SU1704025A1 - Вибрационный вискозиметр - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике измерений , в частности, к устройствам непрерывного действи  дл  определени  реологических характеристик жидкостей и полимеров, и может быть применено дл  автоматического определени  в зкости сред в химических. биологических и медицинских исследовани х . Цель изобретени  - повышение точности измерени  в зкости сред по декременту затухани  свободных колебаний и снижение необратимого расхода исследуемой жидкости . Вибрационный вискозиметр выполнен в виде пьезомеханического резонатора, составленного из кварцевых пластин 2 и полого металлического бруса 1. Крепление резонатора к корпусу 3 произведено с помощью пустотелых трансформирующих линий, составленных из пустотелых четвертьволновых св зок 4 и резонаторов 5, через которые в рабочую полость резонатора, расположенную в зоне пучности, непрерывно поступает исследуема  жидкость. При этом продольна  ось трансформирующей линии-св зки совпадает с узловой линией, соответствующей резона с- нойчастоте преобразующего элемента. 4 ил fe iVj О о ю ел

Description

Изобретение относитс  к технике измерений , в частности к устройствам непрерывного действи  дл  определени  реологических характеристик жидкостей и полимеров, и может быть применено дл  автоматического определени  в зкости жидкостей в химических , биологических и медицинских исследовани х, например, дл  измерени  в зкости крови.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  в зкости сред по декременту затухани  свободных колебаний и снижение необратимого расхода исследуемой жидкости.

На фиг.1 представлен пьезомеханиче- ский резонатор, укрепленный в корпусе с помощью пустотелых четвертьволновых св зок, общий вид; на фиг.2 - чувствительный элемент, выполненный в виде пьезоме- ханического резонатора, работающего в режиме 1-й моды изгибных колебаний (сплошной и пунктирной кривыми лини ми в увеличенном масштабе показана траектори  движени  работающего резонатора); на фиг.З - конструкци  вибрационного вискозиметра; на фиг.4 - эквивалентна  электрическа  схема пьезомеханического резонатора, включенного в качестве нагрузки в цепь источника напр жени  с внутренним сопротивлением RI (здесь Со. Ср - соответственно статическа  и динамическа  емкость резонатора; Lp. Rp - динамическа  индуктивность и сопротивление потерь резонатора, не заполненного жидкостью; п- сопротив- потерь, вносимых в зкостью исследу: емой жидкости, подаваемой в полость работающего резонатора).

Вибрационный вискозиметр содержит виСрзтор, выполненный в виде пьезомеха- чическс го резонатора (ПМР) (фиг.1). СОСТОР- ше1 м:-. голого металлического бруска 1 и Ј,:-.. пьезок&агцевых пластин 2. укрепленных кз его боковых поверхност х.

чрбпление ПГ/Р в корпусе 3 произво- дитсл с помощью трансформирующей линчи , составленной из четвертьволновой свсзки А и четвертьволнового резонатора 5. Дге, как минимум, трансформирующие линии . удер -;меающие ГШР в корпусе, имеют внутренние полости Б. соединенные- с рабочей полостью резонатора С. Крепление пус- -отельных резонаторов 5 и св зг.к 4 к ПМР производите таким образом, что продоль- нь.е оси резон -оров и св зок совпадают с уг.лсвыми лини ми работающего резонатора . На фиг.2 в качестве одного из примеров рсзлизгц 1/ предлагаемого устройства показан резонатор  .тибных колебаний, работающий кз 1-й меде. Координата расположени  узловых линий дл  данного релонаторг составл ет « 0.224L (где L - обща  длина резонатора ). Рабоча  полость С с двух сторон замкнута винтами 6, устанавливаемыми с торцов ПМР. Преобразовательный элемент

- ПМР с помощью четвертьволновых резонаторов и св зок устанавливаетс  в корпусе 3 (фиг.1), составленном из верхней 7 и нижней 8 половин (фиг.З), соединенных винтами 9. Фиксаци  ПМР относительно продольных осей св зок производитс  с помощью гаек 10, навинчиваемых на хвостовики св зок . Хвостовики пустотелых св зок помимо резьбы имеют конические штуцеры 11. на которые одеваютс  эластичные трубки (не

показаны), обеспечивающие подачу Р1 и сток Р2 исследуемойi жидкости. Включение резонатора в измерительную схему производитс  с помощью контактов 12, устанавливаемых в нижнем основании 8 с помощью

стеклоизол торов 13. Коммутаци  пьезок- варцевых пластин 2 между собой и соединение с контактами 12 производитс  с помощью проводов 14.

Устройство работает следующим обраэом .

На пьезокварцевые пластины 2 возбуждени  поступают радиоимпульсы с частотой заполнени  равной собственной частоте ПМР и с частотой повторени , определ емой

генератором импульсов. В основе работы ПМР лежит пьезоэффект, обеспечивающий преобразование входного электрического напр жени , подводимого к льезокварцевым пластинам, в механические напр жени  в теле вибратора (обратный пьезоэффект) и ответную реакцию по выходу в виде зар дов на электродгл возникающих Б результате деформации вибратора под действием механических -гений (пр мой пьезоэффект ).

На фиг.2 приведена изгибнэ  форма колебаний .

Облада  высокой добротностью, ПМР сохран ет собственные механические колебани  в паузах между возбуждающими радиоимпульсами , Полезный сигнал после соответствующей коммутации подаетс  в измерительный канал измерительной схемы , где он анализируетс . Полезный сигнал

затухает по экспоненциал:- ному закону. При введении жидкости в рабочую полость ПМР С измен етс  добротность резонатора, а значит - и логарифмический декремент затухани , чем выше коэффициент в зкости

исследуемой среды, тем быстрее затухают колебани  переходного процесса. Коэффициент в зкости об;, .о пропорционален времени, за которое происходит уменьшение первоначально выбранной амплитуды в

Ераз (е- основание натуральных логарифмов ).

Устройстве предварительно перед началом работы калибруетс  по одной из стандартных жидкостей: воды, спирт, ацетон и др.

Как следует из описани  конструкции прибора исследуема  жидкость непрерывно поступает в рабочую полость резонатора , втека  и вытека  из него. т.е. не выход  из общего русла и не подверга сь окисли- тельному и другому какому-либо разрушающему воздействию окружающей среды. Это обсто тельство  вл етс  весьма удобным при непрерывном наблюдении за характером изменени  в зкости жидких сред в ходе проведени  того или иного технологического процесса или при проведении операций, св занных с хирургией крови, когда идет о целенаправленном изменении реологических характеристик определенного ее объема.

Повышение точности измерени  в зкости путем увеличений добротности преобразующего вибратора получено за счет того, что в состав пьезомеханического вибратора вход т два максимально добротных элемен- та: пьезокварцевые пластины с добротностью Опл ;Г (2-3) 10 и металлический резонатор с добротностью Qp 1 104. позвол ющие обеспечить добротность прибора Оприб 110 . Повышение добротности приводит к улучшению энергетических соотношений сигнал/шум, а значит - к повышению чувствительности псибора в целом.

Исследуема  жидкость подаетс  в наиболее деформируемую область работающе- гс резонатора - Б зону пучности, что тс. получить большее значение ко- эфФициентз модул ци добротности (так ка. нзиС о..ее деформации подуергаетс- весь объем жидкости, залол- ч к-г-.сГ рабочую полог. резонатора). Это, L. СЕСНС . т кже г г; ;, .повышению точности измерени , в зкости. С целью дальнейшего повышени  добротности , крепление ПМР к корпусу произведено с помощью пустотелой трансформирующей линии, соосно расположенной с узловыми лини ми резонатора и прикрепленной к нему. Такой метод креплени  минимизирует диссипативные потери вибратора св занные с его креплением к корпусу, и способствует сохранению высокого значений исходной добротности прибора.

Прибор изготавливаетс  методами общего машиностроени . Металлический ре- зонатор 1 изготавливаетс  из элинварного сплава типа 44НОМТ методом шлифовки с

проведением соответствующей термообработки . Трансформирующа  лини  (элементы 4 и 5) изготавливаетс  заодно на токарном станке с последующей шлифовкой и также подвергаетс  термообработке. Перед запрессовкой трансформирующей линии в резонатор элементы 4 и 5 предварительно настраиваютс  на частоту, в два раза превышающую рабочую частоту резонатора 1. После этого на резонатор 1 напаиваютс  (наклеиваютс ) пьезокварце- вые пластины 2,на которые предварительно вжигаютс  (или напыл ютс  в вакууме) электроды возбуждени , Затем вс  колебательна  система (фиг. 1) помещаетс  в корпус 8, и резонатор настраиваетс  на заданную частоту. Производитс  подпайка коммутирующих приводов 13 к контактам 12, после чего прибор закрываетс  верхней крышкой коопу- са 7. Корпус (детали 7 и 8) изготавливаетс  методом лить  под давлением.

Заключительной операцией  вл етс  силиконизаци  рабочих каналов В и С, что предотвращает химический контакт исследуемой жидкости с металлом преобразующего элемента. Исследовани  показали, что по сравнению с другим устройством аналогичного назначени  вискозиметр имеет добротность примерло в 5 PCJ выше, что позвол ет повысить точность измерений в 1,5-2,5 раза.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Вибрационный иискозпмв р ,(С- щий измерителсную схему, источник r;i-Ta- ж  , резонансный пргюгЗр зу1 : . эчемент.  вл ющийс  элементом генег.тора колебаний И ИЗГОТСРьОМНЬ - И о ПО -11 i:-:CF-Or. . 6сорчзоезте/ . °з тог coe i - e между собой v з;.. PC.Lien ть х i- г-.р. - помощьютргчсфс -п:о, ю;-аеГ : .- ч4бй и  сероко -л i -.- . / .ча .,; гс из которых четверти д.ины .-.. соответствующей ре снаисно; - г-г- образовател , отличающийс  тем. что, с целью повышени  тачмос- .. оеьи  в зкости сред и снижени  необратимого расхода исследуемой жидкости, резонансный преобразующий злемсл г выполнен е полого пьезомЕлон чес ого резонатора брускового типа, укрепленнс.-о е. корпусе с помощью пустотелых св зок, через которые во внутреннюю по/юсть резонатора, расположенную Б зоне пучности, поступает исследуема  жидкость, при этом продольна  ось каждой из св зок совпадает с узловой линией, соответствующей резонансной частоте преобразующего элемента.

   8

   О

   01/8.2

   /хУ

   /

   Я

   10

   fl-12

   йХхххххххххххЗ ГЯ%%ШУ///Л

   L

   JL

   /I

   te;3

   -/

   L $n

   ПМР

   1

   J

   Фиг.Ъ