SU735968A1

SU735968A1 - Liquid viscosity measuring device

Info

Publication number: SU735968A1
Application number: SU772546072A
Authority: SU
Inventors: Петр Семенович Дикий; Константин Тимофеевич Ляхонов; Михаил Павлович Фуражировский
Original assignee: Ростовское Высшее Военное Командное Училище Им. М.И.Неделина
Priority date: 1977-11-18
Filing date: 1977-11-18
Publication date: 1980-05-25

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ(54) DEVICE FOR MEASURING THE VISCOSITY OF LIQUID

1one

Изобретение относитс к устройств ам дл исследовани физических свойств . веществ, в том числе и дл измерени в зкости жидкости.The invention relates to devices for the study of physical properties. substances, including the measurement of fluid viscosity.

Известно устройство дл измерени в зкости жидкости Ш .A device for measuring the viscosity of a liquid is known.

Определение в зкости капилл рньп вискозиметром основано на законе Пуазейл и состоит в измерении времени протекани известного количества жидкости через узкие трубки круглого сечени при заданном перепаде давлени .The viscosity determination of capillaries with a viscometer is based on the Poiseyl law and consists of measuring the flow time of a known amount of liquid through narrow circular tubes at a given pressure drop.

Однако турбулентность потока в капилл$фах обуславливает существенные погрешности в измерени х.However, the flow turbulence in the capillaries causes significant errors in the measurements.

В ротационных вискозиметрах. исследуема жидкость находитс .в зазоре между двум соосными телами, одно из которых вращаетс , а другоенеподвижно. В зкость определ етс по крут щему моменту при заданной угловой скорости или по угловой скорости вращающегос тела при заданном крут щем моменте f2J .In rotational viscometers. the test fluid is in the gap between two coaxial bodies, one of which is rotating and the other is non-moving. Viscosity is determined by the torque at a given angular velocity or the angular velocity of the rotating body at a given torque f2J.

Однако при измерении в зкости данным диспрЕВШетром разрушаетс структура исследуемой жидкости за счет чего точность измеретшй находитс в пределах 3-5%.However, when measuring the viscosity with this dispatch meter, the structure of the liquid under investigation is destroyed, and the accuracy of the measured is within 3-5%.

Действие вискозиметров с движущимс в исследуемой среде щариком, как наиболее соверщенных, основано на законе Стокса. В зкость определ етс по скорости прохождени падающим или The action of viscometers with the most advanced moving ball in the medium under study is based on Stokes law. Viscosity is determined by the velocity of the incident or

10 всплывающим щариком промежутков между метками на трубке вискозиметра. Это устройство используетс пртГконструировании и производстве, например, вискозиметра Гепплера, а также измерител 10 balloon spacing between the marks on the viscometer tube. This device is used in the design and manufacture of, for example, the Geppler viscometer, as well as

15 в зкости 3J.15 viscosity 3J.

Однако из-за соприкосновени щарика . к стенке трубки при его движении неизбежны существенньге погрещности в из мерешда в зкости, достигающей 1-3%.However, due to the contact of the ball. in case of movement to the wall of the tube, substantial faults in the viscosity reaching 1-3% are inevitable.

Наиболее близким техническим рещением к изобретению вл етс устройство дл определени в зкости жидкостей, в котором в зкость исследуемой жидкости 73 определ етс временем интегрировани угповой скорости движени гирокамеры, помещенной в поворотный корпус с исследуемой жидкостью и двих.тцейс под действием гироскопичного момента и сил в эКвРО трени на фиксированный угол 4 Однако данное устройство гдевоэможно использовать дл посто нного контрол в зкости нсидкости в замкнутых тех нологических процессах. Целью изобретени вл етс повышение точности иалерени в зкости жидкости в услови х непрерывного потока в широком диапазоне. Это достигаетс тем, что предлагаемое устройство снабжено системой компенсации момента в зкого трени , выполненной в виде датчика угла, выход которого соединен через усилитель с датчиком моментов, и регистрирующего устройства , включенного последовательно с обмоткой управлени датчика моментов. На фиг. 1 представлена кинематическа схема устройства дл измерени в зкости жидкости на фиг. 2 системы координат, св занные с корпусом (,) и с гиромотором (oxyz ), установленном в кардановом подвесе в виде поплавк ТгТредлагаемое устройство дл измерени ъ зкостт состоит из корпуса 1, выполненного в виде полого цилиндра и установленного вертикально, поплавка 2, который с помощью цапф и подшипников установлен в корпусе. Поплавок имеет возможность вращатьс в корпусе относительно оси 3-3.. В погазсти, образованной поплавком 2 и внутренней поверхностью корпуса 1, помоцаетс исследуе ма жидкость 4. В поплавок 2 установлен гкромотор 5 центр т жести которого смещен относительно оси подвеса 6-6 на некоторое рассто ние Е (см. фиг.2), но находитс на продольной оси 3-3 корпуса 1. Главна ось Z гиромотора 5 перпендикуЛ5фна к оси подвеса 6-6 и продольной оси 3-3. На оси 6-6 установлен датчик угла 7, выход которого св зан электрически со входом усилител 8. Выход уси лител 8 соединен с управл ющей обмоткой двигател 9, в цепи которой последовательно включен регистрирующий прибор 10. Двигатель 9 через редуктор 11 имеет механическую св зь с осью 3-3 поплавка. Датчик угла 7, усиливатель 8 и двигатель 9 с редуктором 11 образуют зам кнутую систему, обеспечивающую компен 84 сацию момента в зкого трени путем поддержани перпенднкул5фности главной оси Z гиромотора 5 к продольной оси 3-3 при вращательном движении поплавка 2с гиромотором 5 в исследуемой жидкости-. Двигатель 9 и редуктор 11 вл5потс датчиком моментов относительно вертикальной оси 3-3. Внутри корпуса 1 установлен датчик температуры 12. Корпус 1 имеет вводной и выводной штуцеры дл подвода и вывода из полости исследуемой жидкости. Устройство дл определени в зкости жидкости работает следующим образом. В полость между поплавком 2 и внутренней поверхностью корпуса 1 через вводной щтуцер подводитс исследуема жидкость. Корпус 1 устройства устанавливаетс так, чтобы продольна ось 3-3 совпадала с местной вертикалью L. (см. фиг.2). На гиромоТор 5, датчик моментов 9, усиливатель 8 к датчик угла 7 подае1х: питание. Ротор гиромотора 5, свойства которого определ ютс величиной кинетического момента И , набирает номинальное число оборотов . С датчика угла 7 снимаетс сигнал, который через усилитель 8 поступает на датчик моментов 9. Под воздействием этого момента главна ось гиромотора 5 устанавливаетс перпендикул рно к продольной оси 3-3 ( ). Так как центр масс гиромотора 5 смещен относительно оси 6-6 подвеса на рассто ние f , то сила т жести создает момент М. относительно оси 6-6, определ емый выражением M,meg-,Г1) Под воздействием момента М в соответствии с правилом прецессии гиромотор 5 вместе с поплавком 2, выполн ющим роль внешней рамки, начнет прецессировать относительно оси 3-3 с прсто гшой угловой скоростью c , определ емой выражением Р--(2) Поскольку поплавок 2 вращаетс в исследуемой жидкости, то возникает момент сил в зкого трени относительно оси 3-3, раБ11ый М ,(3) где - удельный коэффициент в зкости. Под действием момента М гиромотор 5 начнет прецессировать относительно оси 6-6 суглсрой скоростью (4) С течением времени угол р увелнчи (ваетс , за счет чего увеличиваетс иThe closest technical solution to the invention is a device for determining the viscosity of liquids, in which the viscosity of the liquid under study 73 is determined by the integration time of the gyrocamera velocity of the gyrocamera placed in the rotary body with the liquid under investigation and under the influence of gyroscopic moment and forces in EC friction at a fixed angle 4 However, this device can be used for a constant control of viscosity in closed technological processes. The aim of the invention is to improve the accuracy and viscosity of a fluid viscosity under continuous flow conditions in a wide range. This is achieved by the fact that the proposed device is equipped with a system for compensating the moment of a viscous friction, made in the form of an angle sensor, the output of which is connected through an amplifier with a torque sensor, and a recording device connected in series with the control winding of the torque sensor. FIG. 1 is a kinematic diagram of the device for measuring the viscosity of a fluid in FIG. 2 coordinate systems associated with a housing (,) and a gyromotor (oxyz) installed in a gimbal in the form of a float Tg The proposed device for measuring the zkostt consists of a housing 1, made in the form of a hollow cylinder and installed vertically, a float 2, which using trunnions and bearings installed in the housing. The float has the ability to rotate in the body relative to the axis 3-3 .. In the outcrop formed by the float 2 and the inner surface of the body 1, the liquid 4 is assisted. The float 2 is equipped with a motor 5 whose center of gravity is offset from the suspension axis 6-6 by some distance E (see Fig. 2), but on the longitudinal axis 3-3 of housing 1. The main axis Z of the gyromotor 5 is perpendicular to the axis of suspension 6-6 and the longitudinal axis 3-3. Axis 6-6 has an angle sensor 7, the output of which is electrically connected to the input of amplifier 8. The output of the amplifier 8 is connected to the control winding of the engine 9, in the circuit of which the registering device 10 is connected in series. The engine 9 has a mechanical connection through the gearbox 11 with a 3-3 axis float. Angle sensor 7, amplifier 8 and engine 9 with gearbox 11 form a closed system that compensates for the moment of viscous friction by maintaining the main axis Z of the gyromotor 5 perpendicular to the longitudinal axis 3-3 during rotational movement of the float 2 with the gyromotor 5 in the liquid under study. . Engine 9 and gearbox 11 vl5pots torque sensor about a vertical axis 3-3. A temperature sensor 12 is installed inside the housing 1. The housing 1 has inlet and outlet nozzles for supplying and withdrawing liquid from the cavity. A device for determining the viscosity of a fluid works as follows. The liquid under study is introduced into the cavity between the float 2 and the inner surface of the housing 1 through the introductory fitting. The housing 1 of the device is installed so that the longitudinal axis 3-3 coincides with the local vertical L. (see Fig. 2). On gyromoTor 5, the sensor of moments 9, the amplifier 8 to the angle sensor 7 podvex: power. The rotor of the gyromotor 5, whose properties are determined by the magnitude of the kinetic moment I, takes on the nominal speed. From the angle sensor 7, a signal is taken, which is fed through the amplifier 8 to the torque sensor 9. Under the influence of this moment, the main axis of the gyromotor 5 is set perpendicular to the longitudinal axis 3-3 (). Since the center of mass of the gyromotor 5 is displaced relative to the axis 6-6 of the suspension by the distance f, the force of gravity creates moment M. relative to axis 6-6, defined by the expression M, meg-, G1) Under the influence of the moment M in accordance with the rule the precession of the gyromotor 5 together with the float 2 playing the role of the outer frame will begin to precess relative to axis 3-3 with a simple angular velocity c defined by the expression P - (2) As the float 2 rotates in the liquid under study, a moment of force arises in friction with respect to the axis 3-3, working M, (3) where is the specific viscosity coefficient. Under the action of the moment M, the gyromotor 5 will begin to precess relative to axis 6-6 with a sugral speed (4) Over time, the angle p increases (this increases, and therefore

напр жение, снимаемое с датчика угла 7 и подаваемое через усилитель 8 на датчик моментов 9. Последний прикладывает момент Nrt.M относительно оси 3-3, противоположный направлению момента М сил в зкого трени the voltage taken from the angle sensor 7 and fed through the amplifier 8 to the torque sensor 9. The latter applies the torque Nrt.M about the axis 3-3, opposite to the direction of the moment M of viscous friction force

9М- г(5) 9M-g (5)

где KQ, - передаточный коэффициент датчика моментов 9.where KQ, is the transfer coefficient of the torque sensor 9.

В установившемс движении М(,, Тогда с учетом вьфажение (З), (4) и (5) имеемц ,In the established motion of M (,, Then, taking into account the damping (З), (4) and (5), we have

M--i-L(6)M - i-L (6)

Учитыва , что имеет из(6Taking into account that has from (6

.(7). (7)

НКамгде с - - масштабный коэффициентNKamgde with - - scale factor

о устройства.about the device.

Из вьфажени (7) следует;, что удельный коэффициент в зкого трени , а следовательно , и в зкость жидкости, пропорциональна току i , протекающему в обмотке управлени датчика момён,тов 9. Велйгчина тока измер етс с помощью регистрирующего прибора Ю, проградуированного в единицах в зкости.Vfazheny (7) follows;, that the specific coefficient of viscous friction, and hence the viscosity of the fluid, is proportional to the current i flowing in the control winding of the torque sensor, com. 9. The current voltage is measured using a recording device, Yu, calibrated in units viscosity

Следует подчеркнуть, что момент Мам на вращение гиромотора 5 относительно оси 3-3 практически не оказывает вли ни . Врем переходных процессов в системе компенсации момента в зкого трени составл ет тыс чные доли секунды. Соответствующим выбором параметровIt should be emphasized that the moment Moms practically does not affect the rotation of the gyromotor 5 relative to the axis 3-3. The transient time in the system for compensating the moment of viscous friction is thousand fractions of a second. An appropriate choice of parameters

данной системы обеспечиваетс достаточно малое значение угла р в установившемс режиме.This system provides a sufficiently small value of the angle p in the steady state.

Claims

1. USSR author's certificate number 446429, cl. G 01 N 11/08, 1973.

five

2. Belkin IM and. Rotational devices. M., 1968, fig. 17 days

3. Japanese Patent No. 47-12833, cl. 111DO, 1972.

4.Avtor certificate of the USSR

0 No. 535481, cl. 601N 11/14, 1975 (prototype).