SU742764A1

SU742764A1 - Ультраакустический вискозиметр

Info

Publication number: SU742764A1
Application number: SU782572441A
Authority: SU
Inventors: Валентин Георгиевич Парамонов; Евгений Петрович Тетерин; Нина Давидовна Чекунова
Original assignee: Всесоюзный заочный машиностроительный институт
Priority date: 1978-01-23
Filing date: 1978-01-23
Publication date: 1980-06-25

Description

Изобретение относится к области физико-химических измерений и может быть использовано в химической и других отраслях промышленности, где необходимо знание вязкости жидкостей 5 и смесей.

В физико-химических измерениях используются вискозиметры для жидких сред [1], состоящие из штатива и трубки, с помещенным в нее стальным Ю шариком, на трубке при помощи хомутов укреплены на определенном расстоянии друг от друга ультразвуковые датчики и регистрационной схемы. Определение вязкости основано на иэме- 15 рении скорости падения тарированного шарика в жидкости по времени падения на известном фиксированном расстоянии. Однако произвольный выбор фиксируемого расстояния без учета уско- 20 ренного падения шарика на начальном участке траектории и конечные размеры датчиков, регистрирующих начало и конец прохождения фиксированного пу~. ти, существенно снижают точность оп- 25 ределения вязкости.

Известно устройство измерения вязкости жидкостей [2], включающее измерительную камеру с Исследуемой жид- . костью, помещенный в нее поршень, пье-30 зопреобразователь, генератор высокой частоты, приемник, состоящий из усилителя и детектора, и частотомер.

Недостатком этого устройства является то, что необходимо отдельно измерять время падения поршня £ и отдельно подсчитывать число импульсов л, соответствующих максимумам стоячей волны ультразвукового сигнала, распространяющегося по траектории движения поршня, и вычислять по формуле скорость падения поршня

G-H

2f_o-C·’

Где G — скорость ультразвука; η — число импульсов;

f_Q — частота генератора непрерывных колебаний;

Т — время падения поршня, соответствующее числу импульсов л.,

В связи с этим возникают ошибки измерения за счет ускоренного падения поршня на начальном участке траектории, т. к. выбирают для измерения произвольный участок квазиравномерного падения поршня без всякого контроля, а также существенным недостатком является ограничение точности измерения. скорости падения за счет подсчета расстояний кратных λ/2 на один импульс .

С целью повышения точности, чувствительности, сокращения времени измерения за счет использования эффекта Доплера, в ультраакустический вискозиметр введены коммутатор, модулятор, смеситель, усилитель промежуточной частоты, фильтр доплеровских частот, усилитель низкой частоты, дифференцирующий блок, причем коммутатор подключен к пьезопреобраэователю, к модулятору, к генератору высокой частоты и к смесителю, соединенному двумя дополнительными входами с делителем частоты генератора высокой частоты и моду-. лятором, а выходом с усилителем промежуточной частоты, соединенным с детектором, который через фильтр доплеровских частот и усилитель низкой частоты соединен с частотомером, в'торой вход которого подключен к генератору высокой частоты, а выход к дифференцирующему блоку, соединенному своим выходом с запирающим входом усилителя промежуточной частоты.

На фиг. 1 изображена функциональная Схема ультраакустйческого вискозиметра; на фиг.2 - диаграмма его работы.

Ультраакустический вискозиметр имеет измерительную камеру 1 из немагнитного материала в форме цилиндра, измеряемую жидкость 2, падающий поршень 3, электромагнит 4, акустический пьезопреобразователь 5, соединенный с коммутатором 6, подключенным входом к высокостабильному генератору 7 непрерывных колебаний высокой частоты с частотой 7,5 мГц (с нестабильностью частоты не хуже 2 х х 10~⁷) ; управляемый вход коммутатора подключен к модулятору 8, а выход подсоединен к смесителю 9, имеющего два дополнительных входа, один из которых соединен с делителем частоты генератора высокой частоты 7, а другой вход соединен с модулятором 8, отпирающим смеситель 9 на время прихода отраженного импульса; выход смесителя 9 подключен к усилителю промежуточной частоты 10 с ограничителем амплитуды (на частоте f_np = 465 кГц с по . лосой, перекрывающий диапазон изменения частот Доплера), выход которого подключен к частотному детектору 11, соединенного с фильтром 12, накроенного на полосу ожидаемых часгот Доплера, соединенного с входом усилителя низкой частоты 13, выход которого соединен с одним из входов частотомера 14,’подключенному к дифференцирующему блоку 15, запирающему вход усилителя промежуточной частоты 10 на время ускоренного падения поршня, то есть при нестабильности частоты Доплера (не хуже γί-ΐΟ'¹).

Описываемое' устройство работает следующим образом.

Прямоугольные радиоимпульсы, формируемые в коммутаторе 6 прямоугольными видеоимпульсами модулятора 8 из непрерывных высокочастотных колебаний генератора высокой частоты 7, поступают на акустический пьезопреобразователь 5, преобразуются в акустические импульсы, распространяющиеся в измеряемой жидкости 2 до торцовой поверхности падающего поршня 3, отражающиеся от нее и вновь поступающие на акустический пьезопреобразователь 5, где преобразуются в электрические импульсы с частотой заполнения (f_o+ Fg), где f_o — несущая частота;

' Fg — частота Доплера, и подаются через коммутатор 6 на вход смесителя 9. На время формирования и излучения зондирующего импульса входы смесителя 9 заблокированы. Эти входы открываются стробирующим импульсом модулятора 8 на время прихода отраженного импульса. В смесителе 9 формируется сигнал промежуточной частоты (f_np + Fg) из заполнения отраженного импульса и опорного сигнала (f_o — f_np), снимаемого с делителя частоты генератора высокой час тоты 7, который усиливается и ограничивается усилителем промежуточной час тоты 10. Сформированный сигнал подается на частотный детектор 11, с которого снимается сигнал, изменяющийся с частотой Fg, проходящий через фильтр доплеровских частот 12, усиливается' усилителем низкой частоты 13 и поступает на один из входов частотомера 14. На второй вход частотомера 14 подается сигнал с частотой f_p.

Динамическая вязкость связана с · частотой Доплера следующим соотношением:

_ 2WP*) _т

Ί ' г* с ‘^АО с где к - коэффициент,, зависящий от геометрических размеров камеры и поршня;

р_п — плотность поршня;

р — плотность измеряемой жидкости ;

G — скорость ультразвука в измеряемой жидкости.

Частотомер измеряет отношение частот I²·; частота f_o постоянная, поэтому при известном масштабном коэффициенте А_о показания частотомера непосредственно отградуированы в единицах вязкости, чем достигается сокращение времени измерения. Повышение точности достигается измерением отношения частот с точностью - - 5 · 10'⁴ частотомером 43-35. Ошибки измерения, связанные с неравномерностью падения поршня, исключаются применением дифференцирующего блока, включающего усилитель промежуточной частоты при 3-х стабильных показаниях отношения час742764 тот в 3-х первых разрядах, т. е.

С ТОЧНОСТЬЮ « 10^

Claims

Изобретение относитс к области физико-химических измерений и может быть использовано в химической и других отрасл х промышленности, где необходимо знание в зкости жидкостей и смесей. В физико-химических измерени х ис пользуютс вискозиметры дл жидких сред 1, состо щие из штатива и трубки, с помещенным в нее стальным шариком, на трубке при помощи хомутов укреплены на определенном рассто нии друг от друга ультразвуковые датчики и регистрационной схемы. Определение в зкости основано на измерении скорости падени тарированного шарика в жидкости по времени падени на известном фиксированном рассто нии . Однако произвольный выбор фиксируемого рассто ни без учета ускоренного падени шарика на начальном участке траектории и конечные размеры датчиков, регистрирующих начало и конец прохоз1щени фиксированного пути , существенно снижают точность определени в зкости. Известно устройство измерени в з кости жидкостей 2, включающее измерительную камеру с исследуемой жид костью, помещенный в нее поршень, пь зопреобразователь, генератор высокой частоты, приемник, состо щий из усилител и детектора, и частотомер. Недостатком этого устройства вл етс то, что необходимо отдельно измер ть врем падени поршн f и отдельно подсчитывать число импульсов п, соответствующих максимумам сто чей волны ультразвукового сигнала, распростран ющегос по траектории движени поршн , и вычисл ть по формуле скорость падени поршн ( где G - скорость ультразвука; п - число импульсов; f - частота генератора непрерывных колебаний; Т - врем падени поршн , соответствующее числу импульсов п., В св зи с этим возникают ошибки измерени за счет ускоренного падени поршн на начальном участке траектории , т. к. выбирают длч измерени произвольный участок квазиравномерного падени поршн без вс кого контрол , а также сутцественным недостатком вл етс ограничение точности измере ни , скорости падени за счет подсчет рассто ний кратных Л/2 на один импульс . С целью повЕлшени точности, чувствительности , сокращени времени измерени за счет использовани эффекта Доплера, в ультраакустический вискозиметр введены ком.1утатор, модул тор смеситель, усилитель промежуточной частоты, фильтр доплеровских частот, усилитель низкой частоты, дифференци рующий блок, причем коммутатор подклю чен к пьезопреобразователю, к модул тору , к генератору высокой частоты и к смесителю, соединенному двум допол нительными входами с делителем частоты генератора высокой частоты и модул тором , а выходом с усилителем промежуточной частоты, соединенным с детектором , который через фильтр допперовских частот и усилитель низкой частоты соединен с частотомером, второй вход которого подключен к генератору высокой частоты, а выход к дифференцирующему блоку, соединенному своим выходом с запирающим входом усилител промежуточной частоты. Па фиг. 1 изображена функциональна Схема ультраакустического вискозиметра; на фиг.2 - диаграмма его рабо ты. Ультраакустический вискозиметр имеет измерительную камеру 1 из немагнитного материала в форме цилиндра , измер емую жидкость 2, падающий поршень 3, электромагнит 4, акустический пьезопреобразователь 5, соединенный с коммутатором б, подключенным входом к высокостабильному генератору 7 непрерывных колебаний высокой частоты с частотой 7,5 мГц (с нестабильностью частоты не хуже 2 х X 10) ; управл емый вход коммутатора подключен к модул тору 8, а выход подсоединен к смесителю 9, иметацёго два дополнительных входа, один из которых соединен с делителем частоты гене затора высокой частоты 7, а другой аход соединен с модул тором 8, от пиранвдим смеситель 9 на врем прихода отраженного импульса; выход смесител 9 подключен к усилителю промежуточ ной частоты 10 с ограничителем амплитуды (на частоте ff,p 465 кГц с по , лосой, перекрывакнций диапазон из1 нени частот Доплера) , вы:.од которого подключен к частотному детектору 11, соединенного с фильтром 12, на;троенного на полосу ожидаемых часгот Доплера, соединенного с входом /силител низкой частоты 13, выход которого соединен с одним из входов частотомера 14,подключенному к дифференцируквдему блоку 15, запирающему вхо;; усилител промежуточной частоты 10 на врем ускоренного падени поршн , то есть при нестабштьности частоты Доплера (не хуже -p2;.0-i), Описываемое устройство работает следующим образом. Пр моугольные радиоимпульсы, формируемые в коммутаторе б пр моугольными видеоимпульсами модул тора 8 из непрерывных высокочастотных колебаний генератора высокой частоты 7, поступают на акустический пьезопреобразователь 5, преобразуютс в акустические импульсы, распростран ющиес в измер емой жидкости 2 до торцовой поверхности падающего поршн 3, отражакщиес от нее и вновь поступающие на акустический пьезопреобразователь . 5, где преобразуютс в электрические импульсы с частотой заполнени (fo+ FQ), где fo - несуща частота; Fg - частота Доплера, и подаютс через коммутатор 6 на вход смесител 9. На врем формировани и излучени зондирующего импульса входы смесител 9 заблокированы . Эти входы открываютс стробирующим импульсом модул тора 8 на врем прихода отраженного импульса. В смесителе 9 формируетс сигнал промежуточной частоты (fjip + Fg) из заполнени отраженного импульса и опорного сигнала (f - fпр снимаемого с делител частоты генератора высокой час тоты 7, который усиливаетс и ограничиваетс усилителем промежуточной час тоты 10. Сформированный сигнал подаетс на частотный детектор 11, с которого снимаетс сигнал, измен ющийс с частотой Fg, проход щий через фильтр доплеровских частот 12, усиливаетс усилителем низкой частоты 13 и поступает на один из входов частотомера 14. На второй вход частотомера 14 подаетс сигнал с частотой fp. Динамическа в зкость св зана с частотой Доплера следующим соотношением: 2U(.Pn-p о . П- G РЭ где k - коэффициент,, завис щий от геометрических размеров камеры и поршн ; р - плотность поршн ; р - плотность измер емой жидкосG - скорость ультразвука в измер емой жидкости. Частотомер измер ет отношение частот частота fj., посто нна , поэтому при известном масштабном коэффициенте АО показани частотомера непосредственно отградуированы в единицах в зкости, чем достигаетс сокращение времени измерени . Повышение точности достигаетс измерением отношени частот с точностью - 5 10 частотомером 43-35, Ошибки измерени , св занные с неравномерностью падени поршн , исключаютс применением дифференцируквдего блока, включающегю усилитель промежуточной частоты при 3-х стабильных показани х отношени час-|| в 3-х riepBbix разр дах, т. чностью f- 10 . с точностью о Формула изобретени Ультраакустический вискозиметр, содержащий измерительную камеру с исследуемой жидкостью, помещенный в нее поршень, пьезопреобразователь, генератор высокой частоты, приемник состо щий из усилител и детектора, частотомер, отличающийс тем, что, с целью повышени точност и чувствительности, в него дополнительно введены коммутатор, модул то смеситель, фильтр допплеровских час тот, усилитель низкой частоты, дифференцирующий блок, причем коммутатор своими входами подключен к пьезопреобразователю , модул тору и генератору высокой частоты, а своим выходом - к смесителю, соединенному двум своими входами с делителем частоты генератора высокой частоты

- и модул тором, а выходом - с усилителем промежуточной частоты, соединенным своим выходом с частотным деттектором , который через последовательно соединенные фильтр допплеровских частот и усилитель низкой частоты соединен с частотомером, второй вход которого подключен к генератору высокой частоты, а выход - к дифференцирующему блоку, соединенному своим выходом с запирак цим входом усилител промежуточной частоты. t Источники информации, при11 тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 362229, кл. G 01 N 11/10, 1973.
2.Сб. Ультразвукова техника , вып. 4, стать Б. А. Белинского , С. А. Ходжаева, Е. В. Ергонуло. Метоика измерени сдвиговой вйзкости и скорости ультразвука в жидкост х по счету импульсов. НИИМАШ, 1965 (прототип ) .

Ипвр i