Устройство для определения поверхностного натяжения жидкостей

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских.

Социалистических

Республик (iii935751 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 050980 (21) 2980654/18-25 с присоединением заявки .% (23)приоритет

Опубликовано 15.06.82. Бюллетень JA 22

Дата опубликования описания 15 . 06 . 82 (5I )M. Кл.

G 01 N 13/02 .

Гююударютеекый кюиитет юю делам хзююретенкй и юткрыткй (53) УДК 543.542 (088. 8) M.M.Ìîðäàñîâ, В.И.Бодров, В.П.Астахов и М.М.Храмцова

1;: (72) Авторы изобретения

Тамбовский институт химического ма (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПР ЕДЕ,ЧЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО

НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к приборам для автоматического бесконтактного измерения поверхностного натяжения жидкостей, и может найти применение в химической, пищевой и других отраслях промышленности.

Известно устройство для измерения поверхностного натяжения по максимальному давлению пузырька газа, выходящего из калиброванного отверстия, о представляющее собой пневйатическую мостовую схему, в противоположные плечи которой включены капилляр и барботажная трубка, установленные на одном уровне в контролируемой жидкости 11).

Недостатком такого устройства является наличие контакта с контролируемой средой, что делает "Йевозмож20 ным измерение поверхностного натяжения вязких жидкостей.

Наиболее близким к изобретению является устройство для определения

2 поверхностного натяжения жидкостей, содержащее струйную трубку, расходомер, блок фиксации момента перехода поверхности жидкости из устойчивого состояния в неустойчивое, содержащий струйный элемент "трубка-трубка",усилитель и дроссель, при этом струйная трубка расположена в центральной плоскости, перпендикулярной к оси элемента "трубка-трубка" (2).

Однако выходной сигнал такого устройства представлен в аналоговой форме, что понижает точность измерений при передаче показаний на расстояние, Цель изобретения " повышение точности определения и получение информации в частотно-импульсной форме.

Для достижения поставленной цели в устройстве, содержащем струйную трубку, расходомер и блок фиксации момента перехода поверхности жидкости из устойчивого состояния в неустойчивое, содержащий струйный элемент "трубкатрубка", усилитель и дроссель, блок

3 93575 фиксации момента перехода поверхности жидкости. из устойчивого состояния в неустойчивое содержит инерционное звено, управляемое сопротивление, пневмореле, пятимембранный пневматический сумматор, пульсирующее сопротивление, две пневмоемкости, задатчик начального давления и частотомер, при этом выход усилителя через инерционное звено соединен со входом уп- 10 равляемого сопротивления, установленного в цепи отрицательной обратной связи пневмореле, включенного по схеме отрицания, к выходу управляемого сопротивления подключена первая пнев- 1 моемкость, а выход пневмореле соединен- с частотомером и с камерой уп-равления пульсирующего сопротивления, вход которого соединен с выходом пятимембранного пневматического сумма- 20 тора, положительные камеры которого соединены соответственно с задатчиком начального давления и с выходом пульсирующего сопротивления, к которому через вторую пневмоемкость, 25 дроссель и расходомер подключен вход струйного элемента.

На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство.

Сжатый воздух подается на вход трубки 1 струйного элемента "трубкатрубка". Выход трубки 2 этого же элемента подключен через постоянный дроссель 3 в камеру 4 усилителя 5, а камера 6 соединена с задатчиком 7.

Выход усилителя 5 через инерционное звено (дроссель 8 и пневмоемкость 9) соединен с камерой 10 управляемого сопротивления 11, установленного в линии отрицательной Обратной связи трехмембранного пневмореле 12, включенного по схеме отрицаниИ, при этом выход реле 12 включен в сопло управляемого сопротивления 11, расположенного в камере 13. Камера 13 соединена 5 с пневматической емкостью 14 и камерой 15 пневмореле -12. Выход реле 12 подключен через усилитель мощности

16 к частотомеру (на чертеже не показан) и к камере 17 управления пульсирующего сопротивления 18. Камеры 19 и 20 пульсирующего сопротивле ния 18 подключены к выходу пятимембранного пневматического сумматора 21, включенного посредством подачи выход- N ного давления в отрицательную камеру

22 по схеме повторителя давления. По" ложительные камеры 23 и 24 сумматора

1 4

21 подключены соответственно к задатчику 25 и к выходу в камеру 26 пульсирующего сопротивления 18. Выход пульсирующего сопротивления 18 соединен с пневмоемкостью 27 и через дроссель 28 и расходомер 29 подключен ко входу струйной трубки 30. В камеры 31 и 32 подано давление подпора. Камера 33 соединена с пневмоемкостью 34 и имеет упругие сопла 35 и 36

Принцип действия устройства осно,ван на зависимости скорости газовой струи, при которой происходит переход от устойчивого режима взаимодействия к неустойчивому, от коэффициента поверхностного натяжения жидкости.

Струя газа, вытекая из трубки струйного элемента "трубка-трубка", попадает на вход трубки 2, откуда ,через дроссель 3 поступает в камеру

4 усилителя 5, в камеру 6 которого подано давление задания с задатчика 7.

Пока поверхность контролируемой жидкости устойчива и неподвержена периодическим колебаниям, давление Р,1 в камере 4 усилителя 5 6ольше давления

Pg в камере 6 этого же усилителя.

При этом давление на выходе усилителя

5 Pq = 1. Происходит заполнение емкости 9 через дроссель 8 сжатым воздухом. Давление в. емкости 9 изменяется и может быть определено из уравнения

°,=Р, где Т1 — постоянная времени инерционного звена (дроссель 8, емкость 9); время;

P9. — давление в емкости 9.

С ростом давления Р, в емкости 9 растет давление. В камере 10 управляемого этим давлением дросселя ll c ростом давления Pg. уменьшается сопротивление дросселя 11. В камеру 31 реле 12 подается давление подпора, а камера 15 соединена с апериодическим звеном (емкость 14 и управляемый дроссель 11), давление на вход которого поступает с выхода реле 12. В камере 15 в процессе ее заполнения сжатым воздухом давление изменяется от значения Р,„ до Р, которые называются давлениями срабатывания. В начальный момент времени под действием подпора в камере 31 подвижный мембранный блок реле опускается вниз и открывает верхнее сопло, через которое воздух

5 9357 питания поступает на вход генератора, где сигнал становится равным. единице. Этот сигнал поступает на вход апериодического звена, поэтому в емкости 14, а следовательно, и в камере 15 реле 12 давление начинает возрастать по экспоненте от Р до

P . Скорость роста давления в камере 1.5 зависит от проводимости управляемого сопротивления 11, т.е.. от !О постоянной времени Т апериодического звена (емкость 14, сопротивление 11) ; определяемого из уравнения

Т = —, и

R-gP 1S где V 4 - объем емкости 14;

R - газовая постоянная;

9 - абсолютная температура; проводимость управляемого сопротивления 11. 20

Длительность С единичного импуль1 са на выходе генератора определяется уравнением

2S где P - давление на входе апериодического звена.

Когда давление в камере 15 станет равным Р, мембранный блок поднимает- ЗЕ ся и закрывает сопло питания. На выходе генератора сигнал становится равным нулю, т.е. Р := О. При этом через сопротивление 11 йачинают опорожняться камеры 15 и емкость 14. Давление з в емкости 14 уменьшается по экспонен" те от Р- до Р

Длительность импульса t, в течение которого Р „ = О, определяется из уравнения

40 t =-. ТГр - - .

2 Ра

В момент времени, когда Р = Р, мембранный блок реле 12 переместится вниз и на выходе генератора вновь появится сигнал, равный единице.

Частота колебаний на вйходе генератора изменяется с изменением сопротивления 11 и определяется из уравнения

t + С, При Pg1,y =-= О мембранный блок пульсирующего пневматического сопротивления 18 под действием подпора, поданSS ного в камеру 17, находится в нижнем положении, при этом емкость 34 соединяется через открытое упругое сопло

35, камеру 20 с выходом сумматора 21.

51 6

На выходе сумматора 21 при этом будет давление

Pg5 + Рйт где P> - давление, устанавливаемое задатчиком 25.

Р „ - давление в емкости 27 на выходе пульсирующего сопротивления.

Таким образом, при Р „="0" емкость

34 соединена через сопло 35 с выходом сумматора 21, имеющим абсолютное давление Р2,1, и в соответствии с законом состояния газа количество газа Q „ находящегося в емкости 34, определяется выражением

И М о RO.

При Р -.- 1 емкость 34 разобщается с выходом сумматора 21 и окаэыаается соединенной через открытое свело 36 . с емкостью 27 с абсолютным давлением

Р21 °

Количество газа О 1, находящегося в емкости 34 при Р т, равно

Рут V = R В к как Pqq -- P<< + P q obg *

V — — V — — д (Р „Р ) — тг P — сопят.

Последнее уравнение показывает, что количество газа эа время одного переключения передается с выхода сум матора 21 на вход пульсирующего сопротивления 18 и является постоянной величиной.

Пульсации давления, возникающие на выходе пульсирующего сопротивления

18, перед поступлением на вход струйной трубки 30 сглаживаются емкостью

27 и дросселем 28.

Расход газа С через дроссель 28

Р3о) где < - проводимость дросселя 28;

Р— давление на входе струйной трубки 30;

P > - давление в емкости 27.

Рост давления в емкости 27 определяется разностью расходов через пульсирующее сопротивление „ и через дроссель 28 С .

В установившемся режиме, когда

С. = С, С, = ы и P>>=const, Ра е Vå4 пульсирующее сопротивление 18 работает с частотой

МЕР— v ) 2.5 определяющей расход газа G, подаваемого на вход струйной трубки 30

935751

Формула изобретения

35 и вызывающего автоколебания в жидкости при ее взаимодействии с газовой струей.

На сопротивлении 28 поддерживается перепад давления 5 д Р ФБ /34 д Re значение которого определяет расход газа через сопротивление 28.

При малом сопротивлении струйной 10 трубки 30 Р = Р, поэтому расход газа при P = const определяется давлением ™»

Ру Vqy

У Rg. 15

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить точность измерений и надежность при контроле пожаро- и взрывоопасных сред, а также получить информацию о контролируемом 20 . параметре в частотно-импульсной форме.

Кроме этого, устройство имеет потенциальный и токовый выходы, на которых информация о контролируемой величинепредставляется соответственно в виде 25 расхода газа и давления на выходе пульсирующего сопротивления. При необходимости о контролируемой величине можно судить по показаниям расходомера 29 или по показаниям манометра щ (на чертеже не показан), измеряющего давление в емкости 27.

Устройство для определения поверхНостного натяжения жидкостей, содержащее струйную форму, расходомер и блок фиксации момента перехода поверх о ности жидкости из устойчивого состояния в неустойчивое, содержащий струйный элемент "трубка-трубка", усилитель и дроссель, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности определения и получения информации в частотно-импульсной форме, лок фиксации момента перехода тюверхности жидкости из устойчивого состояния в неустойчивое содержит инерционное звено, управляемое сопротивление, пневмореле, пятимембранный пневматический сумматор, пульсирующее сопротивление, две пневмоемкости, 3адатчик начального давления и частотомер, при этом выход усилителя через инерционное звено соединен со входом управляемого сопротивления, установленного в цепи отрицательной обратной связи пневмореле, включенного по схеме отрицания, к выходу управляемого сопротивления подключена первая пневмоемкость, а выход пневмореле соединен с частотомером и с камерой управления пульсирующего сопротивления, вход которого соединен с выходом пятимембранного пневматического сумматора, положительные кАмеры которого соединены соответственно с задатчиком начального давления и с выходом пульсирующего сопротивления, к которому через вторую пневмоемкость, дроссель и расходомер подключен вход струйного элемента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Ю 265551, кл. G 01 N 13/02, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке У 2831299/18-28, кл. G 01 N 13/02, 1979, (прототип).

935751

Составитель С ° Беловодченко

Редактор М.Петрова Техред А. Бабинец

Корректор М.Демчик

Заказ 4196/42 Тираж 887

ВНИИПИ. Государственного комитета СССР. по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4