智能型动态粘度计

　　0　前　言

　　粘度表征液体的内摩擦,指的是一层液体对另一层液体作相对运动的阻力。粘度本身就是许多化工产品的主要质量指标,在炼油厂中实现润滑油的自动掺合,这就需要高灵敏度、高精确度且能实现自动检测的粘度计与之配套。粘度中包含着溶质———高分子化合物的浓度、分子量和聚合度等重要信息,通过对粘度的测量和控制,可控制该溶质的浓度、分子量及聚合度,确定反度终点。符合生产要求的粘度计对提高生产效率和产品质量,往往起着重要的作用。

　　随着微机技术的飞速发展及其在工业控制方面的实际应用,要求粘度计能直接数字输出,便于和微机联网。本文从目前化工工业对粘度计的实际要求出发,根据运动的相对性原理,综合偏转(指针)式指示,旋转式粘度传感及光纤调制技术,设计出一种动态偏转式粘度计,能完全满足上述需要,具有广泛的使用前景。

　　1　双转筒粘度传感器

　　双转筒粘度传感器的结构如图1所示,a表示转筒截面,b表示转筒纵剖面。静止筒1和测量转筒2之间是液体腔,待测液从筒的下侧旁流入,从筒的上侧旁流出,穿过液体腔。测量转筒2和参比转筒4之间用螺旋弹簧3连接,恰似指针式仪表的游丝。1、2、4的上下端面之间分别用滚珠作滚动联接,其间的摩擦力可略去不计。4由电动机带动作反时针旋转(周期为T),其相位由位于转轴位置的光纤(参比光纤)4′米指示。4通过螺旋弹簧3牵动测量转筒2作同方向旋转,其相位由和其内柱面相切的光纤(测量光纤)2′指示。当转动稳定后,2和4转动同步。根据运动的相对性原理,取参比转筒4为参照坐标系,该坐标系的观察者观察到4和2是停止的,2滞后4一个角度φ,4中包含着待测信息。而静止筒1是以周期T作顺时针旋转的。(恰似地球是自西向东转动,而地球上的观察者看到地球是停止的,而太阳则是东起西落)。1对液体的摩擦力矩通过流层传递,转换成液体对2的摩擦力矩,2对4产生偏转力矩为:

　　η———粘度(绝对粘度或动力粘度),单位为泊(P)或厘泊(CP)

　　为传感器结构系数,其中R1是静止转筒1的半径,R2是测量转筒2的半径(R1比R2不应大得太多),h是筒的高度。

　　动力矩使2相对于4产生角位移,使螺旋弹簧3受到扭力矩———测量转筒2的制动力矩

　　(2)式即是角位移的胡克定律表达式,k2是弹性系数。由于转动稳定后M+=M-,由式(1)、(2)可知,φ被唯一确定:

　　式中当ω确定后为一常数———称传感常数。设R1=1.2R2,h=3R2,R2=2cm,k2=2×104达因·厘米/弧度,T=0.2s,则有K=0.005π(1/cp)。