Вибрационные анализаторы плотности, жидкости и газов. (Рис. 12) [16]

В работе вибрационных анализаторов используется принцип положительной обратной связи. Колеблющимися элементами в анализаторе плотности жидкости рис а) являются трубки 10, по которым протекает анализируемая жидкость, а в анализаторе плотности газа рис б) используется присоединенная к камертону 2 масса газа. По схеме а) при включении питания возникает некоторый импульс силы на электронном устройстве 6, который запускает в движение трубки 10, соединенные стежками 3, установленным в сильфонах 4 и укрепленные на неподвижных пластинах 2, установленных на основании 1. По трубкам непрерывно протекает анализируемая жидкость. Колебания трубок воспринимается электронным устройством 5, служащим датчиком перемещения. На выходе 5 это датчика, возникает электрические колебания, которые идут и усиливаются усилителем 7, с выхода которого усиленный сигнал идет в вычислительное устройство 8 и в электромагнитное устройство 6, которое под действием колебаний создает силу, которой притягивает или отталкивает трубки 10. Причем в такт с колебаниями этих трубок (положительная обратная связь). Если трубки 10, движутся на рисунке вверх, то силовое поле направлено тоже вверх. Таким образом, электронный усилитель, механический вибратор 3, электромагнитное устройство 5 и 6 составляют генератор незатухающих электромагнитных колебаний, который будет менять свою частоту в зависимости от массы трубок, а последняя при постоянном объеме трубок, однозначно определяется плотностью жидкости. Вычислительное устройство 8 преобразует частоту колебаний, поступающих с выхода 7 (усилителя колебаний). И выполняет вычислительные операции по формуле (1), из которых находится плотность (f0 – начальная частота колебаний), а также устройство 8 в зависимости от значения сопротивления терморезистора 9 вносит поправку, учитывающую изменение плотности жидкости от температуры. Диапазон измерений прибора 600-1000 кг/м3; погрешность Δ = +\- 1,5 кг/м3. f = f0*Корень[1/(1+kρ)]. (1). По схеме б) анализатор отличается от предыдущего тем, что выполняется в виде жезла и размещается непосредственно в объеме измерений, обычно в газопроводе, что позволяет измерить плотность газа в рабочих целях. Электромагнитное устройство 3 – датчик перемещения электромагнитного устройства 4 создает механическое усилие на одной из ножек камертона 2. Камертон, электромагнитный усилитель 5 и устройств 4 и 3, составляет вместе электромеханический генератор незатухающих колебаний. Частота колебаний генератора, как показывает опыт, изменяется функцией присоединенной к камертону массой газа, а последняя однозначно определяется плотностью газа. Класс точности таких анализаторов 1-0,5. Недостатки таких анализаторов – нелинейность статической характеристики и зависимость показаний от газового конденсата, который практически всегда имеется в газовых потоках.

Анализаторы вязкости жидкости.[17]

Вязкость – свойство жидкой или газообразной среды, которая состоит в том, что слои соприкасающейся среды, способны оказывать противодействие взаимному перемещению. F = SP*dω/dn. S – площадь соприкосновения слоев, η – (эта) – динамическая вязкость. dω/dn – изменение скорости по нормали (градиент скорости по нормали). Сила трения F при смещении подвижного слоя сплошной среды по отношению к неподвижному слою 2, описывается законом Ньютона. Динамическая вязкость с СИ имеет размерность η – [Па · с], однако часто используется несистематическая единица «пуаз» (от имени ученого Пуазеля). Также используется понятие текучести. Текучесть – величина, обратная динамической вязкости; φ = 1/n. Кинематическая вязкость (υ) : υ = η / ρ [м2/с]. Несистематическая «стокс» (от имени ученого Стокса). [сm]. Приборы для измерений вязкости называются вискозиметрами. Чаще других используются капиллярные вискозиметры, вискозиметры падающего тела и ротационные вискозиметры.

Капиллярные вискозиметры. (Рис. 13) [18]

Капилляр – падающая трубка, у которой отношение длины к диаметру составляет 50 и более. Q = (πd4)/(128*η*l)*(P1 – P2); (P1 – P2) = (128*l*Q)/( πd4)*η = Kη. Капиллярный вискозиметр использует в своей работе закономерность движения жидкостей по капилляру. Эта закономерность известна как закон Пуазеля для несжимаемых сред. В этой формуле: Q – объемный расход жидкости. d – диаметр капилляра; l – длина капилляра, P1,P2 – давление на входе/выходе. (P1 > P2). Потеря давления на капилляре происходит за счет трения между слоями жидкости и трением жидкости о стенки капилляра. Если исходное уравнение решить относительно разности давлений, то можно видеть, что при постоянном объемном расходе разность давлений на капилляре однозначно определяет: динамическую вязкость, в капиллярном вискозиметре для создания постоянного объемного расхода используют шестеренчатый насос 2, приводимый в движение синхронным двигателем 1. Жидкость из потока подается насосом в капилляр, где возникает разность давлений, которая измеряется с помощью дифференциального манометра 4, унифицированные шкалы которого подаются на вторичный прибор 5. Известно, что вязкость жидких сред, и в частности масел, сильно изменяется от температуры, причем общей закономерность изменения нет. Поэтому автоматическое введение поправки, основанное на измерении температуры не позволяет решить проблемы, поэтому капилляр и насос вискозиметра размещается в жидкостном реостате, заполненным водой или маслом, температура которых поддерживается системой автоматического регулирования (на рисунке не показано). (40С или 100С). Класс точности: 1-1,5.

Вискозиметр падающего тела. (Рис. 14) [19]

Принцип действия данного вискозиметра основан на закономерности движения тела падающего в поле силы тяжести в исследуемой жидкостной среде. Скорость падения тела (обычно им служит шарик), на участке равномерного движения определяется законом Стокса. W = (2/9)g[(pШ – pЖ)r2/η] = A/η. (1). τ = l/W = l/(A/η)*l/A*η = Kη. (2). W - скорость равномерного движения на l, pШ – плотность материала шарика. Если принять, что плотность жидкости меняется незначительно то в соответствии с данным законом скорость движения падения обратно пропорционально динамической вязкости. Если рассматривать движение шарика на некотором отрезке длинной l, то время падения длинной τ – определяется формулой (2) и пропорционально динамической вязкости. Такой прибор является устройством циклического действия по команде устройства управления 5, как только шарик 2 достигает сетки 4, запускается в работу насос 3. Жидкость из аппарата по трубке 1 начинает двигаться вверх, захватывая шарик и транспортируя его вверх до сетки 7. Как только он касается 7, устройство 5 выключает насос, шарик начинает падать. Сначала его скорость увеличивается от 0 до некоторой константы, которая имеет место при равенстве силы трения и силы тяжести. Когда шарик проходит через среднюю часть дифференциального трансформатора Дтр1, т.е. через отметку I Дтр1 вырабатывает электрический сигнал, которые запускает электронный счетчик времени 6, когда шарик, падая равномерно, проходит отметку II, т.е. середину Дтр2, счетчик 6. т.к. расстояние между I и II равно l=const; то время движения шарика в соответствии с формулами определяется динамическая вязкостью. В следующем цикле все перечисленные операции повторяются. Класс точности прибора: 1,5.