10.8 Измерители вязкости
Условной вязкостью называют отношение времени истечения из вискозиметра {согласно стандарту) испытуемого продукта при температуре испытания ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды при температуре 20 °С (293 К), являющемуся постоянной (водным числом) прибора. Величину этого отношения выражают как число условных градусов. При определении условной вязкости нефтепродуктов в лабораториях применяют вискозиметр ВУ-200, газовую или спиртовую горелку, термометры, реактивы и другую лабораторную аппаратуру. Лабораторный процесс определения вязкости трудоемок и длителен (2—3 ч после отбора пробы). Все же процессы нефтепереработки непрерывны, и оператор должен непрерывно получать информацию о состоянии и качестве получаемого нефтепродукта. Такую информацию о вязкости дают автоматические вискозиметры.
Вискозиметры с падающим телом.
При свободном падении твердого тела в жидкости можно считать скорость движения, начиная с некоторого момента, постоянной, при этом сила веса уравновешивается силами вязкостного сопротивления. В случае падения твердого шарика в жидкость справедлив закон Стокса:
,
где: h — динамическая вязкость, g — ускорение силы тяжести,
r
— радиус шарика;
—
плотность шарика;
— плотность жидкости;
v — скорость равномерного движения шарика.
Закон Стокса применим при ламинарном (невихревом) движении однородной жидкости относительно строго сферического шарика. Вискозиметры, автоматически измеряющие время падения твердого тела в жидкости, являются циклическими анализаторами.
Рисунок 10.41. Принципиальная схема вискозиметра с падающим шариком:
7 — резервуар; 2 — мерная трубка; 3 — индукционная катушка; 4 — шарик; 5 — нижняя ограничивающая сетка; 6 — электронный усилитель; 7—верхняя ограничивающая сетка; 8 — шестеренчатый насос; 9— электродвигатель привода шестеренчатого насоса; 10 — блок управления; 11- регистратор
На рисунок 10.41 показана принципиальная схема вискозиметра с падающим шариком. Отборы пробы жидкости в мерную трубку из резервуара или байпасной линии технологического трубопровода производит шестеренчатый насос. При включении насоса восходящий поток жидкости поднимает шарик до уровня верхней ограничивающей сетки, после чего привод насоса автоматически выключается, и шарик начинает падать. Время прохождения шариком участка мерной трубки длиной L измеряют системы из двух индукционных катушек, имеющих первичную и вторичную обмотки, соединенные по дифференциально-трансформаторной схеме. При прохождении шарика через катушку возникает сигнал разбаланса, который усиливается. Выход усилителя использован для включения обмотки соответствующего реле блока управления. Время между срабатыванием двух реле, соответствующее прохождению шарика через верхнюю и нижнюю катушки, регистрируется.
Ультразвуковой вискозиметр типа УЗВ.
Действие вискозиметра основано на измерении реакции жидкости при колебании плоской пластинки с ультразвуковой частотой. В жидкости возникают сдвинутые волны, тормозящие движение пластинки. Сила торможения является функцией вязкости и плотности жидкости.
Рисунок 10.42. Блок-схема вискозиметра УЗВ:
V1 — напряжение возбуждения (величина постоянная);
V2 — напряжение на вторичной катушке (функция вязкости,
умноженной на плотность): 1- датчик; 2- усилитель:
3- показывающий прибор; 4 —фазочувствительный блок;
5 — ограничитель
Прибор непрерывно измеряет вязкость жидкостей с отсчетом по шкале, градуированной в единицах вязкости, умноженной на плотность.
Термистор-датчик, находящийся в технологическом потоке рядом с датчиком вискозиметра {рисунок 10.42), дает возможность получать показания при изменении температуры жидкости в пределах ±10—20 °С (283— 293 К). Калиброванный по амплитуде сигнал вместе с постоянным подмагничивающим током питает первичную катушку датчика V1. Сигнал — напряжение V2 — снимается со вторичной катушки.
Под действием тока возбуждения пластинка колеблется с частотой 25 кгц. При погружении ее свободного конца в жидкость амплитуда колебании уменьшается. Наводимая в результате обратного магнито-стрикционного эффекта во вторичной катушке ЭДС также пропорционально уменьшается. Величина уменьшения э.д.с. является функцией вязкости и плотности жидкости. Снимаемый со вторичной катушки сигнал усиливается усилителем 2 и через фазочувствительный блок 4 подается на ограничитель 5. На показывающий прибор 3 для отсчета вязкости сигнал подается после усилителя.