RU2257566C2 - Viscosity detector - Google Patents
Viscosity detector Download PDFInfo
- Publication number
- RU2257566C2 RU2257566C2 RU2003128631/28A RU2003128631A RU2257566C2 RU 2257566 C2 RU2257566 C2 RU 2257566C2 RU 2003128631/28 A RU2003128631/28 A RU 2003128631/28A RU 2003128631 A RU2003128631 A RU 2003128631A RU 2257566 C2 RU2257566 C2 RU 2257566C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tuning fork
- axial rod
- legs
- counterweights
- counterweight
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к технике измерения вязкости, а более конкретно к устройству погружных датчиков камертонного типа, предназначенных для использования в исследовательских лабораториях, в медицине, для контроля технологических жидкостей.The invention relates to a technique for measuring viscosity, and more particularly to a device for submersible tuning-fork type sensors intended for use in research laboratories, in medicine, for monitoring process liquids.
Известны камертонные вискозиметры, например вискозиметр А.А.Степичева, содержащий две ножки и корпус, одна из сторон которого выполнена в виде пластины, в которую вварены ножки-стержни. Основания ножек, расположенные внутри корпуса, снабжены жесткими Т-образными кронштейнами с пьезоэлементами, зажатыми между кронштейнами [А.А.Степичев, а.с. 329445, опубликован 09.11.1972 г., Бюлл. №7]. В этой конструкции узловая точка камертона расположена в плоскости, несущей стержни пластины, а пьезоэлементы, которые зажаты между кронштейнами внутри корпуса (за пластиной), создают дополнительную сильную механическую связь между ножками, смещенную относительно узловой точки, что ограничивает наибольшую возможную добротность конструкции и, соответственно, максимальную возможную чувствительность.Known tuning fork viscometers, for example A. A. Stepichev viscometer, containing two legs and a housing, one of the sides of which is made in the form of a plate into which the legs-rods are welded. The base of the legs located inside the housing is equipped with rigid T-shaped brackets with piezoelectric elements sandwiched between the brackets [A.A. Stepichev, A.S. 329445, published November 11, 1972, Bull. No. 7]. In this design, the nodal point of the tuning fork is located in the plane carrying the rods of the plate, and the piezoelectric elements that are sandwiched between the brackets inside the housing (behind the plate) create an additional strong mechanical connection between the legs, offset from the nodal point, which limits the highest possible quality factor of the structure and, accordingly , maximum sensitivity possible.
Недостатком также является относительно сложная форма близко расположенных обтекаемых поверхностей, что может привести к забиванию двухкомпонентного зонда коагулюмом (в случае коагулирующих жидкостей).The disadvantage is the relatively complex shape of closely spaced streamlined surfaces, which can lead to clogging of the two-component probe with coagulum (in the case of coagulating liquids).
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является камертонный датчик со смежным зондом. [А.В.Богословский, М.А.Полуэктов// Физико-химические свойства дисперсных систем и их применение. - Томск, 1988. - с.34-38]. Датчик представляет собой камертон "классической" формы, закрепленный за узловую точку между ножками в опоре. На ножки наклеены два пьезоэлемента и установлены два одинаковых зонда - измерительный, на одной ножке, и противовес, на другой. Измерительный зонд направлен к исследуемой жидкости вниз. Противовес направлен в противоположную сторону. При измерениях жидкость нагружает только одну из ножек. Возможность повышения чувствительности такого устройства путем увеличения размеров пробного тела ограничена, так как при этом возрастает присоединенная масса жидкости и, соответственно, асимметрия нагрузки ножек, изменяется положение узловой точки (где амплитуда колебаний равна нулю и находится крепление камертона к опоре), увеличивается отток энергии по элементам крепления. При больших нагрузках (жидкости с большим значением вязкости, гели, студни) разбаланс симметрии нагрузки становится заметным и ограничивает динамический диапазон измерений.Closest to the proposed invention in technical essence is a tuning fork sensor with an adjacent probe. [A.V. Bogoslovsky, M.A. Poluektov // Physical and chemical properties of disperse systems and their application. - Tomsk, 1988. - p. 34-38]. The sensor is a tuning fork of a "classical" shape, fixed to a nodal point between the legs in the support. Two piezoelectric elements are glued to the legs and two identical probes are installed - a measuring one on one leg, and a counterweight on the other. The measuring probe points down to the test fluid. The counterweight is directed in the opposite direction. During measurements, the fluid loads only one of the legs. The possibility of increasing the sensitivity of such a device by increasing the size of the test body is limited, since the attached mass of the liquid increases and, accordingly, the asymmetry of the load of the legs, the position of the nodal point changes (where the vibration amplitude is zero and the tuning fork is attached to the support), the outflow of energy increases fasteners. At high loads (liquids with a high viscosity, gels, jellies), the imbalance in load symmetry becomes noticeable and limits the dynamic range of measurements.
Недостатком является также поступательный характер движения пробного тела, это приводит к появлению лобового сопротивления и создаваемая деформация исследуемой части не имеет чисто сдвигового характера, что может оказывать влияние на результаты измерений вязкоупругих объектов.The disadvantage is the progressive nature of the motion of the test body, this leads to the appearance of frontal resistance and the created deformation of the investigated part does not have a purely shear character, which can affect the measurement results of viscoelastic objects.
Задача изобретения - устранение асимметрии механической нагрузки и исключение "лобовой" составляющей механического сопротивления.The objective of the invention is to eliminate the asymmetry of the mechanical load and the exclusion of the "frontal" component of mechanical resistance.
Технический результат достигается тем, что датчик вязкости содержит вертикальный камертон, на каждой ножке которого расположен пьезоэлектрический преобразователь. К концам ножек присоединены или изготовлены заодно с ними два одинаковых противовеса таким образом, что их центры тяжести смещены в разные стороны относительно оси камертона и средней линии каждой ножки, а зонд - пробное тело в виде тела вращения закреплен на конце вертикальной оси. Ось - осевой стержень проходит насквозь через основание камертона, который подвешен на струнных растяжных за две точки на нем.The technical result is achieved by the fact that the viscosity sensor contains a vertical tuning fork, on each leg of which a piezoelectric transducer is located. Two identical counterweights are attached to or attached to the ends of the legs in such a way that their centers of gravity are displaced in opposite directions relative to the axis of the tuning fork and the midline of each leg, and the probe — a test body in the form of a body of revolution — is fixed at the end of the vertical axis. Axis - an axial rod passes through the base of the tuning fork, which is suspended on a string tensile for two points on it.
На фиг.1 изображен традиционный датчик. Пьезоэлектрические преобразователи 4, противовес 8 и пробное тело 1 с помощью крепежных винтов 6 и клея установлены на каждой из ножек камертона по средней линии последних. Пробное тело и противовес находятся на одной вертикальной оси, вдоль которой происходит возвратно-поступательное колебание пробного тела. Осевой стержень 2 соединен с основанием камертона и используется для его крепления в опоре (не показаны).Figure 1 shows a traditional sensor.
На фиг.2 изображен предлагаемый датчик. Пьезоэлектрические преобразователи 4 и противовесы 8 с помощью крепежных винтов 6, уголков 5 и клея установлены на каждой из ножек камертона 3. Пьезопреобразователи установлены на средних линиях последних. Противовесы находятся по разные стороны соответствующих средних линий, они смещены в противоположные стороны с помощью уголков 5. Осевой стержень 2 соединен с основанием камертона и проходит сквозь него. На стержне, по разные стороны от основания, находятся точки подвеса 7, за которые он удерживается противоположными растяжками 9 внутри цилиндрической обечайки 10.Figure 2 shows the proposed sensor.
Так как противовесы вынесены из плоскости, в которой происходит возвратно-поступательное движение центров тяжести ножек камертона, при их колебаниях создается периодический вращающий момент. Пробное тело в виде тела вращения находится на конце осевого стержня и совершает крутильные колебания.Since the balances are taken out of the plane in which the reciprocating motion of the centers of gravity of the tuning fork legs occurs, a periodic torque is created during their oscillations. A test body in the form of a body of revolution is located at the end of the axial rod and performs torsional vibrations.
Для проведения измерений датчик может быть включен в цепь обратной связи автогенератора, обеспечивающего работу на частоте механического резонанса. При этом на один из пьезоэлементов подается возбуждающее напряжение UF, с другого снижают напряжение Uξ, пропорциональное амплитуде колебаний. При погружении колеблющегося зонда в жидкость трение между ними и жидкостью вызовет дополнительное, по сравнению с потерями при движении на воздухе, рассеяние энергии. Для достижения той же амплитуды крутильных колебаний понадобится большее UF.For measurements, the sensor can be included in the feedback circuit of the oscillator, providing operation at a frequency of mechanical resonance. In this case, an exciting voltage U F is applied to one of the piezoelectric elements, and the voltage Uξ, which is proportional to the oscillation amplitude, is reduced from the other. When an oscillating probe is immersed in a liquid, the friction between them and the liquid will cause additional energy dissipation compared to losses when moving in air. To achieve the same torsional vibration amplitude, a larger U F is needed.
Для ньютоновских жидкостей трение между колеблющимся по гармоническому закону телом и окружающей средой описывается формулойFor Newtonian fluids, the friction between a body oscillating in harmonic law and the environment is described by the formula
где Zж - механическое сопротивление жидкости;where Z W - mechanical resistance of the liquid;
F - сила, вызывающая движение;F is the force causing the movement;
ξ - амплитуда колебаний;ξ is the amplitude of the oscillations;
ξ′ - амплитуда скорости колебаний;ξ ′ is the amplitude of the oscillation velocity;
ρ - плотность жидкости;ρ is the fluid density;
η - вязкость жидкости;η is the viscosity of the liquid;
А, В, С, К - коэффициенты пропорциональности.A, B, C, K - proportionality coefficients.
Реально, кроме сопротивления жидкости присутствует также - сопротивление, обусловленное внутренним трением измерительной установки, и общее наблюдаемое сопротивлениеIn reality, in addition to fluid resistance, there is also - resistance due to internal friction of the measuring unit and the total observed resistance
где UF0 - возбуждающее напряжение при колебаниях пробного тела на воздухе;where U F0 is the exciting voltage during oscillations of the test body in air;
Uξ - напряжение, пропорциональное амплитуде при колебаниях пробного тела на воздухе.Uξ is the voltage proportional to the amplitude during oscillations of the test body in air.
При стабилизированном UξWith stabilized Uξ
Измерения проводят следующим образом. Находят UF0 при колебании зонда на воздухе. Находят UFK при колебаниях зонда в калибровочной жидкости с известными значениями Определяют коэффициент по формулеThe measurements are carried out as follows. Find U F0 when the probe oscillates in air. Find U FK when the probe oscillates in a calibration fluid with known values The coefficient is determined by the formula
Далее, при неизменном Uξ определяют UFж при колебании зонда в исследуемой жидкости. Находят искомое значение по формулеFurther, at constant U is determined Uξ Fzh of oscillation of the probe in the sample liquid. Find the desired value according to the formula
Пример конкретного выполнения.An example of a specific implementation.
Камертон 3 из латуни с частотой резонанса укреплен в обечайке 10. Концы его ножек имеют противовесы из латуни на уголках, привинченные винтами М6. Масса противовеса с уголком и винтами крепления 30 г. Ширина ножек камертона 20 мм. Диаметр оси 5 мм.
При испытаниях датчика пьезоэлементы включались в цепь обратной связи автогенератора. Величина Uξ поддерживалась постоянной, равной 1B. UF измеряли с помощью цифрового вольтметра. Погружаемое в жидкость пробное тело представляло собой пустотелый цилиндр с заостренными концами диаметром 2 см, длиной 4 см.When testing the sensor, the piezoelectric elements were included in the feedback circuit of the oscillator. The value of Uξ was maintained constant at 1B. U F was measured using a digital voltmeter. The test body immersed in the liquid was a hollow cylinder with pointed ends with a diameter of 2 cm and a length of 4 cm.
На фиг.3 приведена зависимость между ΔUF=UF-UF0 и , которая получена с помощью предлагаемого датчика.Figure 3 shows the relationship between ΔU F = U F -U F0 and , which is obtained using the proposed sensor.
Измеряли ΔUF в воздухе (точка 0), в октане (1), декане (2), диэтилфталате (3) и в циклогексане (4).ΔU F was measured in air (point 0), in octane (1), decane (2), diethyl phthalate (3), and cyclohexane (4).
Определенная по графику чувствительность датчика составляетThe graphically determined sensor sensitivity is
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003128631/28A RU2257566C2 (en) | 2003-09-24 | 2003-09-24 | Viscosity detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003128631/28A RU2257566C2 (en) | 2003-09-24 | 2003-09-24 | Viscosity detector |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003128631A RU2003128631A (en) | 2005-03-27 |
RU2257566C2 true RU2257566C2 (en) | 2005-07-27 |
Family
ID=35560114
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003128631/28A RU2257566C2 (en) | 2003-09-24 | 2003-09-24 | Viscosity detector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2257566C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU169441U1 (en) * | 2016-11-22 | 2017-03-17 | Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") | VIBRATION DEVICE FOR DETERMINING ENVIRONMENTAL PARAMETERS |
RU216574U1 (en) * | 2023-01-19 | 2023-02-14 | Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института химии нефти Сибирского отделения Российской академии наук | Viscosity tuning fork sensor |
-
2003
- 2003-09-24 RU RU2003128631/28A patent/RU2257566C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
БОГОСЛОВСКИЙ А.В., ПОЛУЭКТОВ М.А. Физико-химические свойства дисперсных систем и их применение. - Томск, 1988, с.34-38. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU169441U1 (en) * | 2016-11-22 | 2017-03-17 | Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") | VIBRATION DEVICE FOR DETERMINING ENVIRONMENTAL PARAMETERS |
RU216574U1 (en) * | 2023-01-19 | 2023-02-14 | Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института химии нефти Сибирского отделения Российской академии наук | Viscosity tuning fork sensor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2003128631A (en) | 2005-03-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Brouwer et al. | High temperature dynamic viscosity sensor for engine oil applications | |
CN105115858B (en) | Viscometer based on electromechanical impedance method and detection method thereof | |
RU2419781C2 (en) | Vibro viscosimetric transducer | |
RU2257566C2 (en) | Viscosity detector | |
JP6089148B2 (en) | Orthogonal super position rheometer | |
RU2411500C1 (en) | Method of measurement of parametres of viscoelastic fluid mediums and device for its realisation | |
RU2094772C1 (en) | Viscosity sensor | |
JP2016518613A5 (en) | ||
Clara et al. | A balanced flow-through viscosity sensor based on a torsionally resonating pipe | |
JP2004012149A (en) | Liquid physical property measuring apparatus | |
RU216574U1 (en) | Viscosity tuning fork sensor | |
RU2628737C1 (en) | Installation for determination of dynamic characteristics of low-code polymer materials | |
Reichel et al. | Fluid property sensors | |
Heinisch et al. | Miniaturized resonating viscometers facilitating measurements at tunable frequencies in the low kHz-range | |
RU2373516C2 (en) | Viscosity measuring element | |
RU2094771C1 (en) | Vibration pickup | |
Reichel et al. | Resonant measurement of liquid properties in a fluidic sensor cell | |
JPS62153761A (en) | Method for measuring blood clotting time | |
Ghosh et al. | Surface modes of a sessile water drop: An optical tweezer based study | |
RU2727263C1 (en) | Vibration viscometer for thixotropic liquids | |
RU2715895C1 (en) | Device for determining elastic-viscous and viscous medium | |
RU214880U1 (en) | DEVICE FOR DEFINITION OF IMPREGNATED NON-CONDUCTING FIBERS OF MICROPLASTIC POLYMER MATERIALS | |
RU2715222C1 (en) | Method of determining elastic-dissipative characteristics of wood | |
RU2327135C1 (en) | Method of material damping properties investigation | |
SU1245950A1 (en) | Method of analyzing particle systems |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050925 |