專利名稱：粘度計的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及裝有變換器的粘度計，該變換器把流體的粘度參數(shù)變換成電信號，包括一設有供待測流體流過的空腔的容器；一牢固連接在所述容器上的支撐件；一振蕩裝置，它的一端牢固安裝到該支撐件上，另一端有一振蕩體；由交流電供電的振蕩驅動線圈和一不變磁場發(fā)生裝置，以便使振蕩體不斷振蕩，以及用來檢測振蕩體的振蕩的檢測裝置。美國專利4,005,599公開了這樣一種粘度計。
現(xiàn)有變換器為扭轉型，包括一殼體，支撐件橫向牢固連接在該殼體的側壁上。該殼體中裝有扭轉裝置，該裝置由振蕩體和扭轉條組成，該振蕩體的一端借助扭轉條連接到支撐件上。振蕩體的另一端可自由運動。振蕩體中裝有永久磁鐵，所述磁鐵的磁力線與粘度計殼體的側壁橫交，該殼體至少在永久磁鐵近旁的部分用非磁材料制成，從而永久磁鐵的磁力線可穿透該殼體。一振蕩驅動線圈與永久磁鐵等高地位于粘度計殼體外部，并與永久磁鐵的南北極方向形成一小角度。振蕩驅動線圈中有交流電流過時，由于振蕩驅動線圈和永久磁鐵的相互作用，就能使振蕩體發(fā)生扭轉振動。
此外，在現(xiàn)有粘度計中裝有檢測振蕩體的振蕩的檢測裝置，而且可從檢測結果確定粘度參數(shù)。
大家知道，許多流體含有鐵粒。因此現(xiàn)有粘度計的缺點在于，待測流體中的鐵粒會附著并集結到振蕩體上，從而造成附加阻尼，人們發(fā)現(xiàn)，少量的附著鐵粒便能大大改變測量結果。因此必須經(jīng)常清掃粘度計。而且，由于永久磁鐵的吸力，振蕩體的清掃并不容易。
本發(fā)明的目的是提供本說明書發(fā)明領域部分所述的一種粘度計，它能避免上述問題，并特別容易清掃。
按照本發(fā)明，該目的這樣達到，把不變磁場發(fā)生裝置設置在不與待測流體接觸的地方，而所述裝置產(chǎn)生的磁力線指向振蕩體，并且，振蕩驅動線圈裝在振蕩體中，其中心線與不變磁力線形成一小角度。
因此，鐵粒不再集結到振蕩體上，從而不用經(jīng)常清掃。
在本發(fā)明一實施例中，不變磁場發(fā)生裝置由至少一塊位于供待測流體流過的空腔的外部鄰近振蕩體處的永久磁鐵構成。只要移開永久磁鐵，就可更容易地清掃粘度計。
在本發(fā)明的一優(yōu)選實施例中，不變磁場發(fā)生裝置由至少一個通以直流電的線圈構成，該線圈位于供待測流體流過的空腔的外部鄰近振蕩體處，其中心線指向振蕩體，在這種布置下，清掃時只須切斷直流電源，或在所述直流線圈中通以交流電。
在本發(fā)明的另一實施例中，檢測裝置是一種加速度檢測器，根據(jù)所述檢測器發(fā)出的信號的振幅和加于振蕩驅動線圈的信號的振幅即能確定粘度參數(shù)。
在美國專利4,005,599所公開的粘度計中，使用反饋來保持振蕩體的扭轉振動，其中，反饋回路的一端接作為檢測振蕩體振蕩的檢測裝置的壓電晶體，另一端接振蕩驅動線圈。
在這種現(xiàn)有粘度計中，須測量由同相和移相信號的反饋所產(chǎn)生的二種頻率。因此，在轉換時必須達到新的平衡狀態(tài)，這就降低了測量的反應速度；無論如何，為了降低轉換現(xiàn)象，對頻率之一的測量必須足夠長。而且，該反饋回路復雜，并且使用了前述位置的永久磁鐵，因此其缺點是待測流體中的鐵磁雜質附著到粘度計簡體上而直接影響測量結果。
本發(fā)明的另一個目的是進一步簡化粘度計。為此，在本發(fā)明一實施例中，加速度檢測器通過移相器接至振蕩驅動線圈。這樣，就可用簡單得多的線路自動保持振蕩，在本發(fā)明粘度計中，不用頻率測量，而是用振幅測量，因此不但線路更簡單，而且測量的分辨率更高。
在一優(yōu)選實施例中，加速度檢測器由兩個壓電條構成，它們互相平行且位于與振蕩體振蕩方向平行的平面上，每一壓電條的一端牢固連接到振蕩體上，連接點沿直徑方向互相相對，而另一端可在振蕩體的振蕩方向上自由運動，并面對相反方向；壓電條的輸出端接至一儀器用放大器的相應輸入端，該放大器的輸出端接至移相器，這樣就可消除振蕩體平移振動的影響。
EP-A-0297012和和US-A-4,905,499的現(xiàn)有粘度計也使用壓電式檢測器。
與本發(fā)明相比較，EP-A-0297032通過測量相位差來確定阻尼。用相移來確定作為相移的函數(shù)的頻率偏移。但在本發(fā)明中，使用90°的相移來獲得對共振頻率的控制。
而且，在現(xiàn)有結構中，控制與檢測耦合到一不受液體阻尼的桿上。接受流體的阻尼的是一根套在該桿外的管子。由于該管子和該桿的剛性存在差別，因此出現(xiàn)兩個振動系統(tǒng)的耦合，這與本發(fā)明形成對照，在本發(fā)明中只有一個振動系統(tǒng)起作用。實際上不可能使該桿的剛性比該管的剛性足夠地大。
US-A-4,905,499的粘度計無法用作流通式傳感器，因為它使用了分離的質體(mass)來獲得振動系統(tǒng)，但按照本發(fā)明，使用了一傳感器，在其中，質體、驅動裝置和檢則裝置位于測量頭中，以便實現(xiàn)單個質體-彈性系統(tǒng)。
下面結合附圖詳述本發(fā)明，在附圖中

圖1簡示本發(fā)明粘度計的變換器的一實施例；圖2為本發(fā)明粘度計的變換器實施例的剖面圖；圖3為沿圖2中直線III-III剖取的剖面圖；圖4為沿圖2中直線IV-IV剖取的剖面圖；圖5為本發(fā)明粘度計電氣部分的電路圖；圖6為本發(fā)明粘度計一實施例裝在一管道中時的部分剖視的正視圖；圖7為本發(fā)明粘度計一實施例裝在一管道中時的部分剖視的側視圖。
本發(fā)明基于如下原理，流體對浸沒在該流體中的振動的振蕩件會產(chǎn)生一種作用，特別是會產(chǎn)生阻尼作用?？墒褂梅答佅到y(tǒng)把能量供給該系統(tǒng)而補償粘滯損耗和其它固有的機械損耗和電損耗，從而保持振蕩件的機械振動。這可通過反饋系統(tǒng)中的放大器來實現(xiàn)。例如，測量振蕩件的共振頻率和阻尼，便可確定復雜的切變粘度。
應用上述基本原理，本發(fā)明粘度計設有比方說把流體的粘度參數(shù)變換成電信號的變換器。所述變換器包括粘度計殼體1和牢固連接到殼體1上的支撐件或底板2。所述底板2支撐一振蕩裝置，它由垂直地牢固連接到底板2上的一扭轉桿3和一振蕩體4構成，該振蕩體4由一圓筒形質體構成，其一端牢固連接到扭轉桿3的自由端上。由扭轉桿3和圓筒形質體4構成的組件須不斷發(fā)生扭轉振動。為此使用一激勵振蕩系統(tǒng)，它包括一磁鐵5和一驅動線圈6。從圖1可見，驅動線圈6裝在圓筒形質體4中，而磁鐵5位于殼體1外部。永久磁體5和驅動線圈6的相對方向安排成驅動線圈6的中心線與永久磁體5的磁力線成一小角度。最好使用第二磁鐵7。
在本實施例中，磁鐵或電磁鐵5置于殼體1外部，但所述磁鐵也可全部或部分地沉入殼體1中。在磁鐵的所謂沉入位置，必須采取措施確保流體不與磁鐵接觸，換句話說，磁鐵必須位于供待測流體流過的空腔的外部，從而與所述空腔分離。圖6和圖7表示磁鐵分開安放的一種結構。
流體或液體8出現(xiàn)在由底板2和比方說殼體1的圓筒形壁圍成的空腔中，而至少是振蕩裝置的圓筒形質體4浸沒在該液體或流體8中。該粘度計可用作流通型粘度計，待測液體比方說可通過底板2上的開口9流入，流過扭轉桿3和圓筒形質體4后從殼體1的頂部開口排出或倒流。其中裝有振蕩體4的殼體1可裝到一管道系統(tǒng)的一管子中，以便不斷地或在任何預定時刻測量流過該管道系統(tǒng)的流體或液體的粘度參數(shù)。
通過從扭轉桿3穿入的驅動線圈6的供電導體12，作為激勵信號的交流電就加到驅動線圈6上。所述激勵信號可用頻率發(fā)生器產(chǎn)生。該激勵信號的頻率和大小可由一微處理器控制。當把激勵信號加到驅動線圈6上時，由于該驅動線圈與永久磁鐵5和7的相互作用，圓筒形質體4就發(fā)生扭轉振動。此時，位于一邊的永久磁鐵的磁力線與位于另一邊的驅動線圈6的磁力線必須形成一小角度。
扭轉振動的振幅可用檢測裝置11測量。檢測裝置11的輸出信號通過穿過扭轉桿3的輸出導體10送到外部。對于一定的激勵信號，檢測信號就是把圓筒形質體浸沒的流體的粘度的量度，該檢測信號(以未示出的方式)被放大、并用帶通濾波器濾波后送往一電壓計，然后由微處理器讀出。
在圖1實施例中，永久磁鐵5和7為電磁鐵，直流電信號加于其線圈上。
顯然可見，若使用永久磁鐵，不會出現(xiàn)鐵粒集結現(xiàn)象。而且，對測量的影響僅由對磁場的干擾造成。
圖1粘度計的優(yōu)點在于，該粘度計特別容易保養(yǎng)，因為它無需象現(xiàn)有粘度計那樣經(jīng)常清掃，在現(xiàn)有粘度計中，由于永久磁鐵裝在振蕩體4中，因此鐵粒或其它磁性雜質會集結到振蕩體上。而且，該粘度計容易清掃，這只須移開永久磁鐵5或切斷加于永久電磁鐵的線圈上的直流電信號，然后就可方便地使用不受磁性吸力阻擋的清洗流體除去集結的鐵粒。因此，該粘度計特別適用于裝入管道系統(tǒng)，因為無需把該粘度計從該管道系統(tǒng)中卸下以從粘度計中拆下振蕩體4單獨進行清掃。無論如何，可使清洗流體流過粘度計的殼體10，無需把粘度計從管道系統(tǒng)中卸下。在清洗時，可把輸?shù)焦╇妼w12的交流電信號和加于永久電磁鐵的線圈的直流電信號都切斷。我們發(fā)現(xiàn)，然后可特別簡單而徹底地進行清洗工作。
圓筒形質體4的側面與殼體1的壁之間的最小距離須滿足如下要求，即當切變波到達壁13時該切變波實際上已消失。對于牛頓液體來說，在2mm距離上且粘度為100mpa、頻率為400Hz時，切變波的振幅衰減成原來的千分之一。
圖2、3和4表示本發(fā)明振蕩體。在圖2的剖面圖中，未畫出線圈和檢測裝置的供電導體和輸出導體。振蕩體4由非磁性或非磁化材料制成，最合適的材料是奧氏體結構的不銹鋼，例如不銹鋼316。在某些應用中，塑料也足以敷用。振蕩體4的頂部和底部封閉。扭轉桿3的一端牢固連接到底蓋15上，所述扭轉桿的另一端牢固連接到底板2上。在殼體中，檢測裝置11在底蓋15上方牢固連接到殼體上，而驅動線圈6用螺絲13和14牢固連接到殼體上(圖2和圖3)。
在本實施例中，檢測裝置11為加速度檢測器。加速度檢測器的優(yōu)選實施例可從圖4中看得更清楚。所述加速度檢測器包括兩牢固連接到振蕩體上的支撐件16、17，所述支撐件16、17在一端分別支撐壓電條18和19。壓電條18和19的另一端可自由運動并分別裝有重塊20和21。
當因交流電加到驅動線圈6上引起振蕩體4發(fā)生來回轉動振動而振蕩體4比方說以箭頭R所示方向轉動時，由于壓電條18和19的慣性并且特別由于裝在壓電條18和19的自由端上的重塊20和21的慣性，因此力K1和K2分別作用到所述壓電條18和19上。力K1和K2使壓電條18和19發(fā)生彎曲，因此壓電條產(chǎn)生檢測輸出信號，該信號可被取出。然后可根據(jù)檢測輸出信號的振幅和加到振蕩驅動線圈上的信號的振幅確定粘度參數(shù)。
但是，作為一種更優(yōu)越的替代方案，可在驅動線圈6和由壓電條18和19構成的檢測裝置之間連接一反饋電路，從而自動保持振蕩裝置的扭轉振蕩，可用比方說一微處理器根據(jù)檢測信號與加于驅動線圈的激勵信號的振幅之比確定待測流體或液體的粘度。本發(fā)明粘度計的測量電路中的所述反饋電路表示在圖5中。
在圖5中，壓電條18和19簡示為由P1和P2表示的壓電件。壓電件P1和P2經(jīng)過并聯(lián)的電阻R1和R2接至一儀器用放大器IA，圖中示出了各極性。在圖5所示的優(yōu)選電路圖中，反饋電路由所述儀器用放大器IA、濾波器F1、移相器FD、增益自動控制器AGC和放大器V1構成，驅動線圈6接放大器V1的輸出。由于壓電件P1和P2、反饋電路和驅動線圈6串聯(lián)，因此可使圖1、2、3和4所示的振蕩體4不斷發(fā)生扭轉振動。
出現(xiàn)在移相器FD輸出端的信號和出現(xiàn)在放大器V1與增益自動控制器AGC之間連接處的信號分別送往微處理器UP的輸入端I2和I3，微處理器UP根據(jù)所述兩信號振幅之比導出通到輸出端O2的粘度輸出信號。微處理器UP輸出端O2處的粘度信號與加到該微處理器上的信號之間存在一定關系，該關系可由實驗確定或計算得出。來自未畫出的、位于振蕩體近旁的一溫度傳感器的信號被送往放大器V2，該放大器的輸出信號送往微處理器UP的輸入端I1。因此微處理器的輸出端O1出現(xiàn)溫度信號。來自溫度傳感器的信號可由微處理器用來進行溫度補償。
為保持扭轉質體(扭轉桿和振蕩體)與底板2之間的機械接合面盡可能小，底板2的慣性矩選擇得比扭轉質體的慣性矩大。
磁鐵5和7附近的所有構件材料，比方說線圈架、支撐件、殼體1的壁、振蕩體4的壁和所有支撐件，都應由奧氏體不銹鋼(比方說不銹鋼316)或塑料之類的非磁性材料制成。而且，最好選擇導熱率盡可能小的材料，以使由渦流造成的振蕩質體的阻尼盡可能小。
上述設計的粘度計變換器的一個巨大優(yōu)點在于，溫度對振蕩體的共振頻率的影響極微，從而通過測得的溫度，微處理器就可方便地進行溫度補償。
而且，粘度計的電氣部分非常簡單，只包括很少元件。
本發(fā)明粘度計的最大優(yōu)點是非常容易保養(yǎng)(清洗次數(shù)極少)，并且，在清洗殼體內部和振蕩體時無需把粘度計從它們裝入的管道系統(tǒng)中卸下。
此外，由于使用了檢測裝置和圖5所示電路圖，本發(fā)明粘度計具有補償振蕩體的平移的優(yōu)點。
若發(fā)生平移振動，而這作為副作用實際上是經(jīng)常發(fā)生的，壓電條18和19就會以相反方向轉動，從而送往儀器用放大器IA的電壓就不會造成輸出的變動。
圖6和圖7示出本發(fā)明一實施例，在該實施例中，本發(fā)明粘度計裝在管子彎頭22中，該管子彎頭22設有把管子彎頭22裝配到管道系統(tǒng)中的固定法蘭23和24。為例示起見，彎頭22在粘度計處被剖開。振蕩體4經(jīng)扭轉桿3連接到底座2上。扭轉桿3和底座2是空心的，供放置在振蕩體4中的驅動線圈以及壓電條的供電導線和輸出導線穿過。底座2用閉塞件25牢固連接到彎頭22上。閉塞件25插入彎頭22的孔26中后用螺絲27牢固連接到圍成所述孔的法蘭上。底座2插入閉塞件25的中心孔28后由固定螺母29牢固固定于其上。從底座2穿出的供電和輸出導線通到裝在殼體31中的粘度計的電路。殼體31用螺絲33和34通過帶有法蘭的圓筒形連接件32旋緊到閉塞件25上。此外，閉塞件25中裝有溫度傳感器35，它通過連接導線36接至殼體1中的相應電路(見圖7)。從圖6中可清楚看到放置在振蕩體4兩邊近旁的電磁鐵5、7之一。電磁鐵5的電磁化材料制成的鐵芯37和相應線圈38裝入在殼體39中，這兩個部件作為一個組件可拆卸地裝入在殼體39中的孔40中。然后，用螺絲42通過帽蓋41進行固定。直流線圈的連接導線通過護管43接到殼體31中的相應電源上。
權利要求
1.一種裝有把流體的粘度參數(shù)變換成電信號的變換器的粘度計，包括一設有供待測流體流過的空腔的容器；一牢固連接到所述容器上的支撐件；一振蕩裝置，它的一端接至該支撐件，另一端為振蕩體；一由交流電供電的振蕩驅動線圈和不變磁場發(fā)生裝置，以便使振蕩體不斷振蕩；以及一用來檢測振蕩體的振蕩的檢測裝置，其特征在于，該不變磁場發(fā)生裝置放置在不與待測流體接觸處，所述不變磁場發(fā)生裝置產(chǎn)生的不變磁力線指向振蕩體，并且，振蕩驅動線圈裝在振蕩體中，其中心線與不變磁力線形成一小角度。
2.按權利要求1所述的粘度計，其特征在于，不變磁場發(fā)生裝置由至少一個永久磁鐵構成，該永久磁鐵位于供待測流體流過的空腔的外部鄰近振蕩體處。
3.按權利要求1所述的粘度計，其特征在于，不變磁場發(fā)生裝置由至少一個由直流電供電的線圈構成，該線圈位于供待測流體流過的空腔的外部鄰近振蕩體處，其中心線指向振蕩體。
4.按權利要求1、2或3所述的粘度計，其特征在于，檢測裝置為一加速度檢測器，粘度參數(shù)根據(jù)所述檢測器發(fā)出的信號的振幅和加于振蕩驅動線圈的信號的振幅確定。
5.按權利要求4所述的粘度計，其特征在于，該加速度檢測器通過一移相器接至振蕩驅動線圈。
6.按權利要求5所述的粘度計，其特征在于，該加速度檢測器由兩個壓電條構成，它們互相平行，并位于一與振蕩體振蕩方向平行的平面內，每一個壓電條的一端牢固連接到振蕩體上，該連接點沿直徑互相相對，而其另一端可在振蕩體振動方向上自由移動且面對相反方向；并且，壓電條的輸出端分別接到一儀器用放大器的兩輸入端，該放大器的輸出端接至移相器。
全文摘要
裝有變換器的粘度計，該變換器包括一設有供待測流體流過的空腔的容器、一牢固連接到該容器上的支撐件以及一振蕩裝置，該振蕩裝置的一端牢固連接到該支撐件上，另一端為振蕩體。一交流的振蕩驅動線圈和一不變磁場發(fā)生裝置用來使振蕩體不斷振蕩。變換器裝有檢測振蕩體振蕩的裝置。該不變磁場發(fā)生裝置放置在無法接觸待測流體處，它們產(chǎn)生的不變磁力線指向振蕩體。振蕩驅動線圈放置在振蕩體中，其中心線與不變磁力線形成一小角度。
文檔編號G01N11/16GK1114745SQ95104749
公開日1996年1月10日 申請日期1995年4月28日 優(yōu)先權日1994年5月2日
發(fā)明者康納利斯·布洛姆, 康納利斯·奧伯勒·范德沃夫 申請人:Vaf設備公司