2. Установка должна обладать низкой трудоемкостью изготовления за счет простой и высокотехнологичной конструкции.
3. Обоснование принимаемых технических решений.
Указанный выше технический результат достигается тем, что в установке для определения вязкости газов, содержащей рабочую емкость с исследуемым газом и имеющая поверхность, создающую вязкое трение, двигатель относительного движения указанных газа и поверхности, средства измерения параметров движения, рабочая емкость выполнена в виде герметичного накопителя исследуемого газа и снабжена зондом в форме плоской тонкостенной пластины и имеющем поверхность, создающую вязкое трение, при этом зонд кинематически связан с двигателем относительного движения, который выполнен на основе физического маятника с системой возбуждения автоколебаний, содержащей схему формирования импульсов привода, при этом отдельные функциональные элементы схемы формирования импульсов привода одновременно являются средствами измерения параметров движения.
Конструкция установки для определения вязкости газов поясняется чертежами:
фиг. 1- общий вид установки;
фиг. 2 - конструкция зонда;
фиг. 3 - вид А по фиг. 1;
фиг. 4 - разрез Б-Б по фиг. 1;
фиг. 5 - схема для расчета угла импульса;
фиг. 6 - форма мембраны;
фиг. 7 - Схема формирования импульсов привода.
Структурно установка для определения вязкости газов состоит из накопителя исследуемого газа, зонда, взаимодействующего с газом, двигателя движения зонда и средств измерения параметров движения.
Все элементы конструкции смонтированы в корпусе 1 коробчатой формы. Имеются верхняя 2 и нижняя 3 плиты, которые соединены стойками 4, 5 с помощью винтов 6.
В верхней части корпуса установлена рабочая емкость 7 в виде накопителя исследуемого газа. Корпус емкости выполнен из материала с низкой теплопроводностью и закреплен на верхней плите 2 винтами 8 через прокладку 9 из термоизоляционного материала. Герметизацияемкости обеспечивается мембраной 10. На диаметральных стенках корпуса емкости закреплены сборки штуцер-кран 11, 12. Сверху на корпусе 7 закреплены датчик 13 температуры, датчик 14 давления и электронагреватель 15.
Для взаимодействия с исследуемым газом предусмотрен зонд 16 (фиг. 2). Зонд выполнен в виде отдельной сборочной единицы и содержит пластину 17 из тонколистового материала, которая заклепкой 18 закреплена в пазу поводка 19. Конец поводка запрессован в отверстии держателя 20 болтообразной формы с шестигранной головкой.
При движении зонда 16 его внешняя поверхность обеспечивает появление вязкого трения в исследуемом газе.
Движение зонда относительно неподвижного газа реализуется двигателем относительного движения. Двигатель построен на основе физического маятника 21. Имеется штанга 22, верхняя часть которой имеет резьбовой хвостовик для соединения с подвесом и шестигранный участок 23 под монтажный ключ. Инерционная масса - линза 24 - выполнена в форме диска и закреплена на штанге.
К линзе винтами 25 присоединена магнитная система устройства возбуждения автоколебаний. Имеются два постоянных магнита 26 осевой намагниченности, которые клеем закреплены на магнитопроводе 27 с образованием магнитного зазора. Магнитопровод выполнен из ленточной заготовки, его один конец сформирован с образованием стрелки (указателя) 28. Стрелка располагается над шкалой 29 амплитуд колебаний, закрепленной на нижней плите 3.
Подвес маятника выполнен на основе осесимметричной гофрированной мембраны 10 (фиг. 6) с центральным отверстием 30. Мембранный узел образует отдельную сборочную единицу. В качестве монтажной основы служит несущая рамка 31. Мембрана винтами 32 по контуру через отверстия 33 посредством накладной рамки 34 зажимается по контуру. Жесткий центр мембраны образован из двух шестигранных втулок 35, 36 с внутренней резьбой, при этом одна втулка имеет резьбовой хвостовик. На этапе сборки осуществляется стяжка втулок через отверстие 30 с использованием хвостовика. Собранный мембранный блок винтами 37 крепится на верхней плите 2. Далее в центральное резьбовое отверстие верхней втулки 35 крепится зонд 16, в резьбовое отверстие нижней втулки 36 - маятник 21.
При колебаниях ненагруженного маятника возникают потери энергии за счет трения о воздух и гистерезисного трения в мембране. Заметим, что эти потери постоянны (не зависят от нагрузки) при фиксированных собственной частоте и амплитуде колебаний. Для компенсации этих потерь служит система возбуждения автоколебаний. В магнитном зазоре установлена бифилярная (намотанная в два провода) электрическая катушка 37, одну секцию которой назовем катушкой освобождения W0, другую - катушкой привода Wu. Эти катушки входят в состав схемы формирования импульсов привода (СФИП) - фиг. 7. Для снижения влияния подводимого импульса на период колебаний принято (с учетом требований теоремы Эри)
где φст - стационарная амплитуда колебаний;
λ - угол импульса (фиг. 5)
Катушка 37 размещена в расточке кронштейна 38 и поджата накладкой 39 с винтами 40. На кронштейне 38 методом навесного монтажа смонтированы транзистор VT и конденсатор С. Кронштейн закреплен на нижней плите 3 винтами 41. Монтажные провода СФИП подключены к разъему 42.
При движении маятника по направлению ω (фиг. 5) поле зазора пересекает витки катушки и в них индуцируется ЭДС. ЭДС катушка освобождения в векторной форме
Концы катушки W0 подключены так, что в пределах угла λ возникает положительная полуволна ЭДС. За положением равновесияменяет знак, соответственно возникает отрицательная полуволна ЭДС. Положительная полуволна ЭДС открывает транзистор VT и по обмотке Wu проходит импульс тока, обеспечивающий подкачку энергии маятнику. Изменяя уровень электропитания E (фиг. 7) добиваются стационарного значения φст амплитуды автоколебаний. Для определенности примем φст=0,2 рад.
После сборки установки объем корпуса 10 с двух сторон закрывается защитными листами 43, которые крепятся винтами 44. Листы 43 удобно изготавливать из прозрачного материала.
Кратко рассмотрим свойства маятника как основы двигателя относительного движения. Свойственная частота колебаний ƒ определяется моментом инерции J и моментом восстанавливающих сил. Опуская полный расчет, примем для определенности в случае массивной линзы 24 в первом приближении
где m - масса линзы;
d=0 01 - расстояние от центра отверстия 30 мембраны до центра линзы.
Восстанавливающий момент складывается из двух составляющих
момента сил тяжести. Для малых углов отклонения α
где g - ускорение силы тяжести; и момента мембраны 10
где DM - изгибная жесткость мембраны в плоскости колебаний (плоскость x-x по фиг. 6)
С учетом выражений (4), (5) получим эквивалентную жесткость
Собственная частота ƒ маятника
где ω - циклическая частота;
T - период колебаний.
Потери энергии при колебаниях характеризуются добротностью Q
где Екол - колебательная энергия;
Епот - энергия потерь за период колебаний.
где φ - амплитуда колебаний.
Добротность Q определяют экспериментально (Шарыгин Л.Н., Сорокин А.А. Автоколебательные системы в средствах измерения и контроля: учеб. пособие. - Владимир: изд. Атлас, 2016. - 205 с. ISBN 978-5-903087-53-2). Для этого получают функцию выбега φ=ƒ(t). Применительно к рассматриваемой установке регистрируют импульсы ЭДС е0 (отрицательную полуволну).
Обратимся к формуле (2). Максимум линейной скорости равен
где r M - межцентровое смещение магнитов от точки О подвеса.
Таким образом е0 пропорциональна амплитуде
На функции выбега φ=ƒ (t) берут в окрестностях стационарной амплитуды φст два значения
и вычисляют значение добротности
где N - количество периодов Т колебаний при движении от амплитуды φ1 до амплитуды φN
Вместо значения добротности используют также значение интегрального коэффициента трения hu
Энергия потерь Епот - формула (8) - за период T составит
за это время от источника Ε системы возбуждения автоколебаний передана энергия Еист
где Icp - среднее значение импульсного тока.
Учитывая, что в исходном положении транзистор VT за счет нулевого смещения находится в режиме отсечки, то при больших значениях коэффициента передачи тока β транзистора форма импульсов тока близка к прямоугольной, тогда можно Еист найти по другому
где Im - амплитуда импульса тока;
tu - длительность импульса.
В соответствии с формулами (15), (16) коэффициент полезного действия привода γ составит
Полученные выше соотношения позволяют выполнить метрологическую аттестацию установки и получить искомый параметр.
При метрологической аттестации вакуумируют рабочую камеру, проводят эксперимент и фиксируют основные паспортные параметры: J, D, Т, γ, φст, K, Q0, , , . Параметрам, которые будут изменяться при измерении вязкости газа, присвоен верхний индекс 0.
В спецификацию установки входят
источник регулируемого питания Е;
источник питания электронагревателя 15;
вторичные блоки датчика давления 14 и датчика температуры 13;
регистратор ЭДС е0;
измеритель среднего тока источника Е.
Пользуются установкой для определения вязкости газов следующим образом.
1. Пользуясь штуцер-кранами 11, 12, наполняют рабочую емкость 7 исследуемым газом под нужным давлением. При необходимости электронагревателем 15 изменяют температуру газа.
2. Регулировкой уровня электропитания E устанавливают стационарное значение амплитуды φст автоколебаний маятника. Контроль ведут по ЭДС е0.
3. Измеряют среднее значение тока Icp источника Е.
5. Вычисляют динамическую вязкость η исследуемого газа
где L17 - путь геометрического центра 02 пластины 17 зонда 16 за период колебаний T
где d17 расстояние от центра отверстия 30 мембраны до геометрического центра 02 пластины зонда.
Таким образом, предлагаемая установка для определения вязкости газов позволяет проводить измерения вязкости в широких диапазонах исходных давления и температуры. В проектировании установки использован блочный принцип. Установка конструктивно проста и высокотехнологична. Технология измерения не требует высокой квалификации пользователя.
Claims (1)
- Установка для определения вязкости газов, содержащая рабочую емкость с исследуемым газом и имеющая поверхность, создающую вязкое трение, двигатель относительного движения указанных газа и поверхности, средства измерения параметров движения, отличающаяся тем, что рабочая емкость выполнена в виде герметичного накопителя исследуемого газа и снабжена зондом в форме плоской тонкостенной пластины и имеющем поверхность, создающую вязкое трение, при этом зонд кинематически связан с двигателем относительного движения, который выполнен на основе физического маятника с системой возбуждения автоколебаний, имеющей схему формирования импульсов привода, при этом функциональные элементы схемы формирования импульсов привода одновременно являются средствами измерения параметров движения.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU215195U1 true RU215195U1 (ru) | 2022-12-02 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1075119A1 (ru) * | 1982-06-24 | 1984-02-23 | Ленинградский технологический институт холодильной промышленности | Способ определени в зкости газов |
RU2241975C2 (ru) * | 2002-02-14 | 2004-12-10 | Тамбовский государственный технический университет | Устройство для измерения вязкости |
US7422625B2 (en) * | 2004-03-04 | 2008-09-09 | Perkinelmer Las, Inc. | Methods and systems for characterizing a sorbent tube |
RU2589454C1 (ru) * | 2015-03-30 | 2016-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВПО ТГТУ | Способ измерения вязкости газа |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1075119A1 (ru) * | 1982-06-24 | 1984-02-23 | Ленинградский технологический институт холодильной промышленности | Способ определени в зкости газов |
RU2241975C2 (ru) * | 2002-02-14 | 2004-12-10 | Тамбовский государственный технический университет | Устройство для измерения вязкости |
US7422625B2 (en) * | 2004-03-04 | 2008-09-09 | Perkinelmer Las, Inc. | Methods and systems for characterizing a sorbent tube |
RU2589454C1 (ru) * | 2015-03-30 | 2016-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВПО ТГТУ | Способ измерения вязкости газа |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Cattafesta III et al. | Development of piezoelectric actuators for active flow control | |
CN101515026A (zh) | 谐振式微机电系统磁场传感器及测量方法 | |
BRPI0503753B1 (pt) | Aparelho para a determinação de posição de pistão livre | |
US5477726A (en) | Apparatus for determining the density of liquids and gases from a period of an oscillator filled with a test sample | |
Suresh et al. | A new resonance-based method for the measurement of nonmagnetic-conducting-sheet thickness | |
RU215195U1 (ru) | Установка для определения вязкости газов | |
CN101419243B (zh) | 一种无方向性力平衡加速度传感器 | |
CN109883603B (zh) | 一种基于soi的硅微谐振式压力敏感芯片谐振器 | |
CN107271332A (zh) | 一种基于面内谐振的mems流体黏度传感器芯片及其制备方法 | |
US2358374A (en) | Apparatus for determining physical properties of fluids | |
JPS5915837A (ja) | 高温流体の粘度測定装置 | |
RU215504U1 (ru) | Устройство для определения вязкости жидкости | |
RU169441U1 (ru) | Вибрационное устройство для определения параметров среды | |
CN105675447A (zh) | 复合场下磁流变液层间传力特性检测装置 | |
CN100585405C (zh) | 适用于低速气体测量的微机械硅谐振式气体流速传感器 | |
CN212621267U (zh) | 一种全量程真空计 | |
CN107271326A (zh) | 一种基于面内谐振的mems流体密度传感器芯片及其制备方法 | |
US4480461A (en) | Vibration instrument | |
JPH05333037A (ja) | フローセンサ | |
CN110017959A (zh) | 利用音圈型直线电机进行微振动模拟的方法 | |
CN102735586B (zh) | 谐振筒式液体密度传感器 | |
Rust et al. | Temperature Controlled Viscosity and Density Measurements on a Microchip with High Resolution and Low Cost | |
CN104034653A (zh) | 多功能薄膜材料动态力学分析仪及其分析方法 | |
Davis | Nonlinear air drag damping of torsional microscanners | |
RU188748U1 (ru) | Вискозиметрический датчик для комплекса автоматизированной диагностики дизельных двигателей |