Вибрационные вискозиметры

Реферат

Данная работа является продолжением темы «Разработка микровибрационного метода и оптоэлектронных технических средств оперативного исследования межмолекулярных взаимодействий в многокомпонентных жидких средах» выполненной в 2008 – 2010 годах в УФ ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, а так же темы «Разработка автоматизированной измерительной системы контроля термостимулированных процессов в жидкостях с использованием многоканального волоконно-оптического датчика», выполненной в 2012 году.

В ходе предыдущих исследований разработаны оригинальные методы и технические средства оперативного определения энергии межмолекулярного взаимодействия в жидкости и интенсивности структурообразования в ней в зависимости от температуры, основанные на прецизионном измерении и компьютерной обработке вязкостных, оптических и теплофизических характеристик исследуемых жидкостей [1-3]. Оригинальность и приоритетность предложенных физических моделей и технических решений подтверждается полученными патентами и публикациями в рецензируемых изданиях [4-6].

Полученные научные результаты позволили разработать новые оперативные способы определения работоспособности моторных масел [7], низкотемпературных свойств дизельных топлив [8], содержание восков в растительных маслах [9].

Эти достижения говорят об актуальности работ в данном направлении. Особый интерес для физики жидкостей представляют процессы межмолекулярного взаимодействия в жидких средах. Интегральными информативными показателями интенсивности этого взаимодействия являются текущие сдвиговая вязкость и оптическое пропускание жидкостей. При термосканировании жидкостей, как нами было показано ранее, динамика взаимодействия изменяется за время от десятка миллисекунд до десятков секунд [10].

Разработанные методы и средства не имеют отечественных и зарубежных аналогов, но допускают дальнейшее совершенствование функциональных и технических характеристик. В частности, целесообразным является повышение чувствительности и точности вибрационного датчика вязкости, обеспечение возможности динамического определения средних геометрических размеров образующихся нано- и микроструктур, расширение перечня исследуемых жидкостей. В существующих вибровискозиметрических системах используются зонды (чувствительные элементы), механически соединенные через шток с колебательной системой достаточно большой массы [11].

Подобное решение теоретически существенно ограничивает чувствительность и точность вибровискозиметрического датчика при использовании сферических зондов малого диаметра. Техническая реализация вибровискозиметрического датчика, при которой инерционная масса колебательной системы максимально сосредоточена в пределах чувствительного элемента, требует решения ряда научных и технических задач, но представляется возможной. Успешное решение данной задачи позволит не только точно определять текущую динамическую вязкость жидкости в зависимости от температуры, но и отслеживать текущие изменения плотности и температуропроводности жидкости, а в перспективе  и изменения её теплоемкости и теплопроводности. Предполагается уменьшить массу чувствительного элемента колебательной системы с 2 грамм до 30 миллиграмм, что должно повлечь соответствующее увеличение чувствительности вибровискозиметрического датчика. В ходе исследований предполагается разработка и реализация процедуры компенсации ухода исходных параметров колебательной системы, погруженной в жидкость с изменяемой температурой. Для оптически прозрачных исследуемых жидкостей планируется реализация оптического метода непрерывной регистрации наноструктурных объектов размерами 50300 нанометров, образующихся в процессе термосканирования пробы жидкости.

10 стр., 4636 слов

Датчики, используемые в современном автомобиле

... Датчики информируют о состоянии внешней среды путем взаимодействия с ней и преобразования реакции на это взаимодействие ... время различные датчики широко используются при построении систем автоматизированного управления. Датчики являются элементом технических систем, предназначенных ... расходы жидкостей и газов, скорость вращения и т.п. датчик автомобиль парктроник сигнализация На датчик могут ...

1 Теоретический анализ возможностей повышения чувствительности

вибровискозиметрического датчика с миниатюрным сферическим зондом Для исследования характера и динамики межмолекулярных взаимодействий с помощью вибровискозиметра необходимо обеспечить оперативность и локальность измерения репрезентативных параметров жидкости (вязкость, оптическое пропускание, температура) с максимальной чувствительностью в одной изотермической зоне в условиях термосканирования пробы. Авторами ранее [1] был разработан и реализован вибровискозиметрический датчик в значительной степени удовлетворяющий данные требования. Конструкция датчика представлена на рисунке 1. Он состоит из металлического внутреннего корпуса 1, в котором смонтированы возбудитель 2 колебаний механической колебательной системы и индуктивный датчик 3 текущего пространственного положения колебательной системы. С якорем 4 колебательной системы соединен капилляр 5 из стекла или керамики, который служит проводником механического воздействия от якоря к шарику-зонду 6, погружаемому в исследуемую жидкость и жестко закрепленному на конце указанного капилляра. Металлические проводники термопары, встроенной в зонд, пропущены через капилляр и выведены за

7 4

3

2

7

6

1  металлический корпуса; 2  возбудитель; 3  индуктивный датчик;

4  якорь колебательной системы; 5  стеклянный (керамический) капилляр;

6  шарик-зонд; 7  струны; 8  нагревательный элемент;

9  плата предварительного усиления сигналов.

Рисунок 1  Прототип вибровискозиметрического датчика пределы колебательной системы. Упругими элементами колебательной системы являются струны 7, жестко закрепленные на внутреннем корпусе. Описанный вибровискозиметрический датчик имеет систему термостатирования внутреннего корпуса, позволяющую поддерживать постоянную температуру элементов колебательной системы вне зависимости от температуры окружающей среды и температуры исследуемой жидкости. Термостатируемые элементы вибровискозиметра окружены термоизоляцией, которая одновременно обеспечивает виброизоляцию и демпфирование колебаний внутреннего корпуса вибровискозиметра. Окруженный слоем термоизоляции внутренний корпус помещен в наружный корпус (на рисунке не показан).

13 стр., 6401 слов

Уровнемеры для жидкостей и сыпучих тел

... зонды, а также вибрационные и флажковые ограничители уровня жидкости и сыпучих материалов. Гидростатические датчики уровня измеряют давление жидкости и преобразуют его в значение уровня, поскольку гидростатическое давление зависит от уровня и плотности жидкости, ...

Наружный корпус закрепляется на устройстве позиционирования, обеспечивающем возможность периодического размещения шарикового зонда внутри кюветы. Электронный блок вибровискозиметра обеспечивает возбуждение колебательной системы на ее резонансной частоте и задает амплитуду вынуждающей силы. При этом имеется возможность устанавливать амплитуду вынуждающей силы, не зависящей от амплитуды колебаний зонда вибровискозиметра [12].

За счет малого диаметра сферического зонда, изготовленного из металла с высокой теплопроводностью, данный датчик обеспечивает высокую пространственную локальность измерения текущей сдвиговой вязкости и температуры жидкости, обладает малой тепловой инерцией. Экспериментальные исследования, проведенные с использованием данного датчика показали, что он обладает низкой чувствительностью к малым текущим изменениям вязкости исследуемой жидкости. В первую очередь это связано с малой площадью поверхности зонда и со значительной колеблющейся массой колебательной системы, включающей в себя помимо зонда малого диаметра такие обременяющие элементы, как якорь устройства возбуждения, якорь датчика положения зонда, штоккапилляр с проводниками термопары. Масса этих дополнительных элементов во много раз превосходит массу зонда. Проведем анализ влияния диаметра зонда с обремененной колебательной системой на чувствительность датчика к вязкости исследуемой жидкости. Пусть масса миниатюрного зонда равна m, а масса дополнительного обременения колебательной системы равна M, при этом М >> m. Сферический зонд колеблется в жидкости вязкостью  на резонансной частоте f с амплитудой А. В соответствии с уравнением Стокса сила вязкостного трения FТ для шарика диаметром d, движущегося со средней скоростью v в жидкости будет равна:

FT  3d  v . (1)

Значение v за период колебаний Т будет равно:

2 A A

v  , (2)

T 

где  — угловая частота, равная  = 2f.

Энергия ЕТ, переданная зондом в жидкость за время Т на вязкое трение с учетом (1), (2), будет равна:

ET  FT  2 A  6d  A 2   . (3)

Энергия Екс, запасенная в колебательной системе за период Т, будет равна максимальной кинетической энергии движущейся общей массы (М+m) колебательной системы с максимальной скоростью vmax. Она определяется выражением:

( M  m)  vmax

Екс  . (4)

При гармоническом движении зонда vmax равна:

vmax = А. (5)

Из (4) и (5) следует:

( M  m)  A 2   2

Екс  . (6)

Коэффициент влияния Кп размеров зонда на чувствительность вибровискозиметрического датчика можно задать как отношение энергий ЕТ и Екс:

ET 12d

Êï   . (7)

E kc ( M  m)  

12d

При М >> m Êï  . (8)

M 

Выражение (7) показывает, что чувствительность вибровискозиметрического датчика с обремененным сферическим зондом малого диаметра почти прямо пропорциональна диаметру зонда, что определяет его главный недостаток. Для обеспечения высокой чувствительности вибровискозиметрического датчика к малым изменениям вязкости жидкости нами предложен вибровискозиметрический датчик с необремененным сферическим зондом малого диаметра. Предположим ,что колебательная система, погруженная в жидкость, состоит только из безмассовой упругой связи, жестко связанной с неподвижной базой, и закрепленного на ней сферического зонда. Возбуждение механических колебаний зонда на резонансной частоте осуществляется некоторым образом бесконтактно,одновременно бесконтактно и оперативно осуществляется контроль геометрического положения зонда относительно неподвижной базы. Коэффициент влияния Кз предложенной схемы датчика по сравнению с известным существенно возрастает. В этом случае масса дополнительного обременения колебательной системы М << m, и из (7) следует:

4 стр., 1811 слов

Оптические датчики газового состава

... реферата, будет рассмотрен только один тип датчиков. Поглощение электромагнитного излучения молекулой газа может привести не только к возбуждению электрона, но также к изменениям колебательной энергии (колебания ... медицина, биология, системы кондиционирования и контроля атмосферы в лаборатории. Применение таких датчиков все расширяется, стимулируя разработку новых специальных зондов для таких ...

12d

Кз = . (9)

m 

Сохраняя значения , d,  и m, получим значение относительного выигрыша D по чувствительности предлагаемого датчика:

K3 M  m M

D   1 . (10)

Kï m m

При использовании измерительного зонда диаметром 23 миллиметра величина D может составлять несколько десятков, что подтверждает существенное повышение чувствительности необремененного вибровискозиметрического датчика по сравнению с обремененным.

Используя предлагаемый датчик и режим термосканирования жидкости зависимость от температуры сдвиговой вязкости и плотности жидкости можно определить, используя для описания поведения колеблющегося шарика в вязкой жидкости (в качестве физической модели) уравнения Навье-Стокса [13].

Уравнение вынужденных колебаний малой амплитуды для механической колебательной системы с одной степенью свободы имеет вид:

Mx”+ rx’+ Bx = F(t) , (11)

где М – приведенная масса колебательной системы, r – механическое сопротивление колебательной системы, В  приведенная жесткость колебательной системы, х – отклонение колебательной системы от положения равновесия, F(t) – вынуждающая сила, приложенная к колебательной системе.

При использовании в качестве зонда вискозиметра шара диаметром d, погруженного в жидкость с динамической вязкостью η и плотностью ρ и равноудаленного от стенок кюветы, на основании решения уравнения Навье-Стокса можно найти силу сопротивления, действующую на колеблющийся шар, погруженный в жидкость [2]:

1/ 2

 d 1/ 2  x  3

Fc  3d 1   / 2     d    9 

2 /     2 x

 2 , (12)

 2  t 12  d  t

где ω – угловая частота колебаний шара.

Уравнение (12) можно привести к виду:

V

Fc  rз  V  m , (13)

t

 d 1/ 2  где rз  3d 1   / 2  , (14)

 2 

1/ 2

 3

m  d   9 

2 /   

(15)

12  d 

Физически rз представляет механическое сопротивление зонда в жидкости, а m – присоединенную массу жидкости.

Если по результатам измерений выходных параметров вибровискозиметра (амплитуды, частоты и фазы вынужденных колебаний зонда) можно определить rз и m, то динамическая вязкость и плотность жидкости вычисляются путем одновременного решения уравнений (14) и (15).

При возбуждении синусоидальных колебаний зонда вибровискозиметра в воздухе собственная частота его колебаний ω0 равна:

14 стр., 6768 слов

Системы нейтрализации отработавших газов в выпускной системе ДВС

... первыми тремя способами нельзя. Поэтому получила широкое распро­странение нейтрализация отработавших газов в системе выпуска. В этом случае токсичные пары, вышедшие из цилиндров двигателя, ... нейтрализации отработавших газов в выпускной системе автомобиля: Окисление отработавших газов путем подачи к ним дополнитель­ного воздуха в термических реакторах, Поглощение токсичных компонентов жидкостью в ...

 02  B / M , (16)

где В – приведенная эффективная жесткость; М – приведенная эффективная масса системы.

Если возмущающая сила изменяется по гармоническому закону:

F(t) = F0

  • sin ωt, (17)

то установившиеся вынужденные колебания зонда вибровискозиметра также являются гармоническими с той же угловой частотой:

x = A sin (ωt + φ), (18)

F0 где A , (19)

r2

M    

0

2

 2 2

M

r



tg   M . (20)

 02   2

На резонансной частоте ω0 амплитуда колебаний зонда по уравнению (19) равна:

F0

Ap  . (21)

r p

При нулевой частоте статическое смещение зонда А0 равно:

F0

A0  . (22)

B

Из уравнений (21) и (22) легко определить механическую добротность Q колебательной системы:

Ap B BM

Q   . (23)

A0 r  p r

Отсюда можно найти механическое сопротивление колебательной системы вибровискозиметра при колебаниях зонда вискозиметра в воздухе:

BM

rв  , (24)

F0

Aрв  , (25)

rв рв

где Qв – добротность колебательной системы в воздухе, Арв – амплитуда колебаний зонда при резонансе в воздухе, ωрв – резонансная частота колебательной системы на воздухе,

B

ω рв  . (26)

M

При погружении зонда вискозиметра в жидкость амплитуда Арж его колебаний при резонансе будет равна:

F0

Aрж  , (27)

rв  rз    рж

B

 рж  . (28)

M m

Здесь ωрж – резонансная частота колебательной системы при погружении зонда в жидкость.

Регистрируя относительные изменения резонансной амплитуды и частоты колебаний зонда при погружении его в исследуемую жидкость из уравнений (25), (26), (27), (28) получим:

Aрж rв   рв rв

   ; (29)

Aрв rв  rз    рж  rв  rз 

 рж M

  . (30)

 рв M m

Измеряя α, β и зная rв, M из решения системы уравнений (29) и (30) находим значения rз и m.

1  

rз  rв  , (31)



1  2

mM . (32)

2

Зная данные параметры из совместного решения уравнений (14) и (15) находим η и ρ исследуемой жидкости.

Таким образом, методика совместного определения плотности и вязкости жидкости в зависимости от температуры по результатам единичного эксперимента включает следующие операции:

  • а) при незаполненной (пустой) измерительной кювете экспериментально определяются следующие параметры: Qв – добротность колебательной системы в воздухе, Арв – амплитуда колебаний зонда при резонансе в воздухе, ωрв – резонансная частота колебательной системы на воздухе;
  • б) кювета заполняется пробой исследуемой жидкости и включается режим термосканирования пробы (охлаждение или нагрев с заданной скоростью изменения температуры);
  • в) в зависимости от температуры T во всем диапазоне термосканирования непрерывно регистрируются экспериментальные значения Арж (T) и ωрж (T), где ωрж (T) – резонансная частота колебательной системы при погружении зонда в жидкость, а Арж (T) — амплитуда колебаний зонда;

— г) по полученным данным по формулам (29-32) определяют значения rз (T) и m(T), а зная эти параметры из совместного решения уравнений (14) и (15) находим η(T) и ρ(T) исследуемой жидкости в зависимости от температуры.

20 стр., 9721 слов

Исследование датчиков и регуляторов температуры

... С.В. Датчиков температура Чумаченко С.В. Охрана труда Чумаченко С.В. Смета на затраты Чумаченко С.В. График подготовки дипломной работы ( ... другу, их называют просто температурой системы. В Международной системе единиц (СИ) термодинамическая температура используется в качестве одной ... 5. Принцип действия измеряемых датчиков 5.1 Жидкостный термометр 5.2 Термопара 5.3 Капиллярный термостат 6. ...

2 Варианты реализации необремененного вибровискозиметрического датчика

Для практической реализации вибровискозиметрического датчика с необремененной колебательной системой необходимо было выбрать способ возбуждения колебаний зонда и способ определения положения зонда. Первоначально был выбран способ акустического возбуждения колебаний зонда внешним акустическим излучателем, положение зонда определялось посредством индуктивного датчика, расположенного в кювете рядом с зондом. Вибровискозиметрический датчик, содержал индуктивный датчик текущего пространственного положения сферического миниатюрного зонда из металла с высокой теплопроводностью, термопарный измеритель температуры зонда, механическую колебательную систему, жестко связанную с зондом и скрепленную с жестким основанием, и возбудитель колебаний механической колебательной системы. На внутренней стороне крышки кюветы закреплены две жесткие металлические, электрически изолированные от основания стойки, и миниатюрный индуктивный датчик пространственного положения зонда. Механическая колебательная система включала зонд, основание со стойками, а также два упругих разнородных проводника, с одной стороны жестко закрепленных на концах соответствующих стоек, а с другой стороны соединенных вместе и жестко закрепленных на поверхности зонда с образованием одновременно измерительного спая термопарного датчика температуры зонда. Возбудитель колебаний механической колебательной системы выполнен в виде электромеханического вибратора, вынесенного за пределы вибровискозиметрического датчика (далее вибродатчика) и установленного с обеспечением акустического взаимодействия с жестким основанием; при этом с внешней стороны металлические стойки электрические соединены с соответствующими разнородными проводниками с образованием опорных спаев термопарного измерителя температуры вибродатчика. Особенностями предложенного конструктивного решения являются:  акустический способ возбуждения колебаний с помощью миниатюрного излучателя звука;  использование никеля в качестве материала зонда;  одновременное использование упругих элементов колебательной системы и как элементов термопары типа железо  константан.

На рисунке 2 представлена конструкция разработанного вибровискозиметрического датчика

Жесткое текстолитовое изоляционное основание 1 вибродатчика выполнено в виде диска. С основанием 1 жестко соединены две металлические (проводящие) электрически изолированные от основания стойки с выступающей вниз частью 2. При проведении исследований жидкости выступающие стойки задают глубину погружения вибродатчика в кювету 3 с жидкостью 4. Упругие проводники 5 и 6 из разнородного материала одновременно являются термопарным измерителем темпера

14 13 12

9 10

1

2

4

5 8

7

L

Рисунок 2  Вариант конструкции вибровискозиметрического датчика туры зонда, а также являются составной частью механической колебательной системы вибродатчика, которая также включает зонд 7, основание 1 и стойки 2. Измерительный спай 8 двух проводников 5 и 6 соединен с сферическим зондом 7 диаметром 2-3 мм, а опорные спаи проводников 5 и 6 соединены электрически и механически жестко с соответствующими стойками 2. Электрические выводы 9 и 10 обеих стоек 2 служат для измерения сигнала термопары, соответствующего температуре зонда в локальной области жидкости. Выводы 9, 10 вынесены за пределы датчика и находится во внешнем термостате. Сферический металлический зонд 7 выполнен из никеля. Сочетание пары гибких проводников из железа и константана целесообразно ввиду того, что эти материалы обеспечивают хорошие механические свойства упругих элементов и высокую термоэлектрическую чувствительность. Индуктивный датчик 11 пространственного положения зонда в виде миниатюрного не замкнутого ферритового сердечника с обмоткой 12 изолированным проводом жестко закреплен на основании 1 и расположен над зондом 7 с обеспечением измерительного зазора , который периодически изменяется при колебаниях зонда в вертикальной плоскости. Изменение величины зазора изменяет индуктивность обмотки 12, что позволяет определять изменение текущего пространственного положения зонда 7 относительно его исходного положения. Сигналы с выводов обмотки 12 индуктивного датчика и выводов 9, 10 термопары измеряются и преобразовываются с помощью устройства регистрации с использованием микроконтроллера . Для повышения чувствительности индуктивного датчика 11 зонд 7 выполнен из никеля . Возбудитель колебаний 13 механической колебательной системы выполнен в виде электромеханического широкополосного миниатюрного вибратора. Широкополосный вибратор позволяет изменять частоту колебаний и использовать его для обеспечения резонансной частоты колебаний при изменении состава или температуры исследуемой жидкости. Вибратор выполнен в виде телефонного капсюля, вынесенного за пределы вибродатчика и установленного с обеспечением акустического взаимодействия с жестким основанием 1 -на фигуре показана условная акустическая связь 14. Верхняя часть основания 1 имеет термо- и виброизоляцию 15. Нижняя часть основания вибродатчика в режиме измерения вязкости исследуемой жидкости погружается в кювету 3 , с внутренним диаметром, чуть превышающим размер основания 1 на величину зазора свободного погружения вибродатчика. В режиме измерения зонд и проводники 5, 6 полностью погружены в жидкость, что обеспечивается надлежащим размером стоек 2 .

11 стр., 5097 слов

Датчики и сенсоры для контроля мехатронных систем

... приемов, позволяющих на порядок уменьшить инерционность устройств. 1.3 Физические принципы датчиков Датчики являются преобразователями обычно неэлектрических физических величин в электрические сигналы. Перед ... является трение и структурные изменения материалов. Нелинейность Нелинейность определяется для датчиков, передаточную функцию которых возможно аппроксимировать прямой линией. Под нелинейностью ...

Механические колебания заданной частоты и амплитуды передаются от электромеханического вибратора 13 через акустическую связь 14 на основание 1 и вызывают в исследуемой жидкости колебания измерительного зонда 7 с амплитудой А и заданной частотой  .

Однако метрологические характеристики данной конструкции оказались достаточно низкими. В частности наблюдался значительный (более герц) разброс частоты колебаний, недостаточная повторяемость результатов измерений.

В связи с этим была разработана новая конструкция вибровискозиметрического датчика с возбуждением колебаний зонда магнитным полем и оптическим датчиком положения зонда. Упрощенная конструкция данного датчика представлена на рисунке 3.

Колебательная система датчика представляет собой зонд 1, выполненный из магнитного материала и закрепленный на двух упругих элементах 2. В качестве упругих элементов используются тонкие стальные проволоки, противоположные от зонда концы которых жестко закреплены в вертикальных стойках 3. Колебания зонда возбуждаются с помощью электромагнита, якорь 4 которого находится в непосредственной близости от зонда. Вся колебательная система вибровискозиметра размещается непосредственно в кювете с исследуемой жидкостью 5, фиксируясь на ее крышке 6.

11 стр., 5149 слов

Современные датчики температуры (отечественного производства)

... чего, передаётся электрический сигнал. Как частный случай, следует отметить кремниевые датчики температуры. Принцип их работы основан на способности кремния, как полупроводника, изменять собственное электрическое сопротивление вследствие изменения ...

6

7

8

9

Рисунок 3  Упрощенная конструкция необремененного

вибровискозиметрического датчика Амплитуда колебаний зонда измеряется при помощи волоконно-оптического датчика 7 проходного типа, излучающее и приемное волокна которого размещаются в отверстиях в боковых стенках кюветы. При этом зонд юстируется относительно волоконно-оптического датчика таким образом, чтобы верхний край зонда частично перекрывал оптический канал. В результате при движении зонда происходит модуляция мощности излучения, проходящего через волоконно-оптический датчик, относительно среднего значения. Измерение амплитуды колебаний зонда реализуется путем выделения переменной составляющей оптического сигнала, измерение амплитуды переменной составляющей и ее нормирование относительно среднего значения оптического сигнала. Операция нормирования минимизирует влияние оптических свойств исследуемой жидкости на результаты измерения амплитуды колебаний зонда. В боковой стенке кюветы расположены патрубки 8, через которые происходит заполнение и слив из кюветы исследуемой жидкости. В дне кюветы расположен датчик температуры 9. Основным результатом подобной конструкции вибровискозиметрического датчика является значительное превышение массы зонда над общей массой колебательной системы. Т.е. данный датчик не обременен дополнительной массой колебательной системы [14].

Значительное уменьшение массы колебательной системы вибровискозиметра позволяет ожидать также и заметного повышения быстродействия необремененного вибровискозиметрического датчика. Для подтверждения работоспособности нового варианта вибровискозиметра были проведены предварительные исследования вязкости нескольких видов жидкостей в процессе их охлаждения с использованием как необремененного вибровискозиметра, так и вибровискозиметра камертонного типа (прототип) [15].

Результаты испытаний приведены на рисунках 4, 5. Эксперименты показали высокую ожидаемую чувствительность датчика к малым изменениям внутреннего трения в жидкости и значительное (в 10 раз) уменьшение уровня шумов с датчика положения зонда по сравнению с акустическим возбуждением. Была разработана и успешно реализована компьютерная процедура компенсации температурного ухода исходных параметров колебательной системы, погруженной в жидкость.

Амплитуда колебаний зонда, отн. ед.

2

Температура кюветы, С

1  вибровискозиметр камертонного типа, 2  необремененный вибровискозиметр

Рисунок 4  Зависимости амплитуды колебаний зонда от температуры бензина Амплитуда колебаний зонда, отн. ед.

2

Температура кюветы, С

1  вибровискозиметр камертонного типа, 2  необремененный вибровискозиметр.

Рисунок 5  Зависимости амплитуды колебаний зонда от температуры

дизельного топлива

В процессе исследования метрологических характеристик микровибровискозиметра особое внимание уделялось определению уровня инструментальных шумов по всем измерительным каналам. Получены следующие значения относительных погрешностей:

  • вибровискозиметрический датчик … 1,5 %;
  • датчик частоты колебаний вибровискозиметрического датчика … 0.3 %;
  • датчик оптического пропускания … 0.03 %;
  • датчик температуры кюветы … 0.03 %;
  • датчик температуры зонда … 0.03 %.

Относительно высокий уровень шумов по виброканалу связан с заметной нестабильностью частоты колебаний зонда, работающего в автоколебательном режиме. Планируется в дальнейшем использовать режим вынужденных колебаний с автоматической цифровой настройкой на резонанс.

26 стр., 12751 слов

Датчики влажности

... : измерительный прибор, предназначенный для измерения одной или нескольких величин влажности газов. 3 Гигрограф: регистрирующий измерительный прибор, предназначенный для непрерывной записи значений величин влажности газов. 4 Датчик влажности; датчик: первичный измерительный преобразователь величин влажности в другие ...

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с планом работ по данному этапу НИР разработана математическая модель вынужденных колебаний необремененного зонда вибровискозиметрического датчика в жидкой среде. Разработана методика совместного определения плотности и вязкости жидкости в зависимости от температуры по результатам единичного эксперимента. Создан действующий образец вибровискозиметрического датчика с необремененной колебательной системой. Проведены исследования некоторых метрологических характеристик созданного вибровискозиметрического датчика. Для ряда чистых жидкостей (вода, пентадекан, додекан) определялись плотность и вязкость в зависимости от температуры исходя из классической модели Ландау-Лифшица колебаний шара в вязкой жидкости. Полученные значения данных параметров отличаются от справочных в 1,5—2 раза, что свидетельствует о несовершенстве используемой модели реальной физической системе. Для уменьшения погрешности измерения указанных параметров планируется как совершенствование расчетной модели, так и элементов конструкции вибровискозиметрического датчика. Результаты, полученные в ходе выполнения данного этапа НИР, отражены в четырех публикациях, в том числе две – в изданиях, включенных в перечень ВАК. Получено три патента на изобретение и один патент на полезную модель, подано две заявки на изобретение.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/vibratsionnyie-viskozimetryi/