SU894475A1

SU894475A1 - Viscometer

Info

Publication number: SU894475A1
Application number: SU802923086A
Authority: SU
Inventors: Виктор Николаевич Прилепский; Юрий Васильевич Самаркин; Михаил Анатольевич Соловьев; Сергей Иванович Шевчишин
Original assignee: Киевский Институт Автоматики Им. 25 Съезда Кпсс
Priority date: 1980-05-12
Filing date: 1980-05-12
Publication date: 1981-12-30

Description

Изобретение относитс к приборостроению и может найти применение в химической и р де других отраслей промьпштенности. Известен шариковый вискозиметр, содержащий шарик, подвешенный на ни ти к плечу стрелки, и рабочую емкос заполненную измер емой жидкостью.Пр работе вискозиметра затвором освобождаетс шарик и погружаетс в измер емую жидкость, а на ленте самописца фиксируютс в виде всплесков моменты освобождени шарика и погружени его в жидкость на длину . По рассто нию межд всплесками на диаграмме расчетньтм путем определ ют динамическую в зкость, а шарик извлекаетс из жидкости при помощи нити П . Недостатком этого устройства, в|Л етс узка область применени , обусловленна тем, что оно не может быть применено дл aвтoмatичecкого измерени вследствие наличи ручных операций по освобождению шарика , извлечению его из жидкости- и расчету в зкости по рассто нию между всплесками на диаграмме. . Известен также шариковый вискозиметр , содержащий сосуд с измер емой жидкостью, устройство дл выпуска шариков и датчики положени шариков в трубке, св занные с измерителем времени. При подаче команды один из шариков выпускаетс в контролируеMyt жидкость. При прохождении шариком зоны датчика верхнего положени , последний включает через вспомогателЬ1Ше устройства измеритель времени , который отключаетс датчиком нижнбйго положени при прохождении шарика через зону его срабатывани . О величине в зкости (дингилической) измер емой жидкости суд т по времени прохождени рассто ни между датчиками положени 12. Недостатком и такого устройства вл етс то, что конструкци не позвол ет производить автоматическое измерение в зкости в потоке жидкости вследствие ограниченного количества шариков, которые после измерени необходимо вручную извлекать из трубки . Управление устройством и смена жидкости также производитс вручную. Это не позвол ет использовать вискозиметр в системах автоматического регулировани и определ ет узкую область его применени . Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому вл етс вискозиметр содержащий сосуд, всплывающий чувствительный элемент, размещенный в сосуде, линии подачи и слива жидкое ти из сосуда, в которых установлены управл емые запорные клапаны, датчиКй верхнего и нижнего уровней жид- . кости в сосуде, датчики верхнего положени всплывающего чувствительного элемента, устройство удерживани всплывающего чувствительного элемен та в нижнем положении и управл ющее устройство,входы которого сое-, динены с датчиками верхнего и нижнего уровней жидкости и датчиком верхнего положени всплывающего чувствительного элемента, а выходы с управл емыми запорными клапанами и устройством удерживани всплывающего чувствительного элемента в нижнем положении tSJ. Однако так как выталкивающа ; сила, действующа на шарик при его всплытии, пропорциональна плотности измер емой жидкости, врем всплыти шарика обратно пропорционально плот нести,т,а.вискозиметр измер ет кинем тическую в зкость, равную динамичес кой в зкости, деленной на плотность Невозможность исключить вли ние пло ности на результаты измерени не по вол ет измер ть динамическую в зкос чаще используемую при управлении те нологическими процессами, и определ ет узкую область применени устройстйа . Цель изобретени - повышение точ . ности измерени кинематической и динамической в зкости путем исключени вли ни плотности жидкости на показани вискозиметра. Указанна цель достигаетс тем, что в вискозиметр, содержащий сосуд всплывающий чувствительный элемент, размещенный в сосуде, линии подачи и слива жидкости из сосуда в которы установлены управл емые запорные кл паны, датчики верхнего и нижнего уровней жидкости в сосуде, датчик верхнего положени всплывающего чувствительного элемента, устройство удерживани вплывающего чувствительного элемента в нижнем положении и управл ющее устройство, входы которого соединены с датчиками верх него и нижнего уровней жидкости и датчиком верхнего положени всплывающего чувствительного элемента, а выходы - с управл емыми запорными клапанами и .устройством удерживани всплывающего чувствительного элемен та в нижнем положении дополнительно введены пьезометрическа трубка, установленна в сосуде и соединенна с блоком питани воздухом, повторитель , вход которого соединен с пьезометрической трубкой и блоком питани воздухом, п тимембранный элемент сравнени / один вход которого соединен через перекидные контакты тумблера с выходом повторител и задатчиком давлени , второй вход - с линией питани и входом перемейного дроссел , а третий вход - с выходом переменного дроссел и двум крайними камерами, пневмоемкость, Соединенную с соплом п тимембранного элемента сравнени , мембранный клапан , вход которогЬ соединен с соплом п тимембранного элемента сравнени , а выход - с атмосферой, электропневмопреобразователь , вход которого соединен с выходом управл ющего устройства , а выход - с управл ющей камерой мембранного клапана, и устройство считывани , включающее повторитель , вход которого соединен с пневмоемкостью , и схему задержки на такт/ причем управл ющие входы устройства считывани соединены с выходом электропневмопреобраэовател . Такое конструктивное выполнение |Вискозиметра позвол ет расширить об|ласть его применени , так как введение в устройство пьезометрической трубки, повторител , элемента сравнени , пневмоемкости ламинарного дроссел тумблера и задатчика позвол ет при определенном положении тумблера измен ть в зависимости от плотности жидкости скорость нарастани давлени в пневмоемкости. При этом исключаетс вли ние плотности на показани вискозиметра, определ емые , :величиной давлени в пневмоемкости в моменты достижени шариком верхнего положени , т.е. осуществл етс измерение динамической в зкости. При втором положении тумблера показани вискозиметра завис т от плотности и измер етс кинeмaтичecka в зкость. Таким образом, вискозиметр может измер ть как кинематическую, так и динамическую в зкость, что расшир ет область его применени . На чертеже представлена схема вискозиметра . Устройство содержит сосуд 1, в который помещен всплывающий шарик 2, управл ющее устройство 3, входы которого соединены с датчиками нижнего 4 и верхнего 5 уровней жидкости в сосуде 1 и датчиком 6 верхнего положени чувствительного элемента (шарика ) , а выходы - с клапаном 7 впурка жидкости, расположенным на линии подачи жидкости в сосуд 1, клапаном 8 выпуска жидкости, расположенным на линии слива, и с установленным в нижней части сосуда 1 устройством 9 удержани шарика в нижнем положении, пьезометрическую трубку 10, погруженную на определенную глубину в сосуд 1, соединенную с блоком 11 питани и входом повторител 12, элемент : сравнени , один вход которого соединен через перекидные контакты тумблера 14 с выходом повторител 1 и задатчиком 15, второй вход - со входом переменного дроссел 16, тре тий вход - с выходом дроссел 16 и крайними камерами, а сопло - с пнев моемкостью 17, входом клапана 18. Устройство 19 считывани содержит повторитель 20, вход которого соединен с пневмоемкостью 17, а выход через нормально открытый клапан 21 со входом повторител 22. Выход пов торител 22 св зан через нормально закрытый клапан 23 со входом повтор тел 24, выходной сигнал которого л етс выходным сигналом вискозимет ра. Управл ющие камеры клапанов 18, 21 и 23 соединены через электропнев мопреобразователь 25 с выходом упра л ющего устройства 3.. Вискозиметр работает следующим образом. При отсутствии в трубке 10 измер емой жидкости срабатывает датчик 4 нижнего уровн жидкости, который через управл ющее устройство 3 зак;рывает клапан 8 выпуска жидкости, Открывает клапан 7 впуска жидкости и включает электромагнит 9, удерживающий шарик 2 в нижнем положении, и жидкость начинает поступать в сосуд 1. При достижении верхнего уров н жидкости срабатывает датчик 5 верхнего уровн и управл ющее устро ство 3 закрывает клапан 7 впуска жи кости, .отключает электромагнит. 9,за рывает пневмоклапан 18 и открывает клапан 21, шарик 2 начинает всплывать под действием выталкивающей силы жидкости, а в пьезометрической трубке 10 устанавливаетс давление пропорциональное плотности жидкости. При этом в случае измерени динамической в зкости (тумблер 14 в положении А) давление в пьезометрической трубке 10 отслеживаетс повторителем 12 и через тумблер. 14 подаетс на вход элемента 13 сравне ни ,. Причем мембранный блок элемен та 13 сравнени устанавливаетс в такое положение, при котрром перепад давлени на дросселе 15 будет равен давлению в пьезометрической трубке 10, т.е. пропорционален плот ности измер емой жидкости. Пневмоем кость 17 начинает заполн тьс через переменный дроссель 16 и сопло элемента 13 сравнени со скоростью про порциональной перепаду на дросселе 16, равному давлению в пьезометрической трубке 10, а Следовательно, пропорциональной плотности жидкости Давление в пневмоемкости 17 повтор емс Повторителем 20 устройства 19 считывани и через открытый клапам 21 поступает на вход повторител 22. При достижении шариком 2 верх него положени чувствительного элемента , который через управл ющее устройство 3 открывает клапан 8 выпуска жидкости, закрывает клапан 21 и открывает клапаны 18 и 23. При этом в глухой камере повторител 22 запоминаетс давление, равное давлению в пневмоемкости в момент срабатывани датчика 6, которое через открывшийс клапан 23 и повторитель 24 поступает на выход вискозиметра. Движущей силой , действующей на шарик во врем всплыти , вл етс выталкивающа сила, котора может быть определена по уравнению А6 Ml. .Ч,(1) где Ущ- объем шарика; 9 - плотность жидкости; .- ускорение свободного падени . Противодействующа сила сопротивлени FJ, определ етс по формуле Сток6JR f/i, где R - радиус шарика; S - перемещение шарика (рассто ние между нижним и верхним положением шарика) t - врем перемещени шарика, т.е. врем его всплыти ; динамическа в зкость. Согласно принципу Даламбера FC. реша совместно уравнени (1) (3), получаем выражени дл времени сплыти шарика - где коэффициент пропорциональности V-а кинематическа в зость . Величина сигнала вискозиметра PftiJlx. равна давлению в пневмоемкости Ру в момент времени t, т.е. в момент остижени шариком верхнего положени и в момент считывани , опреел етс по уравнению . ; (3 I PV V t где G - расход воздуха через ламинарный дроссель; V - объем пневмоемкости; t - врем всплыти шарика. Расход воздуха через линей{|ый ламинарный дроссель определ етс по уравнению G Кд ДР,(6) где К - коэффициент пропорциональности , определ емый параметрами дроссел ; йР - перепад давлени на дросселе. Перепад на дросселе равен давлению в пьезометрической трубке, т.е. йР HJ д,(7) где Н - глубина погружени трубки в жидкосТ / f - плотность жидкости.This invention relates to instrumentation engineering and may find application in the chemical and a number of other industrial sectors. A ball viscometer containing a ball suspended on top of an arrow and a working container filled with a measuring liquid is known. When the viscometer is operated with a shutter, the ball is released and immersed in the measured liquid, and on the tape of the recorder, the moments of ball release and immersion are recorded in the form of bursts into liquid at length. By the distance between the bursts in the diagram, the dynamic viscosity is determined by the calculated path, and the ball is removed from the liquid by means of the filament P. A disadvantage of this device is that it has a narrow scope because it cannot be used for automatic measurement due to manual operations to release the ball, remove it from the liquid and calculate the viscosity over the distance between the bursts in the diagram. . Also known is a ball viscometer comprising a vessel with a measured liquid, a device for discharging balls and sensors for positioning balls in a tube associated with a time meter. When giving a command, one of the balls is released in a controlled Myt liquid. When the ball passes through the zone of the upper position sensor, the latter switches the time meter through the auxiliary device, which is turned off by the bottom position sensor when the ball passes through the zone of its operation. The viscosity (dinghylic) of the measured liquid is judged by the time it takes for the distance between position sensors 12. The disadvantage of such a device is that the design does not allow automatic measurement of viscosity in the fluid flow due to the limited number of balls that measurements must be manually removed from the tube. The device is controlled and the fluid is changed manually. This prevents the use of a viscometer in automatic control systems and determines the narrow scope of its application. The closest in technical essence and the achieved result to the proposed is a viscometer containing a vessel, a pop-up sensitive element placed in the vessel, supply and discharge lines of liquid from the vessel, in which controlled shut-off valves, sensors of the upper and lower levels of liquid are installed. the bones in the vessel, the sensors of the upper position of the pop-up sensing element, the device for holding the pop-up sensitive element in the lower position and the control device, whose inputs are connected to the upper and lower liquid level sensors and the sensor of the upper position of the pop-up sensing element, and shut off valves and a device for holding the pop-up sensing element in the lower position tSJ. However, since ejector; the force acting on the ball as it ascends is proportional to the density of the liquid being measured, the time the ball ascends is inversely proportional to the density, t, and the viscometer measures the kinematic viscosity equal to the dynamic viscosity divided by the density. Impossibility to exclude the effect of space The measurement results are not able to measure the dynamic velocity more often used in the control of technological processes, and determines the narrow field of application of the device. The purpose of the invention is to increase the points. kinematic and dynamic viscosity measurements by eliminating the effect of fluid density on the viscometer readings. This goal is achieved by the fact that in a viscometer containing a vessel a pop-up sensing element placed in a vessel, supply and discharge lines of liquid from the vessel into which controlled shut-off valves are installed, sensors of the upper and lower liquid levels in the vessel, the sensor of the upper position of the pop-up sensitive element , a device for holding the inlet sensing element in the lower position and a control device, the inputs of which are connected to the sensors of the upper and lower levels of the liquid and the upper sensor the pop-up sensing element and the outlets with controlled shut-off valves and the device for holding the pop-up sensing element in the lower position were additionally inserted a piezometric tube installed in the vessel and connected to the power supply unit, a repeater, the input of which is connected to the piezometric tube and the power supply unit by air, a five-membrane comparison element / one input of which is connected via flip-off contacts of a toggle switch with an output of a repeater and a pressure setting device, the second input is with the power line and the inlet of the crossover throttles, and the third inlet with the outlet of the alternating throttle and two extreme chambers, the air capacity connected to the nozzle of the five membrane element of the comparison, the diaphragm valve that is connected to the nozzle of the five membrane-like element of the comparison, and the output to the atmosphere, an electropneumatic transducer, the input of which is connected to the output of the control device, and the output - to the control chamber of the diaphragm valve, and a reader device including a repeater, the input of which is connected to the pneumatic capacity, and a delay circuit / clock, the control inputs of the reader being connected to the output of the electropneumatic transducer. Such a constructive implementation of the | Viscometer allows to expand the area of its application, since the introduction of a piezometric tube, repeater, reference element, pneumoluminal capacity of the laminar throttle switch and adjuster allows, at a certain position of the toggle switch, depending on the density of the liquid, the pressure build-up rate pneumatic holding capacity. This eliminates the effect of density on the viscometer readings, determined by: the pressure value in the pneumatic capacity at the moments when the ball reaches the upper position, i.e. dynamic viscosity measurement is carried out. At the second position of the toggle switch, the viscometer readings depend on the density and the kinematic viscosity is measured. Thus, a viscometer can measure both kinematic and dynamic viscosity, which expands its scope. The drawing shows a diagram of the viscometer. The device contains a vessel 1 in which a pop-up ball 2 is placed, a control device 3, the inputs of which are connected to the sensors of the lower 4 and upper 5 levels of fluid in the vessel 1 and the sensor 6 of the upper position of the sensing element (ball), and the outlets with the valve 7 inlet fluid located on the line of fluid supply to the vessel 1, valve 8, the release of liquid located on the discharge line, and with the device 9 holding the ball in the lower position installed in the lower part of the vessel 1, piezometric tube 10 immersed on a certain head Bina into vessel 1 connected to power supply unit 11 and repeater 12 input, element: comparison, one input of which is connected via toggle contacts of the toggle switch 14 to repeater 1 output and setting device 15, second input to alternating throttle input 16, third input from Drossel 16 output and extreme chambers, and the nozzle - with pneumatic washing 17, valve 18 inlet. Reader 19 contains a repeater 20, the inlet of which is connected to the air capacity 17, and output through a normally open valve 21 to the repeater 22 input. got through ok the closed valve 23 with the input of the repeat of the bodies 24, the output of which is the output of the viscometer. The control chambers of the valves 18, 21 and 23 are connected through an electropneumatically driven transducer 25 to the output of the control device 3. The viscometer operates as follows. In the absence of the measured liquid in the tube 10, the sensor 4 of the lower liquid level is triggered, which through the control device 3 closes the fluid discharge valve 8, opens the fluid inlet valve 7 and turns on the electromagnet 9, holding the ball 2 in the lower position, and the liquid begins to flow into the vessel 1. When the upper level of the liquid is reached, the sensor 5 of the upper level is activated and the control device 3 closes the valve 7 of the inlet of the bone, turns off the electromagnet. 9, the pneumatic valve 18 is dug and opens the valve 21, the ball 2 begins to float under the action of the buoyancy of the fluid, and in the piezometric tube 10 a pressure is established proportional to the density of the fluid. In this case, in the case of measuring the dynamic viscosity (toggle switch 14 in position A), the pressure in the piezometric tube 10 is monitored by the repeater 12 and through the toggle switch. 14 is applied to the input of element 13 as compared to,. Moreover, the membrane unit of the comparison element 13 is placed in such a position, with which the pressure drop across the throttle 15 will be equal to the pressure in the piezometric tube 10, i.e. proportional to the density of the measured liquid. The pneumatic bone 17 begins to fill through the variable choke 16 and the nozzle of the comparison element 13 with a speed proportional to the differential across the choke 16, equal to the pressure in the piezometric tube 10, and therefore proportional to the density of the liquid. The pressure in the pneumatic capacitance 17 is repeated by the reader and through open valve 21 enters the input of the repeater 22. When the ball 2 reaches the top position of the sensing element, which through the control device 3 opens the valve 8 to release the liquid, it closes The valve 21 and opens the valves 18 and 23. At the same time, in the deaf chamber of the repeater 22, a pressure is remembered equal to the pressure in the pneumatic capacity at the moment the sensor 6 triggers, which through the opened valve 23 and the repeater 24 enters the viscometer output. The driving force acting on the ball during the ascent is the buoyancy force, which can be determined by the equation A6 Ml. .Ч, (1) where Usch- ball volume; 9 - density of the liquid; .- acceleration of free fall. The opposing resistance force FJ, is determined by the formula Stok6JR f / i, where R is the radius of the ball; S is the movement of the ball (the distance between the lower and the upper position of the ball) t is the time of movement of the ball, i.e. time to ascend it; dynamic viscosity. According to the principle of dalamber FC. solving together Eq. (1) (3), we obtain expressions for the time of the ball's splitting — where the coefficient of proportionality, V, is kinematic viscosity. Signal value of the PftiJlx viscometer. equal to the pressure in the pneumatic intensity of Ru at time t, i.e. at the moment when the ball is in the upper position and at the moment of reading, it is determined by the equation. ; (3 I PV V t where G is the air flow through the laminar choke; V is the volume of the pneumatic capacitance; t is the time of the balloon to ascend. The air flow through the line {| laminar laminar choke is determined by the equation G cd DD, (6) where K is the coefficient proportionality determined by the parameters of the throttles; df is the pressure drop across the throttle.The differential across the throttle is equal to the pressure in the piezometric tube, i.e. HHj, (7) where H is the depth of the tube in fluid T / f is the density of the fluid.

После подстановки (4), (6), (7) (5) получаемAfter substitution (4), (6), (7) (5) we get

р eJRSHKA ,t .,p eJRSHKA, t.,

(8)(eight)

PBMX.V %PBMX.V%

г Ц)g C)

где К - коэффициент пропорциональности .where K is the proportionality coefficient.

Из выражени (8) следует, что величина выходного сигнала не зависит от плотности жидкости и пропорциональна динамической в зкости.From expression (8) it follows that the magnitude of the output signal does not depend on the density of the liquid and is proportional to the dynamic viscosity.

При необходимости измерени кинематической в зкости необходимо пере- тслцчать тумблер 14 в положение Б.При этом на вход элемента 13 сравнени через тумблер 14 поступает посто нное давление от задатчика 15, на дросселе 16 устанавливаетс перепад, равный давлению во врем всплыти шарика 2, давление Р в пневмоемкости 17 нарастает с посто нной, не завис щей от плотности, скоростью, а в момент достижени шариком верхнего порожени оно, а следовательно, и выходной сигнал Pgj,, пропорционально времени всплыти шарика t (согласно 5), а следовательно, и кинематической в зкости/и (согласно 4).If it is necessary to measure the kinematic viscosity, it is necessary to forward the toggle switch 14 to B. At the same time, constant pressure from the setter 15 is applied to the input of the comparison element 13 through the toggle switch 14, a pressure equal to the pressure during the ascent of the ball 2, pressure P is established at the throttle 16 in pneumatic intensity 17, it increases with a constant, independent of density, velocity, and at the time the ball reaches the upper threshold, and consequently, the output signal Pgj, is proportional to the time of the balloon t ascent (according to 5), and therefore to inemic viscosity / (according to 4).

Таким образом, предлагаемое устройство имеет более широкую область применени , так как позвол ет измер ть не только кинематическую, но иThus, the proposed device has a wider field of application, as it allows to measure not only kinematic, but also

динамическую в зкость, в то врем как известный вискозиметр позвол ет измер ть только кинематическую в зкость . Предлагаемый вискозиметр можно использовать в производстве хлора и каустика по ртутному методу дл измерени в зкости серной кислоты , циркулирующей в сушильных колоннах .dynamic viscosity, while the known viscometer only measures kinematic viscosity. The proposed viscometer can be used in the production of chlorine and caustic using a mercury method for measuring the viscosity of sulfuric acid circulating in drying columns.

Claims

Invention Formula

A viscometer containing a vessel, a pop-up sensing element placed in the vessel, supply and discharge lines of liquid from the vessel, in which controlled shut-off valves, sensors of the upper and lower liquid levels in the vessel, a sensor of the upper position, a pop-up sensitive element, a device for holding the sensing sensor the body element in the lower position and the control device, the inputs of which are connected to the sensors of the upper and lower levels of the liquid and the sensor of the upper position and outputs with controlled shut-off valves and a device for holding the pop-up sensing element in the lower position, in order to improve the accuracy of kinematic and dynamic viscosity measurements by eliminating the influence of fluid density on the viscometer , a piezometric tube installed in the vessel and connected to the air supply unit is additionally introduced into it, a repeater, the inlet of which is connected to the piezometric tube and air supply unit, five An embossed comparison element, one input of which is connected. through the toggle contacts of the toggle switch with the repeater output and the pressure setting device, the second input with the power line and the input of the alternating throttle, and the third input with the output of the alternating throttle and two extreme chambers, pneumoactivity connected to the nozzle of the five membrane element, matching, diaphragm valve, input which is connected to the nozzle of a five-membrane comparison element, and the output is to the atmosphere, an electropneumatic transducer, the input of which is connected to the output of the control device, and the output to the control chamber of the membrane valve on, and the read device comprising a follower having an input connected to pneumosizes and delay circuit per cycle, with control guides

0 inputs of the reader are connected to the output of an electropneumatic transducer.

Sources of information 5 taken into account in the examination

, 1. USSR author's certificate No. 579564, cl. G 01 N 11/10, 1977.

2. USSR author's certificate No. 362229, cl. G 01 N 11/10, 1969. 0

3. USSR author's certificate No. 669269, cl. G 01 N 11/10, 1975 (prototype).

AJ