УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОСТИ

Полезная модель относится к области измерительной техники, в частности, к пневматическим бесконтактным устройствам для измерения вязкости жидкостей, и может найти применение в различных отраслях промышленности, например, в химической, нефтехимической и т.д.
Известно устройство для измерения вязкости жидкости (Пат. 2172941 РФ, G01N 11/00. Устройство для измерения вязкости жидкости / М.М. Мордасов, А.В.Трофимов, С.А.Трофимов. – № 2000116376/28; заявл. 20.06.2000; опубл. 27.08.2001; бюл. № 24. – 6 с.), содержащее сопло, располагаемое во время измерения над поверхностью жидкости, преобразователь, блок управления, регулятор расхода газа, клапан, регистратор, элемент сравнения, чувствительный элемент, выполненный в виде трубки, расположенной перпендикулярно невозмущенной поверхности жидкости в плоскости сопла и содержащей перегородку, которая расположена по оси трубки перпендикулярно плоскости сопла и делит трубку на две равные части, каждая из которых соединена с соответствующим входом элемента сравнения, выход которого подключен к входу блока управления.
Недостатком рассмотренного устройства является низкая точность, что обусловлено погрешностью чувствительного элемента, и отсутствием контроля давления на выходе сопла и измерения расстояния от сопла и чувствительного элемента до поверхности жидкости.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения вязкости жидкостей (Пат. 2428674 РФ, G01N 11/00. Способ измерения вязкости жидкостей и устройство для его реализации / А. П. Савенков, М. М. Мордасов. – № 2010122127/28; заявл. 31.05.2010; опубл. 10.09.2011; бюл. № 25. – 7 с.), содержащее сопло, расположенное над поверхностью жидкости и подключенное через клапан к регулятору расхода, чувствительный элемент и блок управления, первый выход которого подключен к управляющему входу клапана, второй к входу цифрового табло, а третий к входу исполнительного механизма, выходной шток которого соединен с соплом и чувствительным элементом, выходы которого подключены к входам блока управления.
Недостатком рассмотренного устройства является низкая точность, что обусловлено влиянием изменения расстояния от сопла и чувствительного элемента до поверхности жидкости на результат измерения вязкости и отсутствием контроля давления на выходе сопла.
Технической задачей, на решение которой направленна заявленная полезная модель, является повышение точности измерений.
Решение поставленной задачи достигается за счет того, что устройство для измерения вязкости жидкостей, содержащее сопло, клапан, регулятор расхода, чувствительный элемент, блок управления, цифровое табло и исполнительный механизм, дополнительно снабжено преобразователем давления, вход которого подключен к выходу клапана, а выход – к одному из входов блока управления, чувствительный элемент выполнен в виде источника коллимированного излучения и дифференциального фотоприемника, распложенного в зоне действия излучения, отраженного от поверхности жидкости, выход которого подключен к другому входу блока управления.
Техническим результатом полезной модели является снижение погрешности измерений вязкости, за счет стабилизации расстояния от сопла до поверхности контролируемой жидкости и компенсации влияния давления на входе сопла на результаты измерений.
Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1, на которой представлена схема устройства для измерения вязкости жидкостей. На фиг. 2 представлена схема детектора расстояния до поверхности контролируемой жидкости.
Устройство для измерения вязкости содержит сопло 1 и детектор 2, установленные на кронштейне 3, соединяющемся со штоком исполнительного механизма 4, и расположенные над поверхностью контролируемой жидкости 5. Вход сопла 1 подключен к выходу регулятора расхода газа 6 через клапан 7. Выход клапана 7 также соединён с входом преобразователя давления 8, выход которого подключен к входу 9 блока управления 10. Выход детектора 2 соединён с входом 11 блока управления 10. Выход 12 блока управления 10 подключен к входу исполнительного механизма клапана 7, второй выход 13 – к входу цифрового табло 14, а выход 15 – к входу исполнительного механизма 4.
Устройство для измерения вязкости работает следующим образом. Управляющий блок 10 формирует сигнал, под действием которого исполнительный механизм 4 опускает детектор 2 и сопло 1. При достижении заданного расстояния до поверхности жидкости на выходе детектора 2 формируется сигнал, под действием которого блок 10 останавливает исполнительный механизм 4.
После установки сопла 1 и детектора 2 в заданное положение блок управления 10 формирует сигнал, под действием которого клапан 7 открывается и на выходе сопла 1 формируется струя газа. В момент времени t0 давление на входе сопла 1, измеряемое преобразователем давления 9, превышает заданное пороговое значение, и управляющий блок 10 начинает счет времени. Вытекающая из сопла 1 струя газа деформирует поверхность контролируемой жидкости 5, с образованием углубления. С течением времени форма углубления изменяется, а его объем растет. Скорость роста объема углубления зависит от вязкости жидкости и силы действия струи газа. В момент времени t1 при достижении углублением заданной формы волна, образованная на поверхности жидкости, отклоняет отраженный луч детектора 2, и на его выходе формируется соответствующий сигнал. Под действием этого сигнала, блок управления 10 завершает счет времени и формирует сигнал, под действием которого клапан 7 закрывается.  О вязкости жидкости судят по интервалу времени t1 – t0 деформирующего действия газовой струи.
При закрытом клапане происходит восстановление поверхности жидкости в месте контакта со струей газа. После восстановления поверхности жидкости процесс измерения вязкости повторяется заданное число раз, необходимое для проведения многократных измерений с целью исключения случайной составляющей погрешности.
При открытом клапане 7 на выходе преобразователя 8 формируется аналоговый сигнал, пропорциональный давлению P на входе в сопло 1. Измерение вязкости следует проводить при заданном давлении Р0. Блок управления рассчитывает среднее давление   за время действия газовой струи и вводит поправку в результат измерения. Если измеренное давление   больше Р0, то блок управления увеличивает результат измерения, в противном случае — уменьшает.
Детектор расстояния до поверхности контролируемой жидкости содержит источник коллимированного излучения 16, дифференциальный фотоприемник 17 и компаратор 18 (см. фиг. 2). Вход источника коллимированного излучения 16 подключен к выходу 19, а выход дифференциального фотоприемника 17 к входу компаратора 18. Выход 18 компаратора соединён с входом блока управления (см. фиг. 2).
Детектор 2 выполняет две функции: измерение расстояния до поверхности контролируемой жидкости и определение степени её деформации.
Во время уменьшения расстояния H до поверхности контролируемой жидкости отраженный от нее луч сначала падает на поверхность правой по схеме части фотоприемника 17. Заданное расстояние H0 до поверхности контролируемой жидкости определяется точкой перехода от правой к левой части фотоприемника 17. Для повышения точности в устройстве проводятся многократное определение расстояния H путем колебательных движений штока исполнительного механизма в окрестности точки H0 (см. фиг. 1.).
При измерении вязкости блок управления 10 посредством исполнительного механизма 4 (см. фиг. 1) устанавливает детектор 2 в положение, при котором отраженный луч падает на поверхность левой по схеме части фотоприемника 17 (см. фиг. 2). Заданная степень деформации поверхности контролируемой жидкости определяется моментом перехода точки падения отражённого луча с левой на правую часть поверхности фотоприемника 17.
М.М. Мордасов
А.П. Савенков
В.А. Сычев