Датчик для определения вязкости вещества

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова»

ДОКЛАД

На тему: «Датчик для определения вязкости вещества»

Выполнила:

студент гр. ТСП-06,

Мисавирова Э.Ф.

Магнитогорск - 2008

СОДЕРЖАНИЕ

1. Измерение вязкости вещества

2. Вискозиметр и принцип его работы.

3. Виды вискозиметров:

3.1 Датчик вязкости ViSmart;

3.2 Вискозиметр VUC Praha;

3.3 Стрелочный аналоговый вискозиметр.

3.4 Баня KV5000

3.5 Цифровая баня KV 1000

3.6 Вискозиметры Каннон-Фенске обычные

3.7 Вискозиметры Каннон-Фенске непрозрачные

3.8 Вискозиметр DV-II+

1. ИЗМЕРЕНИЕ ВЯЗКОСТИ ВЕЩЕСТВА

Вязкость -- один из показателей качества горючесмазочных материалов, красок, синтетических смол и т. п. Например, в производстве полимеров и различных продуктов на их основе вязкость служит важнейшим технологическим параметром, так как по ее величине можно оценить молекулярную массу и концентрацию вещества, а также его структуру в расплаве или растворе.

Вязкость -- это способность вещества оказывать сопротивление перемещению в нем какого-либо тела. Если вещество само движется относительно тела, то возникает сопротивление его движению (этим объясняется гидравлическое сопротивление трубопроводов).

Для измерения вязкости применяют вибрационные и ротационные вискозиметры.

Вискозиметр - это прибор, предназначенный для непрерывного измерения вязкости и консистенции технических сахарных растворов и утфелей в вакуум-аппаратах.

Действие вибрационных вискозиметров основано на том, что жидкость стремится затормозить колебания опущенной в нее плоской пластины, причем сила торможения зависит от вязкости жидкости.

В датчике вискозиметра пластина закреплена в эластичной мембране. Нижняя часть пластины погружена в жидкость, а верхняя находится в катушке, соединенной с генератором импульсов. При включении катушки в пластине возникают продольные колебания. Затем катушка отключается от генератора и колебания пластины затухают.

В процессе свободных колебаний пластины в катушке наводится э. д. с, имеющая частоту ее свободных колебаний. Она обеспечивает запирание генератора до момента полного прекращения колебаний, после чего генератор снова включает катушку и цикл повторяется. Чем больше вязкость жидкости, тем быстрее затухают колебания пластины и тем меньше интервалы между включениями генератора. Прибор измеряет величину этих интервалов.

Вибрационный вискозиметр выпускается для работы как в узком, так и в широком диапазоне изменения вязкости.

Принцип действия ротационных вискозиметров основан на измерении сопротивления, которое оказывает жидкость вращению погруженного в нее тела. Это сопротивление растет с увеличением вязкости жидкости.

Ротационный вискозиметр состоит из привода, измерительного устройства и рабочего тела. В одних приборах поддерживают постоянную скорость вращения тела и измеряют мощность, которую затрачивает на эту работу привод. В других используют привод постоянной мощности, а измеряют скорость вращения тела. Очевидно, что в первом случае с увеличением вязкости жидкости потребуется большая мощность привода, во втором -- это приведет к уменьшению скорости вращения тела.

2. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ

Использование: в автоматизации технологического контроля производственых процессов в химической и нефтехимической промышленности, в частности в способе определения вязкости жидкости. Сущность изобретения: способ предусматривает отбор пробы жидкости и погружение ее в ротационный вискозиметр - винтовой насос. В момент измерения закрывают выход насоса и измеряют разность давлений в кольцевом зазоре насоса при вращении шнека с известной скоростью. Вязкость жидкости рассчитывают с использованием измеренной величины разности давлений и скорости вращения шнека. 1 ил.

Описание изобретения.

Изобретение относится к автоматизации технологического контроля производственных процессов в химической и нефтехимической промышленности.

Известен способ измерения вязкости жидкости на капиллярном вискозиметре, включающем шестеренчатый насос с термостатируемым капилляром и дифманометр, основанный на измерении перепада давления на капилляре при постоянном объемном расходе через него контролируемой жидкости. Как показывает опыт, эти вискозиметры не получили распространения в системах автоматического контроля технологических процессов. В реальных условиях эксплуатации, например в производстве полиэтилена, такие вискозиметры неработоспособны из-за забивки капилляра.

Наиболее близким техническим решением является способ измерения вязкости легкорасслаивающихся суспензий на ротационном вискозиметре путем создания циркуляции суспензии в рабочем зазоре между коаксиальными цилиндрами за счет перепада давлений по высоте зазора и поддержания этого перепада на расчетном значении. Однако такие ротационные вискозиметры достаточно сложны по конструкции. Кроме того, необходимость регулирования перепада давления и поддержания его в расчетном интервале значений усложняет прототип, что в конечном счете ухудшает эксплуатационные характеристики таких вискозиметров, в частности надежность при измерении вязкости на потоке.

Целью изобретения является упрощение способа и повышение его надежности.

Цель достигается тем, что в способе измерения вязкости на винтовом насосе с запорным органом на выходе нагнетательной камеры создают перепад давления, связанный с вращением шнека насоса и циркуляцией потока в зазоре между шнеком и корпусом насоса, перекрывают на момент контроля выход насоса и в установившемся режиме измеряют разность давлений ДР в нагнетательной и во всасывающей камерах насоса, скорость вращения n шнека насоса и определяют вязкость з по формуле з=Ая ДP/n, где А - постоянный коэффициент.

Способ контроля вязкости жидкости в технологическом потоке основан на таком режиме работы объемного насоса, параметры которого обеспечивают достоверное определение вязкости контролируемой жидкости. Такой режим создается при перекрытии нагнетательной камеры, то есть выхода насоса. В результате насос полностью теряет производительность и работает "на себя". В насосе возникает обратный циркуляционный поток, величина которого уравнивается прямым потоком. Расход этих потоков определяется по надежно измеряемым параметрам - скорости вращения шнека и напору, создаваемому насосом. В данном режиме в зоне измерения возникает наиболее интенсивный массообмен, что является необходимым условием для достоверного определения вязкости.

Устройство содержит термостат, привод винтового насоса, запорный орган с исполнительным механизмом, линии и соответственно подвода контролируемой жидкости к всасывающей камере и отвода жидкости на нагнетательной камере насоса, технологический объект с контролируемой жидкостью; датчик разности давлений в нагнетательной и во всасывающей камерах насоса, датчик скорости вращения шнека насоса, вычислительное устройство.

"Чувствительным элементом" данного устройства является винтовой насос с приводом и с запорным органом на выходе насоса. Этот элемент помещают в термостат, которым обеспечивают изотермические условия контроля. Всасывающую и нагнетательную камеры насоса с помощью трубопроводов и подключают по схеме байпаса к технологическому объекту с контролируемой жидкостью.

Основной рабочей характеристикой насоса является зависимость между его производительностью и напором. Производительность Q винтового насоса определяют следующие потоки жидкости: прямой поток Qт под действием вращения шнека; обратный поток Qо (поток утечки в зазоре между корпусом насоса и гребнями нарезки шнека) под действием развиваемого напора Н. Зависимость величины Q от параметров такова:

Q=Qт -Qo=4eDTn - aд3lсgHT/(mhL), (1)

где е - эксцентриситет (смещение оси червяка относительно оси канала корпуса насоса);

D - диаметр червяка;

Т - шаг винтовой поверхности корпуса насоса (Т = 2яt, t - шаг червяка);

n - скорость вращения червяка;

а - безразмерный постоянный коэффициент;

д, l - ширина и длина зазора по полосе замыкания поверхностей корпуса и червяка;

h - глубина канала;

L - длина канала (рабочей части винтового насоса);

с- плотность жидкости;

g - ускорение свободного падения.

Коэффициент а учитывает допущения, связанные с математическим описанием процесса утечки, т.е. циркуляционного потока, имеющего место в зазоре между корпусом насоса и червяком. Тем самым обеспечивается адекватность формулы (1) реальному процессу, а следовательно, и точность определения вязкости. Этот коэффициент определяют по опытным данным при калибровке конкретного насоса.

Из (1) по измеренным значениям режимных параметров Q, H и n рассчитывают вязкость з контролируемой жидкости. Однако измерение величины Q не просто. В то же время определение вязкости упрощается, если исключить расход жидкости по байпасу, сохранив при этом движение жидкости в корпусе насоса. Для этого перекрывают на время контроля выход напорной камеры; насос работает "на себя", т.е. его производительность нулевая Q = 0. Физически это означает уравнивание прямого и обратного потоков Qт = Qо. В данном режиме работы винтового насоса отпадает необходимость измерения величины Q и определение вязкости, согласно (1) и с учетом известного соотношения Н = ДР/(og), осуществляют по разности давлений ДР в нагнетательной и во всасывающей камерах насоса и скорости n вращения червяка, то есть по формуле

з = A *ДP/n, (2) где А = ад3 l/(4eDhL) - константа.

При таком подходе точность определения искомой вязкости зависит от точности измерения величин ДР и n.

Включают привод, и насос через открытый запорный орган нагнетательной камеры перекачивает жидкость по байпасу. В некоторый момент времени перекрывают запорный орган. Спустя некоторый отрезок времени в вычислительном устройстве, на вход которого подают сигнал ДР от датчика и сигнал от датчика, по формуле определяют искомое значение з вязкости жидкости.

3. ВИДЫ ВИСКОЗИМЕТРОВ

3.1 Датчик вязкости ViSmart

Датчик вязкости ViSmart опционально с интерфейсом USB (Universal Serial Bus). Это развитие семейства продуктов спроектировано для обеспечения возможности проведения выборочных или постоянных измерений вязкости. Областями применения являются системы управления технологическими процессами с высокими требованиями к разрешению и точности при жидкостях с вязкостью от низкой до средней. USB-опция обеспечивает заказчику возможность подключения датчика вязкости через стандартный интерфейс USB к любым компьютерным платформам и передачи без задержек данных о вязкости и температуре, важных для задач системы управления технологическими процессами с жидкостями или, в случае контроля уровня масла, для получения информации о надежности машин.

Датчик работает с применением полупроводниковой технологии и не имеет подвижных деталей. Он не подвержен влиянию ни вибраций, ни скорости движения жидкости, не требует калибровки в месте установки и имеет размеры 1,27x7,62мм при весе 227г. Датчик способен измерять вязкость в пределах от 1 до 500cP и способен работать в стандартном корпусе при температуре до +125°C. Для определенных промышленных приложений и технологических требований имеются кроме того специальные опции и конфигурации. Так как он не имеет подвижных деталей и герметизирован, он может полностью погружаться в любую жидкость. Вместе с переносным измерительным прибором eCup датчики могут подключаться через стандартный интерфейс USB к любым компьютерным платформам. Далее они обеспечивают возможность непрерывной записи значений вязкости например с целью контроля в последующем в приложениях управления технологическими процессами эксплуатационных расходов и выполнения требований стандартов качества. С помощью программного обеспечения, рассчитанного для применения на лабораторном столе, заказчик может сверх того регистрировать данные до четырех сенсоров данной серии и датчиков других физических величин (например, давления).

3.2 Вискозиметр VUC Praha (Чехия)

Прибор предназначен для непрерывного измерения вязкости и консистенции технических сахарных растворов и утфелей в вакуум-аппаратах.

Принцип действия прибора основан на измерении крутящего момента на валу датчика, вращающегося с постоянными оборотами в измеряемой среде.

Конструктивно устройство состоит из двух основных частей:

- датчика вязкости утфеля ДВ-00.00

-преобразователя вязкости ПВ-0/20

Принцип измерения основан на том, что ток потребляемый электродвигателем датчика прямо-пропорционален механической нагрузке, воздействующей на вал.

3.3 Стрелочный аналоговый вискозиметр

С использованием шпинделей, входящих в комплект поставки. Диапазон может быть расширен или сужен при использовании различных принадлежностей † 1сПз достигнут с помощью адаптера UL. 15 сПз - на LV со стандартными шпинделями. Минимальная вязкость достигается с опционным шпинделем RV/HA/HB-1

ВОЗМОЖНОСТИ И ПРЕИМУЩЕСТВА:

Распространенный во всем мире «стандартный» вискозиметр

Аналоговые показания (% вращающего момента) легко пересчитываются в сантипуазы

Легко пользоваться, легко настраивать

Возможно использование в местах с требованиями по взрывобезопасности.

Поставляется в комплекте со шпинделями, штативом для вискозиметра, защитной подставкой и чемоданчиком для переноски.

Точность ±1.0% диапазона.

Воспроизводимость ±0,2%.

Удобная регулировка скорости и контроль «включено/выключено».

3.4 Баня KV5000

Баня KV5000 с оптической системой обнаружения потока обеспечивает автоматическое измерение вязкости нефтяных и нефтехимических продуктов. Включает в себя все необходимые коммуникации и порты для каждой сборки оптического обнаружения, и может использовать до пяти таких оптических сборок. Есть две дополнительные ячейки для ручных измерений вязкости, и все ячейки могут использоваться в ручном режиме.

Взаимозаменяемые вискозиметры Убеллоде, Каннон-Фенске, и вискозиметры с обратным истечением потока быстро устанавливаются и удаляются для чистки и замены. Баня позволяет автоматически измерять вязкость и вычислять результаты без внешнего компьютера. Мешалка обеспечивает полную циркуляцию без завихрений. Микропроцессорная схема обеспечивает точное, надежное термостатирование на всем рабочем диапазоне. Простое кнопочное управление и двойные цифровые дисплеи позволяют легко устанавливать и контролировать температуру. Встроенный охлаждающий змеевик позволяет проводить термостатирование при окружающей температуре или ниже.

Программное обеспечение автоматически загружает данные и вычисляет результат измерения, следуя из времени истечения пробы. Также включает в себя базу данных для хранения результатов измерения, функции определения средней величины, стандартного отклонения, проверки повторяемости.

* Полностью укомплектованная вискозиметрическая баня и система сбора данных разработана специально для проведения испытаний по методам ASTM D445, IP 71 и другим связанным спецификациям

* Оптический датчик точно определяет поток пробы и система автоматически вычисляет кинематическую вязкость

* Мощная система программного обеспечения для компьютеров, работающих с системами Windows 98 SE, 2000, NT, МЕ, и XP

* Есть беспроводная система сбора данных

* Автоматическое вычисление и представление результатов в единицах вязкости или секундах

* Баня пригодна для размещения вискозиметров Убеллоде, Каннон-Фенске, и вискозиметров с обратным истечением потока

* Высокая точность термостатирования с двойными цифровыми дисплеями, показывающими установленные и фактические температуры бани на выбираемой шкале (°C или °F)

* Баня может проводить автоматизированное испытание без внешнего компьютера

* Встроенные схемы защиты от перегрева и низкого уровня жидкости

* Программное обеспечение экспортирует данные испытания в Microsoft Excel или любую другую программу табличных вычислений по LIMS

* Встроенная цифровая система отсчета времени для легкого измерения времени истечения проб

Температурный диапазон: от окружающей температуры до 150°C (302°F); от низких температур до 10°C с внешним охлаждением

Дисплей: цифровой с разрешением 0.1°C /°F, откалиброван - 0.01°C /°F

Точность термостатирования и однородность: превосходит требования ASTM

3.5 Цифровая баня KV 1000

Цифровая баня KV1000 для определения кинематической вязкости имеет шесть ячеек для круглых держателей вискозиметров диаметром 51 мм. Температура бани стабилизируется с точностью ±0,5°C (±1°F) от установленной, конечное регулирование возможно с точностью до ±0,01°C (±0,02°F). Температуру испытания можно изменять вплоть до 150°C (302°F). Оператор может устанавливать предел температуры, после которого баня отключается для защиты от случайного перегревания. Блок управления включает в себя погружной нагреватель, циркуляционную мешалку и температурный зонд. Верхняя крышка\ устанавливается на пирексовый сосуд с размерами (диаметр?глубина) 30,5?30,5 см или 30,5?46 см. Включает в себя шесть крышек для ячеек из нержавеющей стали. Капиллярные вискозиметры, держатели вискозиметров и термометр заказываются отдельно.

Среда бани: вода или белое техническое масло.

3.6 Вискозиметры Каннон-Фенске обычные

Вискозиметры Каннон-Фенске обычные - прочные и недорогие вискозиметры для работы с прозрачными или полупрозрачными жидкостями в диапазоне вязкости до 100000 сСт. Необходимый объем образца примерно 7 мл. Доступны и другие вискозиметры для прозрачных жидкостей - вискозиметры Кросс-Арм и BS с U-образной трубкой.

Размер Приблиз.константа, сСт/с Диапазон кинем. вязкости, сСт

250.0020.5 - 2

500.0040.8 - 4

750.0081.6 - 8

1000.0153 - 15

1500.0357 - 35

2000.120 - 100

2000.2550 - 250

2500.5100 - 500

4001.2240 - 1200

4502.5500 - 2500

5008.01600 - 8000

60020.04000 - 20000

65045.09000 - 45000

700100.020000 - 100000

3.7 Вискозиметры Каннон-Фенске непрозрачные

Вискозиметры Каннон-Фенске непрозрачные - вискозиметры с обратным истечением для измерения кинематической вязкости прозрачных и темных жидкостей в диапазоне до 100000 сСт. Необходимый объем образца примерно 12 мл. В отличие от вискозиметров Оствальда и вискозиметров с висячим уровнем позволяют измерять время истечения образцов тонкие пленки которых непрозрачны. Пригодны для измерения вязкости битумов.

Размер Приблиз. константа, cСт/с Диапазон кинем. вязкости, cСт

00.0010.3 - 1

0C0.0030.6 - 3

0B0.0051 - 5

10.012 - 10

1C0.036 - 30

1B0.0510 - 50

20.120 - 100

2C0.360 - 300

2B0.5100 - 500

31.0200 - 1000

3C3.0600 - 3000

3B5.01000 - 5000

410.02000 - 10000

4C30.06000 - 30000

4B50.010000 - 50000

5100.020000 - 100000

3.8 Вискозиметр DV-II+

Вискозиметр DV-II+Выход RS-232

Настраиваемые параметры:

Кнопки прокрутки для удобного выбора скорости и шпинделя

Отображаемые данные:

Вязкость (сПз или мПа*с)

Скорость сдвига/напряжение сдвига

% вращающего момента

Скорость/шпиндель

Автоматический диапазон пределов вязкости

Температурный датчик

Модель Диапозон знач. Вязкости Скорости Число ступеней

LVDV-II+ 1† 6М 0,01-200 54

RVDV-II+ 100†† 40М 0,01-200 54

HADV-II+ 200†† 80М 0,01-200 54

HBDV-II+ 800†† 320М 0,01-200 54

**С использованием шпинделей, входящих в комплект поставки. Диапазон может быть расширен или сужен при использовании различных принадлежностей

† 1сПз достигнут с помощью адаптера UL. 15 сПз - на LV со стандартными шпинделями

†† Минимальная вязкость достигается с дополнительно поставляемым шпинделем RV/HA/HB-1.

ВОЗМОЖНОСТИ И ПРЕИМУЩЕСТВА:

Наиболее универсальный вискозиметр с непрерывным считыванием и отображением

Компьютерный интерфейс обеспечивает возможность автоматического сбора данных

Возможность выбора 54 скоростей обеспечивает наилучший диапазон измерений вязкости/сдвига

Встроенный температурный датчик для отслеживания температуры образца

Загрузка пользовательских программ с помощью программного обеспечения DV Loader™ (поставляется)

Автоматический сбор данных и хронологическое сравнение при помощи программного обеспечения Wingather™ (дополнительно)

Поставляется в комплекте со шпинделями, программой DV Loader, штативом для вискозиметра, защитной подставкой и чемоданчиком для переноски

Точность ±1.0% диапазона

Воспроизводимость ±0,2%

вискозиметр вязкость измерение баня

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. www. datchik@mail.ru

2. www.viskozimetry@mail.ru

Размещено на Allbest.ru

...