Автоматический капиллярный вискозиметр
AUTOMATIC CAPILLARY VISCOMETER

Изобретение относится к области автоматического контроля показателей качества жидких сред, а именно к контролю вязкости нефтяных масел.
Известен капиллярный вискозиметр жидких сред (Измерения в промышленности. Справ. Изд. Под ред. П. Профос. Пер. с нем., М.: Металлургия, 1900. С. 398. рис. 3.7-38), в котором измерение кинематической вязкости жидкости осуществляется при истечении ее из емкости, в которой установлен капилляр, под действием силы тяжести. Значение кинематической вязкости определяется по высоте уровня жидкости в емкости, в который, в свою очередь, уровень измеряется методом продувки газа через слой анализируемой жидкости, находящийся в емкости.
Недостатком такого вискозиметра является сложность и громоздкость конструкции, возможность испарения анализируемой жидкости и ограниченные информационные возможности, определяемые тем, что вискозиметр позволяет получать информацию только о кинематической вязкости жидкости.
Наиболее близким по технической сущности является автоматический капиллярный вискозиметр (Фарзане Н.Г., Илясов Л.В, Азим-заде А.Ю. Технологические измерения и приборы. М.: Высшая школа, (с. 283-284, рис 10.5), содержащий шестеренчатый насос с приводом, последовательно включенные и размещенные в термостате змеевик, трубопровод, на котором установлен капилляр, и датчик разности давлений, входы которого подключены к трубопроводу до и после капилляра по потоку жидкости.
В этом вискозиметре анализируемая жидкость с постоянным объемным расходом прокачивается через змеевик и капилляр. С помощью датчика разности давлений измеряется разность давлений, возникающая на концах капилляра. Выходной электрический сигнал от датчика разности давлений поступает на вторичный прибор. Для стабилизации режима работы вискозиметра змеевик, служащий для нагревания анализируемой жидкости, и капилляр размещаются в термостате.
Недостатком такого вискозиметра являются узкие информационные возможности, определяемые тем, что вискозиметр способен измерять только динамическую вязкость жидкостей.
Проблемой изобретения является создание капиллярного вискозиметра, способного измерять как динамическую, так и кинематическую вязкость, а также плотность жидкостей.
Технический результат - расширение информационных возможностей вискозиметров и, в частности, получения возможности формирования измерительной информации о плотности и кинематической вязкости анализируемой жидкости.
Технический результат достигается тем, что автоматический капиллярный вискозиметр жидкостей, содержащий шестеренчатый насос с приводом, последовательно включенные и размещенные в термостате змеевик и трубопровод, на котором установлен капилляр, и датчик разности давлений, входы которого подключены к трубопроводу до и после капилляра по потоку жидкости. Согласно изобретению, дополнительно содержит диафрагму, установленную на трубопроводе по потоку жидкости за капилляром, и дополнительный датчик разности давлений, входы которого подключены к трубопроводу до и после диафрагмы по потоку жидкости, при этом выход датчика разности давлений служит для подключения к входу «делимое» вычислительного устройства, а выход дополнительного датчика разности давлений служит для подключения к входу «делитель» вычислительного устройства.
Такая конструкция вискозиметра обеспечивает возможность дополнительного измерения плотности анализируемой жидкости путем измерения при постоянном объемном расходе разности давлений на диафрагме, что обеспечивает с помощью делительного вычислительного устройства по сигналам датчиков разности давлений на капилляре и диафрагме получения информацию о кинематической вязкости жидкости.
Автоматический капиллярный вискозиметр жидкостей имеет отличия в совокупности элементов и их расположения.
Схема автоматического капиллярного вискозиметра жидкостей показана на фиг 1.
Автоматический капиллярный вискозиметр жидкостей, содержащий шестеренчатый насос 1 с приводом 2, последовательно включенные и размещенные в термостате 3 змеевик 4, трубопровод 5, на котором установлен капилляр 6, и датчик разности давлений 7, входы которого подключены к трубопроводу до и после капилляра по потоку жидкости. Вискозиметр дополнительно содержит диафрагму 8, установленную на трубопроводе по потоку жидкости за капилляром, и дополнительный датчик разности давлений 9, входы которого подключены к трубопроводу до и после диафрагмы по потоку жидкости, при этом выход датчика разности давлений служит для его подключения к входу «делимое» 10 вычислительного устройства 11, а выход дополнительного датчика разности давлений служит для его подключения к входу «делитель» 12 вычислительного устройства 11.
Для измерения и регистрации всех сигналов служит безбумажный самописец или компьютер.
Автоматический капиллярный вискозиметр работает следующим образом. С помощью шестеренчатого насоса 1, приводимого в движение приводом 2 (синхронным двигателем), через последовательно включенные и размещенные в термостате 3, змеевик 4, служащий для нагревания анализируемой жидкости до заданной температуры (обычно 50°С), трубопровод 5, на котором установлен капилляр 6 и диафрагма 8, с постоянным объемным расходом прокачивается анализируемая жидкость.
1
2
На капилляре 6 и диафрагме 8 непрерывно измеряются разности давлений с помощью датчиков разности давлений 7 и 9. Эти датчики при постоянном объемном расходе анализируемой жидкости формируют на выходе электрические сигналы U и U, которые описываются выражениями:
где K - коэффициент преобразования датчиков разности давления (принят одинаковым для обоих датчиков);
l - длина капилляра;
d - диаметр капилляра;
Q - объемный расход анализируемый жидкости через капилляр и диафрагму
η - динамическая вязкость анализируемой жидкости;
α - коэффициент расхода диафрагмы;
S - площадь поперечного сечения отверстия диафрагмы;
ρ - плотность анализируемой жидкости;
η
K - коэффициент преобразования по динамической вязкости датчика разности давлений на капилляре;
ρ
K - коэффициент преобразования по плотности датчика разности давлений на диафрагме.
Сигнал от датчика разности давлений на капилляре поступает на вход «делимое» 10, а сигнал датчика разности давлений на диафрагме поступает на вход «делитель» 12 вычислительного устройства 11. При этом на выходе вычислительного устройства 11 формируется сигнал, который описывается выражением:
где Kv - коэффициент преобразования по кинематической вязкости автоматического вискозиметра;
v - кинематическая вязкость анализируемой жидкости.
Сигналы датчиков разности давления на капилляре и на диафрагме, а также сигнал вычислительного устройства 11 выводится на регистрирующий прибор (например, безбумажный самописец) или компьютер 13.
Таким образом, предлагаемый автоматический вискозиметр позволяет получить информацию о динамической и кинетической вязкости, а также плотности анализируемой жидкости.
Преимуществом предлагаемого технического решения являются:
- широкие информационные возможности;
- однородность средств измерений, используемых для получения измерительной информации о динамической и кинематической вязкости, а также о плотности жидкой среды.
Автоматический вискозиметр может быть реализован на базе средств промышленной измерительной технике.
Автоматический вискозиметр жидкостей может найти применение в нефтеперерабатывающей промышленности для контроля характеристик нефтяных масел.