8.2.4. Вибрационные вискозиметры

В последние годы широкое распространение получают вибра­ционные вискозиметры, преимуществами которых являются широ­кий диапазон измерения, высокая чувствительность и точность, а так­же возможность создания общепро­мышленных унифицированных при­боров, предназначенных для работы в различных условиях и для анализа разнообразных сред, начиная от не­агрессивных ньютоновских жидко­стей и кончая сильно вязкими пище­выми продуктами типа теста, опары, карамельных начинок, фруктовых паст, пюре и т. п.

Рис.8.5. Структурная схема вибрационного вискозиметра

Вибрационные вискозиметры ос­нованы на измерении частоты или амплитуды вынужденных колебаний тела определенных объема и массы, помещенного в анализируемую жид­кость, являющихся функцией вязко­сти этой жидкости.

В вибрационных вискозиметрах используются две схемы изме­рения параметров, связанных с вязкостью среды: измеряют затухание свободных колебаний пластинки, погруженной в контроли­руемую среду, или измеряют амплитуду вынужденных колебаний такой же пластинки, находящейся под действием периодически воз­никающей силы с постоянной характеристикой.

Принцип действия вибрационного вискозиметра (рис. XIV.5) основан на измерении амплитуды вынужденных колебаний. В ем­кость 1, в которой находится анализируемая жидкость, опускается вибрационная насадка 2, получающая колебания от электромаг­нитного возбудителя 3. Напряжение, пропорциональное амплитуде вынужденных колебаний насадки 2, снимается с электромагнит­ного приемника (адаптера) 4 и подается на усилитель 5, с которо­го сигнал измерительной информации поступает на прибор 6.

8.3. Акустические вискозиметры

В акустических вискозиметрах выходной сигнал измерительной информации является функцией акустических свойств анализируе­мой жидкости. По принципу действия акустические вискозиметры можно подразделить на приборы, в которых используется зависи­мость скорости распространения акустических волн от вязкости анализируемой среды и приборы, в которых используется зависи­мость затухания акустических волн от вязкости анализируемой среды.

Акустические вискозиметры по принципу действия сходны с ме­ханическими вибрационными приборами, однако колебания их чув­ствительного элемента, как правило, имеют частоту свыше 20 кГц, т. е. используются ультразвуковые колебания, в чем и состоит от­личие измерительных схем этих двух видов средств измерений.

Как известно, в ультразвуковых приборах в качестве источников и приемников ультразвуковых излучений (волн) применяются пьезоэлектрические преобразователи из кристаллов кварца, а так­же из сегнетовой соли и керамики титаната бария. Для низких час­тот ультразвука могут применяться также магнитострикционные источники излучений, однако в измерительной технике они использу­ются редко.

Величина пьезокоэффициентов пьезоэлектрических пре­образователей невелика, что ведет к необходимости использования достаточно сложных электронных усилительных устройств.

В вискозиметре по скорости распространения ультразвука в ана­лизируемой среде (рис. 8.6) от высокочастотного электрическо­го генератора 1 к источнику ультразвукового излучения 2 периодически (импульсивно) подается электрический ток, преобразуемый излучателем 2 в ультразвуковые колебания. Одновременно с пода­чей импульса к излучателю 2 ток подается и в смеситель 5, с по­мощью которого осуществляется отсчет отрезков времени малой длительности.

Время прохождения ультразвука через анализируемую жид­кость 3 с момента его поступления в жидкость от излучателя 2 и до достижения приемника излучения 4 определяется свойствами жидкости, в том числе и ее вязкостью. Сигнал от приемника излучения 4 подается также на смеситель 5, где происходит измере­ние времени прохождения ультразвука через анализируемую среду. От смесителя 5 электрический сигнал, пропорциональный времени прохождения ультразвука через анализируемую среду, подается к усилителю 6 и далее после усиления поступает на измерительный прибор 7.

Рис.8.6. Структурная схема вискозиметра по ско­рости

распространения ульт­развука

Вискозиметры второго типа основаны на зависимости затухания в анализируемой среде свободных колебаний ультра­звукового излучателя, представляющего собой ультразвуковой вибратор — пла­стинку, которая опускается одним (свободным) концом в анализируемую жид­кость. В современных промышленных вискозиметрах чаще всего использу­ются магнитострикционные измери­тельные преобразователи с собствен­ной частотой колебаний 25—28 кГц, выполняющие функции как излуча­теля, так и приемника колебаний. Для возбуждения колебаний магнитострикционной пластинки и замера их затухания используется прямой и обратный эффекты магнитострикции. Колебания пластинки вызываются импульсами тока, периодически подаваемыми к вибратору от генератора ультразву­ковых колебаний. Колебания вибратора между двумя возбуждаю­щими импульсами практически затухают до нуля. Механические (ультразвуковые) колебания пластинки, опушенной в анализируе­мую жидкость, в результате изменения ее магнитных свойств ин­дуцируют в обмотке катушки переменное напряжение той же час­тоты и формы. Это напряжение после преобразований управляет частотой повторения возбуждающих импульсов. Таким образом, измерения вязкости сводятся к измерению частоты возбуждающих импульсов, подводимых к чувствительному элементу измеритель­ного преобразователя.

Вискозиметры подобного типа позволяют измерять вязкость в широких пределах с погрешностью ±4% и могут с успехом исполь­зоваться для контроля вязкости многих пищевых продуктов.