RU2373516C2 - Датчик вязкости - Google Patents
Датчик вязкости Download PDFInfo
- Publication number
- RU2373516C2 RU2373516C2 RU2007135698/28A RU2007135698A RU2373516C2 RU 2373516 C2 RU2373516 C2 RU 2373516C2 RU 2007135698/28 A RU2007135698/28 A RU 2007135698/28A RU 2007135698 A RU2007135698 A RU 2007135698A RU 2373516 C2 RU2373516 C2 RU 2373516C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vibrator
- test body
- measurement
- measuring element
- vibration
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к технике измерения вязкости, а более конкретно - к устройству вибрационных датчиков погружного типа, предназначенных для использования в исследовательских лабораториях, в медицине, для контроля технологических жидкостей. Датчик вязкости содержит электрически управляемый вибратор, схему управления вибратором, присоединенный подвес и пробное тело на его конце, при этом датчик дополнительно содержит еще один такой же вибратор со схемой управления и присоединенным подвесом, но без пробного тела, и схему вычитания, к двум входам которой присоединены аналоговые выходы схем управления вибраторами, а выход соединен с регистрирующим устройством. Технический результат - увеличение достоверности результатов измерений и расширение возможностей использования вибрационного метода измерений. 4 ил.
Description
Изобретение относится к технике измерения вязкости, а более конкретно - к устройству вибрационных датчиков погружного типа, предназначенных для использования в исследовательских лабораториях, в медицине, для контроля технологических жидкостей.
Рассматриваемый тип датчиков состоит, как правило, из собственно вибратора, пробного тела и стержневого подвеса. Последний соединяет вибратор с пробным телом и передает ему механическое движение.
В процессе измерения электрически управляемый вибратор находится на воздухе, а колеблющееся пробное тело на конце достаточно длинного подвеса погружают в контролируемую среду. Измеряют действующую со стороны жидкости тормозящую силу.
Трение между колеблющимся телом и окружающей средой (торможение) описывается формулой
где Zт - механическое сопротивление трения жидкости о тело;
F - сила, вызывающая движение;
ξ' - колебательная скорость;
ρ - плотность жидкости;
η - вязкость жидкости;
С - коэффициент пропорциональности.
Реально, кроме сопротивления трения пробного тела присутствуют также
Z0 - сопротивление, обусловленное внутренним трением измерительной установки;
Zп - механическое сопротивления трения жидкости о соприкасающиеся с ней элементы подвеса.
Общее наблюдаемое сопротивление Z=Zт+Zп+Z0=Zж+Z0.
В электромеханическом классе устройств вызывающая движение сила и скорость движения пропорциональны соответствующим электрическим сигналам UF и Uξ. Поэтому имеют место соотношения
Z=BUF/Uξ; Z0=BUF0/Uξ0.
UF0 и Uξ0, которые обусловлены величиной внутреннего трения вибратора, измеряют при положении пробного тела на воздухе.
где К - коэффициент пропорциональности,
U0=UF0 и зависит от заданной амплитуды движения.
Эксперименты проводят при одинаковом положении зонда в ячейке. При этом измерения, связанные с изменением объема пробы в сосуде, например, в результате добавления реагентов, осложняются из-за присутствия в полном сопротивлении зависящего от глубины погружения фрагмента Zп.
Известны вибрационные вискозиметры, например вискозиметр А.Б.Каплуна, содержащий в качестве датчика электромеханический вибратор и имеющий пробное тело в виде закрепленной на жестком стержне пластины [Соловьев А.Н., Каплун А.Б. Вибрационный метод измерения вязкости жидкостей. - Новосибирск: Наука, 1970. - 142 с.].
Недостатком этой конструкции является то, что в процессе измерения происходит движение в жидкости не только пробного тела, но и некоторой части стержня - подвеса, величина которой зависит от глубины погружения. Это приводит к зависимости выходного сигнала датчика от глубины погружения пробного тела. Таким образом, для каждой глубины требуется отдельная калибровка.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является камертонный датчик. [А.В.Богословский, М.А. Полуэктов // Физико-химические свойства дисперсных систем и их применение. - Томск, 1988, - с.34-38]. Он представляет собой вибратор - камертон, закрепленный за узловую точку в опоре. На ножки наклеены пьезоэлементы и установлены стержень с пробным телом на конце на одной из ножек и противовес - на другой.
При измерениях погружается в жидкость не только пробное тело, но и некоторая часть стержня. Ее трение о жидкость приводит к зависимости выходного сигнала датчика от глубины погружения. Таким образом, следует проводить измерения при одинаковом положении пробного тела в контролируемые жидкости, или проводить специальную калибровку для каждой глубины.
Задачей изобретения является создание датчика, для которого результат измерения не зависит от глубины погружения пробного тела в жидкость.
Техническим результатом является устранение влияния глубины погружения на выходной сигнал вибрационного датчика и, таким образом, увеличение достоверности результатов измерений и расширение возможностей использования вибрационного метода измерения. Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемый датчик вязкости содержит два одинаковых вибратора с присоединенными одинаковыми стержнями. На конце одного из стержней закреплено пробное тело. На конце другого стержня пробное тело отсутствует.
Полное сопротивление такого составного датчика состоит из двух фрагментов
Zж1=Z01+Zп1+Zт,
Zж2=Z02+Zп2,
где Z01 - внутреннее сопротивление первого вибратора,
Zп1 - сопротивление, обусловленное влиянием стержня - подвеса пробного тела первого вибратора,
Zт - сопротивление, обусловленное пробным телом,
Z02 - внутреннее сопротивление второго вибратора,
Zп2 - сопротивление, обусловленное влиянием стержня - подвеса второго вибратора.
Zп1=Zп2=Zп.
Предлагаемый датчик изображен на фиг.1. Схема электрических соединений приведена на фиг.2.
Каждый вибратор (2) подключен к собственной схеме управления - автогенератору (4). Схемы обеспечивают колебания на частоте резонанса с постоянной, не зависящей от механической нагрузки амплитудой.
Аналоговые выходные сигналы U1 и U2 рассматриваемых схем (4) пропорциональны текущим значениям механического сопротивления соответствующих вибраторов. Поэтому приведенные выше выражения для сопротивлений Z можно переписать для соответствующих электрических напряжений
U1=U01+Uп1+Uт,
U2=U02+Uп2.
Указанные напряжения поступают на устройство сравнения - схему вычитания (5). При этом ее выходное напряжение будет
U12=(U01-U02)+(Uп1-Uп2)+Uт.
Величина U012=(U01-U02) измеряется на воздухе, является в эксперименте постоянной и отражает разную величину внутреннего трения используемых камертонов. Значения напряжений Uп1 и Uп2 зависят от глубины погружения.
Uп1=K1h, Uп2=K2h,
где K1, K2 - коэффициенты пропорциональности; h - глубина погружения пробного тела.
При соответствующей настройке указанных схем K1=К2, и разностный сигнал U12 не зависит от глубины погружения.
Пример конкретного выполнения.
Схема датчика вязкости изображена на фиг.1. Два одинаковых латунных вибратора - камертона (2) с частотой резонанса ω0≈400 Гц закреплены в держателе (1) концами ножек навстречу друг другу таким образом, что их колебания ориентированы перпендикулярно горизонту. К нижней ножке вибратора (2лев) присоединен стержень (3) из нержавеющей стали диаметром 1,5 мм. На конце стержня находится пробное тело в виде шара диметром 6 мм. К нижней ножке вибратора (2прав) аналогичным образом присоединен такой же стержень (3). Пробное тело на его конце отсутствует. На фиг.2 приведена функциональная схема соединения фрагментов устройства. Каждый из вибраторов (2) подключен к собственной схеме управления - автогенератору (4). Выходные сигналы схем (4), U1, U2 поступают на входы схемы вычитания (5). Разностный сигнал U12 регистрируется с помощью персонального компьютера.
Измерения проводят следующим образом. Находят U120 при колебании зонда на воздухе. Находят U12k при колебаниях зонда в калибровочной жидкости с известными значениями ρk, ηk. Определяют коэффициент по формуле . Далее определяют U12ж при колебании зонда в исследуемой жидкости. Находят искомое значение по формуле
На фиг.3 приведен график зависимости выходного сигнала датчика U12ж от глубины погружения составного зонда в циклогексанол. На фиг.4 приведен график зависимости - , полученный путем погружения составного зонда на глубину 10 мм в октан (1), декан (2), диэтилфталат (3) и в циклогексанол (4).
Таким образом, предлагаемый датчик вязкости позволяет проводить измерения при различной глубине погружения пробного тела в контролируемую жидкость.
Claims (1)
- Датчик вязкости, содержащий электрически управляемый вибратор, схему управления вибратором, присоединенный подвес и пробное тело на его конце, отличающийся тем, что он дополнительно содержит еще один такой же вибратор со схемой управления и присоединенным подвесом, но без пробного тела, и схему вычитания, к двум входам которой присоединены аналоговые выходы схем управления вибраторами, а выход соединен с регистрирующим устройством.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007135698/28A RU2373516C2 (ru) | 2007-09-26 | 2007-09-26 | Датчик вязкости |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007135698/28A RU2373516C2 (ru) | 2007-09-26 | 2007-09-26 | Датчик вязкости |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007135698A RU2007135698A (ru) | 2009-04-10 |
RU2373516C2 true RU2373516C2 (ru) | 2009-11-20 |
Family
ID=41014360
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007135698/28A RU2373516C2 (ru) | 2007-09-26 | 2007-09-26 | Датчик вязкости |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2373516C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2715895C1 (ru) * | 2019-04-09 | 2020-03-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" | Устройство для определения упруго-вязкой и вязкой среды |
-
2007
- 2007-09-26 RU RU2007135698/28A patent/RU2373516C2/ru 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 (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2715895C1 (ru) * | 2019-04-09 | 2020-03-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" | Устройство для определения упруго-вязкой и вязкой среды |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007135698A (ru) | 2009-04-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101371132B (zh) | 自励、自感知压电悬臂梁传感器 | |
Heinisch et al. | Application of resonant steel tuning forks with circular and rectangular cross sections for precise mass density and viscosity measurements | |
Cerimovic et al. | Sensing viscosity and density of glycerol–water mixtures utilizing a suspended plate MEMS resonator | |
JP5020403B1 (ja) | 振動式物性測定装置及び方法 | |
CN1016279B (zh) | 振动式流变仪 | |
CN102183440A (zh) | 一种振动式粘度计 | |
KR101939100B1 (ko) | 기준 온도에서 유동 유체 점도를 얻기 위한 계측 전자기기 및 방법 | |
Rosario et al. | Piezoelectric excited millimeter sized cantilever sensors for measuring gas density changes | |
Heinisch et al. | A resonating rheometer using two polymer membranes for measuring liquid viscosity and mass density | |
Heinisch et al. | Electromagnetically driven torsional resonators for viscosity and mass density sensing applications | |
JP4083621B2 (ja) | 振動子を用いた分析方法 | |
JP4514639B2 (ja) | カンチレバー型センサ | |
Heinisch et al. | A u-shaped wire for viscosity and mass density sensing | |
RU2419781C2 (ru) | Вибровискозиметрический датчик | |
RU2373516C2 (ru) | Датчик вязкости | |
JP4646813B2 (ja) | バイオセンサ計測システム、粘性率測定方法、および微量質量測定方法 | |
JP2019219269A (ja) | 粘弾性特性測定プローブ | |
SU682796A1 (ru) | Устройство дл измерени сдвиговой в зкости и упругости сред | |
Reichel et al. | Fluid property sensors | |
RU2662948C1 (ru) | Необремененный вибровискозиметрический датчик | |
RU216574U1 (ru) | Камертонный датчик вязкости | |
JP2011227033A (ja) | 感知装置 | |
KR102011569B1 (ko) | 미소 부피 액체용 점성 측정 장치 및 방법 | |
Heinisch et al. | Miniaturized resonating viscometers facilitating measurements at tunable frequencies in the low kHz-range | |
Park et al. | Sensing of fluid viscoelasticity from piezoelectric actuation of cantilever flexural vibration |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170927 |