Устройство для экспрессного контроля свойств и вязкости жидких сред

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭКСПРЕССНОГО КОНТРОЛЯ СВОЙСТВ И ВЯЗКОСТИ ЖИДКИХ СРЕД(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Любецкий Николай Васильевич Михнев Валерий Александрович Бадеев Виталий Анатольевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для экспрессного контроля свойств и вязкости жидких сред, содержащее резонатор с исследуемой жидкостью, приемную петлю и петлю возбуждения колебаний,установленных внутри резонатора и соединенных последовательно между собой через сверхвысокочастотный (СВЧ) детектор, микропроцессор, аналого-цифровой преобразователь, СВЧ генератор и генератор пневмоимпульсов со струйной трубкой, подключенные последовательно ко второму выходу микропроцессора, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено термодатчиком, соединенным со вторым входом микропроцессора,в качестве резонатора используется четвертьволновой полый резонатор коаксиального типа (ЧПРКТ) для возбуждения ТЕМ волны, и цилиндрическим диэлектрическим стаканом,в который заливается исследуемая жидкость, причем основание цилиндрического диэлектрического стакана имеет цилиндрическую полость, в которую устанавливается стержень ЧПРКТ.(56) 1. Патент РФ 2179713, МПК 01 11/14,01 20/00 / М.А.Суслин, О.Ю.Кузьменко,Д.А.Дмитриев. Устройство для измерения вязкости. Опубл.20.02.2002 // Бюл.5. 2. Патент РФ 2171978, МПК 01 11/10,01 13/02 / М.А.Суслин, О.Ю.Кузьменко,Д.А.Дмитриев, Макаров. Устройство для определения вязкости и поверхностного натяжения жидкости. Опубл. 10.08.2001. 3. Патент РФ 2180438, МПК 01 11/10,01 20/00 / М.А.Суслин, О.Ю.Кузьменко,Д.А.Дмитриев. Способ определения вязкости жидких сред и устройство для его реализации. Опубл. 10.03.2002. Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к аэродинамическим устройствам для экспрессного и одновременного контроля состава, процентного содержания влаги и вязкости жидкостей (например горюче-смазочных материалов (ГСМ),используемых в авиационной технике). Известно устройство для определения свойств и вязкости жидких сред 1, содержащее цилиндрический объемный резонатор (ЦОР) с исследуемой жидкостью, сверхвысокочастотный (СВЧ) детектор с приемной петлей, СВЧ генератор со штырем для возбуждения колебаний Е 010, микропроцессор, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), аналогоцифровой преобразователь (АЦП), магнитную мешалку и поплавок для создания фиксированного уровня жидкости в ЦОР. Недостатком данного устройства является низкая точность измерения, так как не учитывается температура исследуемой жидкости, ее состав,процентное содержание в ней влаги, а также необходимость создания фиксированного уровня жидкости в ЦОР. Известно устройство для определения свойств и вязкости жидких сред 2, содержащее ЦОР с исследуемой жидкостью, компенсационный объем СВЧ-феррита, тороидальный соленоид, СВЧ детектор с приемной петлей, СВЧ генератор, микропроцессор, ЦАП,АЦП, металлическое сопло, совмещающее в себе функцию также возбуждения колебаний Е 010. Недостатком данного устройства является недостаточная точность измерения вследствие неучета влияния температуры исследуемой жидкости, ее состава и процентного содержания в ней влаги. Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство для определения свойств и вязкости жидких сред 3, содержащее ЦОР с исследуемой жидкостью,СВЧ детектор с приемной петлей, СВЧ генератор, струйную трубку, которая выполняет роль возбуждающего штыря колебания 010, микропроцессор, ЦАП, АЦП, генератор пневмоимпульсов и поплавок для создания фиксированного уровня жидкости в ЦОР. Недостатком данного устройства является низкая точность измерения вследствие неучета влияния температуры жидкости, ее состава и процентного содержания влаги. Кроме того,условие создания фиксированного уровня жидкости в ЦОР (наличие поплавка) ведет к дополнительной погрешности при измерении свойств. Заливка исследуемых жидкостей непосредственно в ЦОР значительно уменьшает производительность контроля, требует очистки (промывки) ЦОР после каждого контрольного испытания. Предлагаемой полезной моделью решается задача расширения функциональных возможностей, повышения точности измерения, а также увеличение производительности контроля. Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что она состоит из резонатора с исследуемой жидкостью, приемной петли и петли возбуждения колебаний,установленных внутри резонатора и соединенных последовательно между собой через СВЧ детектор, микропроцессор, аналого-цифровой преобразователь, СВЧ генератор и генератор пневмоимпульсов со струйной трубкой, подключенные последовательно ко второму выходу микропроцессора, дополнительно снабжена термодатчиком, соединенным со вторым входом микропроцессора, цилиндрическим диэлектрическим стаканом, в который 2 47582008.10.30 заливается исследуемая жидкость и устанавливается внутрь резонатора, в качестве которого используется четвертьволновой полый резонатор коаксиального типа (ЧПРКТ) для возбуждения ТЕМ волны, при этом основание цилиндрического диэлектрического стакана имеет цилиндрическую полость, в которую устанавливается стержень ЧПРКТ. Отличительными признаками предлагаемой полезной модели является наличие термодатчика,соединенного со вторым входом микропроцессора, цилиндрического диэлектрического стакана, в который заливается исследуемая жидкость и устанавливается внутрь резонатора,в качестве которого используется ЧПРКТ для возбуждения ТЕМ волны, а основание цилиндрического диэлектрического стакана имеет цилиндрическую полость, в которую устанавливается стержень ЧПРКТ, что обеспечивает одновременный контроль температуры жидкости, ее свойств (состава), количества влаги в ней и вязкости, при этом значительно повышается точность и производительность измерений. Предлагаемая полезная модель представлена на фигуре. Согласно фигуре, она состоит из ЧПРКТ 1, цилиндрического диэлектрического стакана 2 с исследуемой жидкостью 3, основание которого имеет цилиндрическую полость, в которую устанавливается стержень ЧПРКТ 1, струйной трубки 4, генератора пневмоимпульсов 5,микропроцессора 6, ЦАП 7, СВЧ генератора 8, петли возбуждения волны ТЕМ типа 9,приемной петли 10, СВЧ детектора 11 и термодатчика 12. Работа устройства осуществляется следующим образом. Первоначально устанавливают цилиндрический диэлектрический стакан 2 с исследуемой жидкостью 3 определенного количества в ЧПРКТ 1 при горизонтальном расположении исследуемой жидкости. При включении питания микропроцессор 6 формирует пакет импульсов (развертку), которые через первый выход микропроцессора 6 посредством ЦАП 7 управляют перестройкой частоты СВЧ генератора 8, которая изменяется отдо . Время перестройки частоты составляет доли микросекунды, так как используется СВЧ генератор, управляемый напряжением (например, СВЧ генератор фирмы - -2120, частота которого изменяется от 1060 до 2120 МГц при изменении управляющего напряжения от 0,5 до 20 вольт). С помощью петли возбуждения 9 в ЧПРКТ 1 создается электромагнитная волна ТЕМ типа, которая принимается приемной петлей 10 и детектируется СВЧ детектором 11. Продетектированный сигнал поступает на первый вход микропроцессора 6, который определяет значения резонансной частоты з и добротности з ЧПРКТ 1 с исследуемой жидкостью 3. Резонансная частота пустого (без жидкости) ЧПРКТ 1 определяется, главным образом, длинойего внутреннего стержня, которая приблизительно равна /4, гдедлина электромагнитной волны. Длину всего ЧПРКТ 1 выбирают более , чтобы исключить излучение из открытого конца резонатора. ЧПРКТ чаще всего изготавливают из латуни, а на его внутренние стенки наносится тонкий слой серебра для получения высокой добротности. Каждая жидкость имеет свою комплексную диэлектрическую проницаемость и,при ее заливке в ЧПРКТ 1, резонансная частота и добротность последнего уменьшаются и будут строго соответствовать данной контролируемой жидкости при условии, что ее уровень более длиныстержня. Таким образом, для каждой жидкости определяется резонансная частота для ЧПРКТ 1 и запоминается в памяти микропроцессора 6. По значению резонансной частоты можно определить тип исследуемой жидкости. В случае, если в жидкости имеется влага, то кроме изменения резонансной частоты будет изменяться и добротность ЧПРКТ 1. В связи с этим для каждой контролируемой жидкости строится своя калибровочная зависимость от процентного содержания влаги. Подобные калибровочные зависимости от процентного содержания влаги также определяются при различных температурах жидкости и запоминаются в памяти микропроцессора 6. В связи с тем, что свойства жидкостей зависят от ее температуры, то в корпус ЧПРКТ 1 встроен термодатчик 12, который измеряет температуру цилиндрического диэлектрического стакана 2 с исследуемой жидкостью 3 и передает ее значение на второй вход микропроцессора 6. Для исключения срыва СВЧ колебаний, а также удобства работы и увеличения производи 3 47582008.10.30 тельности исследований исследуемая жидкость заливается до определенного уровня в цилиндрический диэлектрический стакан, который устанавливается внутрь ЧПРКТ 1. Основание цилиндрического диэлектрического стакана имеет цилиндрическую полость, в которую входит стержень ЧПРКТ 1, увеличивая, таким образом, зону взаимодействия электромагнитной волны с исследуемой жидкостью. Это позволяет повысить чувствительность контроля для обнаружения в жидкостях влаги при ее малом процентном содержании. Цилиндрический диэлектрический стакан имеет тонкие стенки и изготавливается из прочного диэлектрического материала, имеющего небольшие диэлектрические потери на СВЧ (например, из полиамида). Сдвиг резонансной частоты ЧПРКТ 1 из-за диэлектрического стакана учитывается при калибровке. По измеренным параметрам з, рез и температуре с помощью калибровочных зависимостей микропроцессор 6 определяет свойства жидкости и процентное содержание влаги в ней. После нажатия кнопки Пуск на микроконтроллере 6 последний формирует на втором выходе сигнал, который активизирует генератор пневмоимпульсов 5, в результате чего струя газа через струйную трубку 4 в течение короткого промежутка времени воздействует на поверхность исследуемой жидкости 3, вызывая ее деформацию, и, как следствие, происходит изменение резонанснойчастоты измерительной системы (ЧПРКТисследуемая жидкость), микроконтроллер 6 начинает отсчет времени переходного процесса Тпп. Как только затухают поверхностные возмущения жидкости и резонансная частота системы принимает прежнее значение з, отсчет времени Тпп прекращается. По величине времени переходного процесса Тпп, а также измеренной температуре и определенных свойствах жидкости и наличии влаги, микроконтроллер 6 индицирует значение вязкости. Момент запуска генератора пневмоимпульсов 5 совпадает с временем измерения з. При этом время длительности переходного процесса свободных колебаний поверхности жидкости может быть измерено с высокой точностью,так как длительность измерения резонансных зависимостей ЧПРКТ составляет доли микросекунды, а переходной процесс деформации для различных жидкостей - от долей секунды до нескольких секунд. Кроме того, полезная модель может быть выполнена в малогабаритном переносном варианте и использована в полевых условиях летноиспытательных полигонов для контроля свойств ГСМ. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4