SU711432A1

SU711432A1 - Device for measuring viscosity and density of liquid media

Info

Publication number: SU711432A1
Application number: SU752304555A
Authority: SU
Inventors: Владимир Николаевич Крутин; Владимир Алексеевич Лекае; Валентин Иванович Вощанкин
Original assignee: Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Геофизических Методов Разведки
Priority date: 1975-12-29
Filing date: 1975-12-29
Publication date: 1980-01-25

Description

Изобретение относитс к приборам дл контрол физико-химических параметров жидких сред и предназначено гл использовани при геофизических измерени х, в химической, пищевой, нефтегазовой и других отрасл х промышленности , где требуетс непрерыв ный и автоматический контроль одновременно в зкости и плотности жидких сред в потоке. Известен способ и аппаратура дл измерени в зкости жидкости с одновременным измерением ее плотности, основанный на прохождении жидкости через измерительный капилл р и измерительную диафрагму 1. Недостатками этого способа вл ютс трудности полной автоматизации измерений, невозможность применени в потоке жи кости . Ближайшим по технической сущности к изобретению вл етс устройство дл одновременного измерени сдвиго вой в зкости и плотности, содержащее колебательный зонд, систему возбужде ни и съема колебаний 2. В нем колебательный зонд представл ет собой цилиндрический поплавок, помещаемый в цилиндрический сосуд с жидкостью. Его положение по вертикали автоматически регу.пируетс управл емым электромагнитом , компенсирующим изменением плавучести поплавка из-за изменени плотности. Ток электромагнита используетс дл определени плотности испытываемой жидкости. Путем создани одновременно вращающегос магнитного пол поплавок приводитс во вращение. Тормоз щий момент, созданный в зким трением цилиндра о жидкость , слугжит мерой измер емой в зк-сти . Таким образом, в известном устройстве совмещены одновременно принципы поплавкого плотномера и ротационного вискозиметра. Недостатками этого устройства вл кггс трудность его применени в потоке исследуемой жидкости, низка чувствительность к в зкости и невысока точность из-за возможности дестабилизации положени поплавка в горизонтальной плоскости, возникновени прецессии и других паразитных видов колебаний. Це.пью изобретени вл етс снижение погрешности одновременного измерени плотности и в зкости и повышение чувствительности. Это достигаетс .выполнением колебательного зонда в виде полой спирали из упругого материала, концы которой подсоединены к подвод щим среду трубопроводам, а в средней части спирали установлены системы возбуждени и съема сигнала в виде измерител де р мента затухани свободных колебаний и измерител собственной частоты колебаний зонда.The invention relates to instruments for monitoring the physicochemical parameters of liquid media and is intended for use in geophysical measurements in the chemical, food, oil and gas, and other industries that require continuous and automatic control of the viscosity and density of fluids in a stream simultaneously. The known method and apparatus for measuring the viscosity of a fluid while simultaneously measuring its density, is based on the passage of fluid through the measuring capillary and the measuring diaphragm 1. The disadvantages of this method are the difficulties of fully automating the measurements, the impossibility of using in the flow of an animal. The closest in technical essence to the invention is a device for simultaneous measurement of shear viscosity and density, comprising an oscillatory probe, an excitation system, and an oscillation pickup 2. In it, the oscillation probe is a cylindrical float placed in a cylindrical vessel with a liquid. Its vertical position is automatically controlled by a controlled electromagnet, compensating for changes in float buoyancy due to density changes. The current of the electromagnet is used to determine the density of the test liquid. By creating a simultaneously rotating magnetic field, the float is rotated. The braking torque created by the viscous friction of a cylinder against a liquid is measured by measure of viscosity. Thus, in the known device, the principles of float density meter and rotational viscometer are combined simultaneously. The disadvantages of this device are that it has difficulty in applying the flow of the test liquid, low sensitivity to viscosity and low accuracy due to the possibility of destabilizing the position of the float in the horizontal plane, the occurrence of precession and other parasitic oscillations. The purpose of the invention is to reduce the error in simultaneously measuring density and viscosity and increasing sensitivity. This is achieved by making an oscillatory probe in the form of a hollow spiral of elastic material, the ends of which are connected to supply lines, and in the middle part of the helix the excitation and signal removal systems are installed in the form of a measuring unit for free oscillations of the probe.

На чертеже дан общий вид предлагаемого устройства, содержащего вибрационный зонд 1 в виде полой спирали, заполн емой жидкостью, массивные опоры 2, возбуждающий преобразователь 3 генератор 4 возбуждени , приемный преобразователь 5, измеритель 6 колебательных характеристик зонда.The drawing shows a general view of the proposed device comprising a vibrating probe 1 in the form of a hollow helix filled with liquid, massive supports 2, exciting generator 3 excitation generator 4, receiving converter 5, meter 6 of oscillatory characteristics of the probe.

Основным элементом устройства вл :етс зонд 1 в виде спирали, например , цилиндрической. Спираль может быть также плоской, конической, в виде двойного конуса и других конфигураций . Спираль-зонд изготавливают из круглой пустотелой трубы, причем материал зонда должен обладать малыми механическими потер ми на внутреннее трение и хорошими упругими характеристиками дл повышени собственной добротности зонда.The main element of the device is a probe 1 in the form of a spiral, for example, a cylindrical one. The spiral can also be flat, conical, in the form of a double cone and other configurations. The spiral probe is made of a round hollow tube, and the probe material must have a small mechanical loss due to internal friction and good elastic characteristics in order to increase the probe's own quality factor.

При заполнении зонда исследуемой жидкостью он демпфируетс , и его добротность снижаетс . При осевых деформаци х зонда 1 его витки испытывают деформацию кручени , что приводит к возникновению крутильных сдвиговых волн в жидкости. Импеданс этих в зких волн нагружает колебающийс вдоль оси зонд так же, как и крутильные колебательные системы, дe шфиpoвaнныe в зкой жидкостью. Колебани с деформаци ми скручивани создаютс путем возбуждени поступательных колебаний вдоль оси зонда. Зонд, представл ющий собой цилиндрическую спираль, закреплен с двух концов, а возбуждающий преобразователь 3 помещен в середине зонда. Жесткие креплени представл ют собой массивные опоры 2, на которых подвешен весь зонд.При деформации скручивани витков одновременно происходит изменение рассто ни между соседними витками спирали, и жидкость, помещенна внутрь спирали, при этом дополнительно совершает целиком поступательные колебани , в зависимости от плотности жидкости масса витка- спирали измен етс . Мен етс и основна резонансна частота спирали, а значит, и низша ее собственна частота. Колебательные характеристики зонда, св занные с потер ми колебательной энергии в процессе колебаний зонда, такие как логарифмический декремент затухани свободных колебаний, добротность , амплитуда гармонических автоколебаний или резонансна амплитуда колебаний зонда, определ ютс в зким демпфированием, обусловленнымWhen the probe is filled with the test liquid, it is damped, and its quality factor decreases. With axial deformations of probe 1, its coils experience torsional deformation, which leads to the appearance of torsional shear waves in the fluid. The impedance of these viscous waves loads the probe oscillating along the axis in the same way as torsional oscillatory systems degraded with a viscous liquid. Oscillations with twisting deformations are created by exciting translational oscillations along the axis of the probe. The probe, which is a cylindrical helix, is fixed at both ends, and the exciter transducer 3 is placed in the middle of the probe. Rigid fasteners are massive supports 2, on which the whole probe is suspended. When the turns twist to deform, the distance between adjacent turns of the helix simultaneously changes and the fluid inside the helix additionally performs full translational oscillations, depending on the density of the fluid. the helix is changing. The main resonant frequency of the helix also changes, and hence its lower natural frequency. Oscillatory characteristics of the probe, associated with the loss of vibrational energy during the oscillation of the probe, such as the logarithmic decrement of damping of free oscillations, the quality factor, the amplitude of harmonic self-oscillations or the resonant amplitude of oscillations of the probe, are determined by

импедансом в зких крутильных волн. Измер указанные колебательные .характеристики зонда, определ ют в зкость среды, помещенной внуть зондаimpedance in torsional torsional waves. Measuring the indicated vibrational characteristics of the probe, determines the viscosity of the medium placed inside the probe.

Вместе с тем измерение основной собственной или резонансной частоты зонда, позвол ет использовать его как вибрационный плотномер.At the same time, the measurement of the fundamental natural or resonant frequency of the probe allows it to be used as a vibration densimeter.

Работа предлагаемого устройства codTOHT в следующем. Резонатор-зонд 1 в виде полой спирали, заполненный испытываемой средой и закрепленный н концах массивными опорами 2, возбуждаетс с помощью преобразовател 3, который подключен к генератору возбуждени 4. Преобразователь 3 возбуждает колебани центрального витка спирали параллельно ее оси, благодар чему возникают периодические во времени деформации всей спирали, причем амплитуда осевого смещени витков уменьшаетс по мере приближени витков к массивным опорам 2 и максимальна в центре спирали. Крутильные же деформации, соответствующие низшей, основной ее резонансной частоте, имеют узел в центре спирали и пучности около точек креплени . Таким образом вдоль длины зонда укладываетс половина сто чей крутильной волны. Частота резонанса может быть выбрана достаточно низкой, чтобы.обеспечить необходимую точность измерени равновесной в зкости жидкости.The operation of the proposed codTOHT device is as follows. The resonator probe 1 in the form of a hollow spiral, filled with the test medium and fixed at the ends by massive supports 2, is excited by means of a converter 3, which is connected to the excitation generator 4. The converter 3 excites oscillations of the central coil parallel to its axis, due to which periodic in time appear deformations of the entire helix, the axial displacement amplitude of the coils decreases as the coils approach the massive supports 2 and is maximum at the center of the helix. The torsional strains, corresponding to the lowest, fundamental resonant frequency, have a node in the center of the helix and antinodes near the attachment points. Thus, along the length of the probe, a half-standing torsional wave is laid. The resonance frequency can be chosen low enough to provide the necessary accuracy in measuring the equilibrium viscosity of the fluid.

Периодические крутильные деформации стенок пустотелой спирали привод т к возбуждению крутильных сдвиговых волн в в зкой жидкости, возникающих благодар в зкому трению в жидкости. Присоединенный импеданс в зких волн нагружает зонд-резонаг тор и измен ет его колебательные характеристики . Их изменение регистрируетс с помощью измерител колебательных характеристик 6, подключенного к зонду через приемный преобразователь 5. Эти характеристики завис т от в зкости так же, как характеристики зондов крутильных вибрационных вискозиметров. Вместе с тем измеритель колебательных характеристик содержит и прибор дл регистрации отклонени резонансной частоты зонда от исходной, которое определ етс плотностью жидкости, заполн ющей витки спирали.Periodic torsional deformations of the walls of the hollow helix lead to the excitation of torsional shear waves in a viscous fluid, due to viscous friction in the fluid. The attached impedance of viscous waves loads the probe resonator and changes its vibrational characteristics. Their change is recorded by means of an oscillation tester 6 connected to the probe through a receiving transducer 5. These characteristics depend on viscosity in the same way as the characteristics of the torsional vibration viscometer probes. At the same time, the oscillation characteristics meter also contains a device for detecting the deviation of the resonant frequency of the probe from the initial one, which is determined by the density of the liquid filling the turns of the helix.

Claims

Invention Formula

1, A device for measuring viscosity and density of liquid media, comprising an oscillating probe, an excitation system and an oscillation pickup, characterized in that, in order to improve the accuracy and sensitivity of simultaneously measuring the density and viscosity, the oscillating probe is made in the form of a hollow helix

of elastic material and connected at its ends in series with the pipeline, and in the middle part of the helix installed systems for excitation and removal of oscillations of the probe.

2. The device according to claim 1, that is, that the oscillation pickup system is made in the form of a measuring instrument for the damping factor of free oscillations and a measuring instrument for the natural oscillation frequency of the probe.

Sources of information taken into account in the examination

1. Patent of the GDR .№ 68392, cl. 42 fc. 7/01, 04/08/68.

.2. Hodgin mb , Beatstf .M, Rev. Sei.Jnstr .., 1971, 42, 10, p. 1455-1457 (prototype).