SU717625A1

SU717625A1 - Vibration-type viscosity measuring transducer

Info

Publication number: SU717625A1
Application number: SU752305200A
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: 1980-02-25

Description

II

Изобретение относитс к колебательным приборам дл исследовани физико-химических свойств материалов, в частности дл измерени в зкости жидкостей.This invention relates to oscillatory devices for studying the physicochemical properties of materials, in particular for measuring the viscosity of liquids.

Известны вибрационные вискозиметры, измерительным преобразователем которых вл етс колеблющийс , зонд, демпфированный исследуемой жидкостью. В зкость испытуемой среды определ ют посредством измерени колебательных характеристик зонда . Практически используютс два вида зондов - зонды с сосредоточенными упругостью и массой и зонды с распределенными пар аметрами . ,Vibration viscometers are known, the transducer of which is oscillating, a probe damped by the liquid under study. The viscosity of the test medium is determined by measuring the vibrational characteristics of the probe. Two types of probes are practically used — probes with concentrated elasticity and mass, and probes with distributed pairs of meters. ,

Известны вибрационные преобразователи в зкости, содержащие низкочастотный генератор, вибратор, чувствительный элемент , датчик с приемной катушкой и йилливольтметр 1. Эти устройства не обеспечивают перекрыти широкого диапазона измер емых в зкостей и обладают пониженной точностью измерени равновесной в зкости .Vibration viscosity transducers are known, which include a low-frequency generator, a vibrator, a sensing element, a sensor with a receiving coil, and a volt-voltmeter 1. These devices do not cover a wide range of measured viscosities and have a reduced accuracy of measuring the equilibrium viscosity.

Ближайшим по технической сущности к изобретению вл етс устройство, содержащее корпус, в котором установлен зонд, св занный с возбуждающим и приемным электромеханическими элементами, соответственно подключенными к генератору возбуждени и измерителю 2. Зонд бегущей волны с распределенными параметрами представл ет собой цилиндрический стержень. На пьезоэлектрический преобразователь подаетс импульс возбуждени , который преобразуетс в импульс механических напр жений , возбуждающих волну деформацией вThe closest in technical essence to the invention is a device comprising a housing in which a probe is installed associated with the excitation and receiving electromechanical elements respectively connected to the excitation generator and the meter 2. The traveling wave probe with distributed parameters is a cylindrical rod. An excitation pulse is applied to the piezoelectric transducer, which is converted into a pulse of mechanical stresses that excite a wave by deformation in

зонде. Волна распростран етс от точки возбуждени до противоположного конца зонда , погруженного в жидкость, отражаетс от этого конца и возвращаетс к сечению зонда , в котором помещен пьезоэлектрический преобразователь. Последний преобразует импульс механических деформаций в электрический , которьш, в свою очередь, поступает на измерительное устройство, определ ющее запаздывание времени прихода этого импульса по отношению к импульсу посылки . Таким образом измер етс скорость распространени бегущих волн в зонде, демпфированном испытуемой жидкостью.the probe. The wave propagates from the point of excitation to the opposite end of the probe immersed in the liquid, reflects from this end and returns to the cross section of the probe in which the piezoelectric transducer is placed. The latter transforms the impulse of mechanical deformations into electrical, which, in turn, goes to the measuring device, which determines the delay of the arrival time of this impulse in relation to the impulse of the parcel. In this way, the speed of propagation of traveling waves in a probe damped by the test liquid is measured.

Это устройство позвол ет измер ть в зкость в широком диапазоне, однако на реультаты измерении существенно вли ет двигова упругость жидкости, что снижает очность определени равновесной в зкоси релаксирующих высоков зких жидкостей.This device allows to measure viscosity in a wide range, however, the moving elasticity of the fluid significantly affects the measurement results, which reduces the accuracy of the equilibrium in relation to relaxing highly viscous liquids.

Целью изобретени вл етс расширение иапазона и повышение точности измереи равновесной в зкости. Вибрационный измерительный преобразователь в зкости позвол ет перекрыть широкий диапазон измер емых величин в зкости на низких частотах, поэтому при исследовании выс;оков зких жид-« костей точность измерени равновесной в зкости значительно повышаетс .The aim of the invention is to expand the range and improve the accuracy of measuring the equilibrium viscosity. Vibration viscosity measuring transducer allows to cover a wide range of measured viscosity values at low frequencies, therefore, when studying high-level bones, the accuracy of equilibrium viscosity measurement is significantly improved.

Это достигаетс тем, что зонд Предлагаемого вибрационного измерительного преобразовател в зкостивыполнен в виде набора одинаковых резонаторов с сосредоточенными парамётрами, последовательно св занных между собой, снабженного на конЦе поглотителем бегущих волн.This is achieved by the fact that the probe of the Offered Vibration Transducer is viscous in the form of a set of identical resonators with lumped parameters, connected in series with each other, supplied at the tip with an absorber of traveling waves.

Другими отличи ми вл етс то, что резонаторы вьшолнены В виде дисков, жесткоуст новленных на отрезке трубы на одинаковом рассто нии друг от друга, причем это рассто ние прин то меньше длины волны в трубе; резонаторы выполнены в виде стержней, жестко установленных на упругой пЛастййе, места закреплени кЬторых расположены на пр мой с рассто ни ми, меньшими длины волны в пластине и равными между собой.Another difference is that the resonators are made in the form of disks rigidly mounted on the pipe section at the same distance from each other, and this distance is less than the wavelength in the pipe; the resonators are made in the form of rods rigidly mounted on the elastic LASTER, the fixing points of the second ones are located straight with distances smaller than the wavelength in the plate and equal to each other.

На фиг. 1 дан общий вид. устройства; на фиг. 2, 3 варианты исполнени устройства.FIG. 1 given a general view. devices; in fig. 2, 3 versions of the device.

Вибрационный измерительный преобразователь в зкости содержит корпус 1,в Котором установлен зонд 2 (фиг. 1), возбуждающий 3 и приемный 4 преобразователи, которые служат дл возбуждени колебаний зонда генератором 5 и их регистрации с последующим измерением колебательных характериктик зонда измерителем 6. Зонд 2 составлен из набора резонаторов 7 с сосреДб Ьчёнными параметрами, Соединённых между собой элементами св зи 8, И может быть Отнесен к промежуточному классу колебательных систем с сосредоточенно-распределительными параметрами.Vibration viscosity measuring transducer includes a housing 1, in which probe 2 is installed (Fig. 1), exciting 3 and receiving 4 transducers, which serve to excite probe oscillations by generator 5 and register them with subsequent measurement of probe oscillatory characteristics by meter 6. Probe 2 is composed from a set of resonators 7 with co-ordinates of parameters, Connected among themselves by communication elements 8, and can be attributed to an intermediate class of oscillatory systems with concentrated-distribution parameters.

Существенной особенностью таких систем вл етс то, что в них может распростран тьс бегуща волна, причем скорость распространени такой волны может быть сделана на несколько пор дков ниже, чем у систем с распределенными параметрами; частота колебаний может быть значительно сййжена, размеры зонда при этом также намного меньше, чем у аналогичных систем с распределенными параметрами.An essential feature of such systems is that they can propagate a traveling wave, and the propagation velocity of such a wave can be made several orders of magnitude lower than that of systems with distributed parameters; the oscillation frequency can be significantly reduced, the probe size is also much smaller than that of similar systems with distributed parameters.

Дл обеспечени режима бегущих волн на конце зонда 2 установлен поглотитель 9 бегущих волн. Его устройство может быть различным, например, это может быть набор рёзЬт атороВ с различными резонансными частотами или набор одинаковых резонаторов , аналогичных резонаторам зонда, снабженных демпферами, причем демпфирование плавно нарастает от резонатора к резонатору; демпферы могут быть механическими или электромеханическими.To provide the traveling wave mode, an absorber 9 of traveling waves is installed at the end of probe 2. Its device can be different, for example, it can be a set of artifacts with different resonant frequencies or a set of identical resonators, similar to the resonators of the probe, equipped with dampers, and the damping gradually increases from the resonator to the resonator; dampers can be mechanical or electromechanical.

Генератор 5 возбуждает гармонические - или импульсные колебани (например, в виде радиоимпульса с гармоническим заполнением ) , которые возбуждающим преобразователем 3 преобразуютс в механические колебани левого первого резонатора 7 в наборе резонаторов, из которых составлен чувствительный зонд 2 вибрационного преобразовател в зкости. Колебани этого резонатора осуществл ютс с некоторым запаздыванием по фазе относительно фазы возбуждающей силы, созданной преобразователем 3. Это запаздывание зависит отThe generator 5 excites harmonic — or pulse oscillations (for example, in the form of a radio pulse with harmonic filling), which are converted by the exciting converter 3 into mechanical oscillations of the left first resonator 7 in the set of resonators from which the sensitive viscosity probe 2 is composed. Oscillations of this resonator are made with some delay in phase with respect to the phase of the exciting force created by the transducer 3. This delay depends on

частоты возбуждени и фазово-частотной характеристики резонатора, котора , в свою очередь, зависит от демпфирующего действи испытуемой в зкости жидкости. Колебани левого первого резонатора зонда из0 за наличи упругой св зи между резонаторами передаютс второму слева и последующим резонаторам с фазовым запаздыванием, которое зависит от коэффициента св зи резонаторов и от в зкого демпфировани . Таким образом, каждый последующий резонатор колеблетс по отношению к предыдущему с запаздыванием по времени, что эквивалентно распространению возбуждени вдоль зонда в виде бегущей волны. Скорость распространени этой волны, завис ща от фад зового запаздывани колебаний каждого Последующего резонатора относительно предыдущего , зависит от фазово-частотных характеристик резонаторов, от величины коэффициента св зи и в зкого демпфировани . excitation frequency and resonator phase-frequency response, which, in turn, depends on the damping effect of the fluid viscosity being tested. The oscillations of the left first resonator of the probe due to the presence of an elastic coupling between the resonators are transmitted to the second from the left and subsequent resonators with a phase delay, which depends on the coupling coefficient of the resonators and on viscous damping. Thus, each subsequent resonator oscillates with respect to the previous one with a time lag, which is equivalent to the propagation of the excitation along the probe in the form of a traveling wave. The speed of propagation of this wave, depending on the phase delay of oscillations of each Subsequent resonator relative to the previous one, depends on the phase-frequency characteristics of the resonators, on the magnitude of the coupling coefficient and on the viscous damping.

В вибрационном измерительном преобразователе в зкости фазовый сдвиг накапливаетс от резонатора к резонатору и измер етс посредством измерени скорости распространени волн в зонде. In a vibrational viscosity converter, the phase shift accumulates from the resonator to the resonator and is measured by measuring the wave propagation velocity in the probe.

Зонд устройства, показанного на фиг. 2, состоит из набора одинаковых крутильных Дисковых резонаторов-маховиков, изготовленных как одно целое с трубой, по которой транспортируетс испытуема жидkocть. Возбуждающий преобразователь 3, подключенный , к генератору 5 создает вращательные колебани первого левого диска вокруг оси трубы. Роль упругого подвеса резонатора играет сама труба, а ее участки между дисками 7 6Дновременно выполн ют роль элементов упругой св зи. Наличие упругой св зи между резонаторами приводит к тому, что второй резонатор также вовлекаетс в колебательное движение, но с некоторым временным запаздыванием относительноThe probe of the device shown in FIG. 2, consists of a set of identical torsional disk resonators-flywheels, made as one piece with the pipe through which the test fluid is transported. The excitation transducer 3 connected to the generator 5 creates rotational oscillations of the first left disk around the axis of the pipe. The role of the elastic suspension of the resonator is played by the pipe itself, and its sections between the disks 7 6 At the same time, they play the role of elastic coupling elements. The presence of elastic coupling between the resonators leads to the fact that the second resonator is also involved in the oscillatory motion, but with some time delay relative to

первого; то же самое происходит и с последующими резонаторами.first; the same thing happens with subsequent resonators.

Claims

As a result, a torsional wave propagates in the probe, which is received after running through the probe by the receiving transducer 4 and is fed to the meter 6. The velocity of its propagation in the probe is much lower than the velocity of propagation of the waves in the tube, which significantly reduces the size of the probe . To create a traveling wave mode in the probe, an absorber of traveling waves 9 is installed at its end, eliminating their reflection of the end of the probe. It can be an absorber of a mass-like mass or several similar disks between which the damping material is placed. Such a probe creates pure shear deformations in the test fluid, which improves the accuracy of shear viscosity measurements. The viscosity transducer probe shown in FIG. 3 consists of a set of flexural oscillating resonators 7 mounted on an elastic plate 10. Communication between the resonators can be carried out either through the elastic plate 10 or through the plate and additional elements 11. The end of the probe is provided with a slide 9, and the contact with the test liquid both the bottom side of the plate 10 and the entire surface of the resonator 7. These two methods of damping the probe with the test liquid have different sensitivities due to the different area of contact of the probe with the liquid. 1. Vibration viscosity measuring transducer comprising a housing in which a probe is mounted associated with an exciter and receiver electromechanical transducers respectively connected to the excitation generator and the oscillator characteristics meter of the probe, characterized in that accuracy of equilibrium viscosity measurements; the probe is made in the form of a set of identical resonators with lumped parameters, successively interconnected, ennogo at the end of the wave absorber. 2. A viscosity converter according to Claim 1, characterized in that the resonators are made in the form of discs rigidly mounted at a distance of the pipe at the same distance from each other, and this distance is less than the wavelength in the pipe. 3. A viscosity converter according to claim I, characterized in that the resonators are made in the form of rods rigidly mounted on an elastic plate, the fixing points of which are located on a straight line with distances smaller than the wavelength in the plate and equal to each other. Sources of information, taken into account in the examination 1. The author's certificate of the USSR № 320753, cl. G 01 N 11/16, M., 1971.

2. YASA, V. 24, p. 385, 1952 (prototype).

/ W

Fig.Z