Датчик измерения вязкости

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Чижик Сергей Антонович Худолей Андрей Леонидович Чикунов Владислав Валентинович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) Датчик измерения вязкости, выполненный в виде камертона, состоящего из двух ножек и пробного тела, присоединенного к одной из ножек камертона, отличающийся тем,что камертон расположен вертикально и выполнен в виде держателя и жестко прикрепленных к нему ножек, разделенных держателем, при этом пробное тело присоединено к свободному торцу одной из ножек камертона, а держатель и ножки камертона выполнены в виде пластин из пьезокерамического материала с электропроводящим покрытием с двух сторон, причем в местах крепления ножек к держателю обеспечен электрический контакт. 72742011.06.30 Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к датчикам измерения вязкости, и может быть использована для изучения свойств тонких слоев ньютоновских и неньютоновских жидкостей. Известно устройство определения вязкости жидкости 1, которое содержит измерительную емкость для масла и снабжено нагревательным элементом, автоматическими системами регистрации времени перемещения рабочего тела (пробного тела) и обеспечения контроля и стабилизации температуры исследуемого масла. Плоское тело закреплено на штоке с экраном, по которому измеряется время прохождения телом слоя масла. На дне измерительной емкости находится излучатель ультразвука, подключенный к ультразвуковому генератору. При проведении экспресс-оценки качества моторного масла из картера двигателя берется проба, которая делится на две части одну часть масла испытывают без воздействия ультразвука, вторую часть - под воздействием ультразвука, при этом измеряют время падения рабочего тела. Достоинство конструкции состоит в обеспечении возможности измерения зависимости вязкости от изменения температуры и содержания механических примесей. Существенным недостатком такой конструкции устройства является то, что для измерения вязкости необходим большой объем жидкости и значительное по размерам рабочее тело (пробное тело). Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является вибрационный датчик (датчик измерения вязкости) 2, содержащий камертон с двумя ножками, установленные у основания ножек пьезоэлектрические преобразователи и присоединенный к камертону зонд (пробное тело), причем пьезоэлектрические преобразователи установлены в углублениях у основания ножек камертона. Для проведения измерений датчик располагают горизонтально и подключают к цепи обратной связи автогенератора, обеспечивающего работу на частоте резонанса. При этом на один из пьезоэлементов подают возбуждающее электрическое напряжение, а с другого снимают электрическое напряжение, пропорциональное амплитуде возникающих механических колебаний. На основе измеренных данных вычисляют значение вязкости для исследуемой жидкости. Основное достоинство такой конструкции датчика заключается в простоте его изготовления, высокой чувствительности датчика, незначительных размерах пробного тела,возможности проведения исследований для малых объемов жидкости. Недостатком использования известной конструкции датчика является невозможность его использования для измерения вязкости тонких слоев жидкости, толщина которых соизмерима или менее амплитуды колебаний пробного тела. Задачей предлагаемой полезной модели является расширение функциональных возможностей конструкции датчика за счет обеспечения возможности измерения вязкости для тонких слоев жидкости. Задача решается следующим образом. В известном датчике измерения вязкости, выполненном в виде камертона, состоящего из двух ножек и пробного тела, присоединенного к одной из ножек камертона, согласно предлагаемому техническому решению,камертон расположен вертикально и выполнен в виде держателя и жестко прикрепленных к нему ножек, разделенных держателем. Пробное тело присоединено к свободному торцу одной из ножек камертона, а держатель и ножки камертона выполнены в виде пластин из пьезокерамического материала с электропроводящим покрытием с двух сторон, причем в местах крепления ножек к держателю обеспечен электрический контакт. Вертикальное расположение камертона позволяет использовать датчик для измерения вязкости тонких слоев жидкости, толщина которых соизмерима или менее амплитуды колебаний пробного тела, так как движение пробного тела при работе датчика происходит вдоль слоя жидкости, а не по его глубине (толщине). Выполнение камертона составной конструкции, состоящим из плоских пластин более технологично, чем выполнение изогнутой конструкции камертона. Применение пьезокерамического материала с электропроводящим покрытием с двух сторон для изготовления ножек камертона обеспечивает 2 72742011.06.30 высокую добротность камертону, что позволяет проводить измерения вязкости на частотах, отличных от резонансных частот. Наличие электропроводящего покрытия на держателе с двух сторон, соединение держателя и ножек камертона с обеспечением электрического контакта позволяют присоединять токоведущие и токосъемные провода не к внутренним поверхностям ножек, а к внешним поверхностям (покрытиям) держателя,что также более технологично при изготовлении датчика. Присоединение пробного тела к свободному торцу одной из ножек обусловлено вертикальным размещением камертона при выполнении измерений. На фигуре показана общая схема датчика измерения вязкости. Датчик измерения вязкости состоит из держателя 1, к которому прикреплены, например пайкой или сваркой, ножки 2, 3. Держатель 1 и ножки 2, 3 камертона выполнены из пьезокерамического материала с электропроводящим покрытием 4. На свободном торце ножки 2 закреплено пробное тело 5. Для выполнения измерений пробное тело 5 частично погружают в слой жидкости 6, расположенный на основании 7, к ножке 2 подключают генератор вынужденных колебаний, а к ножке 3 - детектор свободных колебаний. Датчик измерения вязкости работает следующим образом. Пробное тело 5 частично погружают в слой жидкости 6, расположенный на основании 7, при этом используется незначительное по объему количество жидкости для выполнения измерений. Генератором(на фигуре не показан) осуществляют вынужденные колебания ножки 2 с пробным телом 5 вдоль слоя жидкости 6, что позволяет проводить измерения с амплитудой колебаний,которая значительно больше толщины измеряемого слоя жидкости 6. При взаимодействии пробного тела 5 со слоем жидкости 6 часть энергии колебаний камертона затрачивается на преодоление сопротивления слоя жидкости 6 сдвигу. Это приводит к уменьшению амплитуды колебаний пробного тела 5, которое фиксируют детектором (на фигуре не показан) путем снятия электрического сигнала с ножки 3. Значение вязкости определяют на основе измеренных данных. Таким образом, предлагаемая конструкция датчика измерения вязкости обеспечивает возможность измерения вязкости тонких слоев жидкости. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3