Капиллярный вискозиметр с постоянным перепадом давления

 

1. КАПИЛЛЯРНЫЙ ВИСКОЗИМЕТР С ПОС1ОЯННЫМ ПЕРЕПАДОМ ДАВ ЛЕНИЯ, мерную емкость, со щающуюся через катшляр со сливной емк тью, и измерительную систему, отлич ющийся тем, что, с цепью ловьпиеиия точности измерения вязкости и упрощения методики измерения, мерная и сливная емкопи выполнены цилиндрическими и расположены друг к другу под утлом off , сятределяемым из выражения -т - внутрениие диаметры мерной где О и d и сливной емкостей, М ; 6 и р - коэффициент поверхностного натяжения и плотность жидкости , Н/м, кг/м ; - ускорение стол тяжести, м/с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (И) 3(51) G 01 М 11/Об

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

26 причем . d =1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3343594/18-25 (22) 20.10.81 (4б) 15.11.83. БЬл. У 42 (72) Н. В. Наумчук, В. Г. Погребняк и С; Н. Максютенко (71) Макеевскнй инженерно-строительный институт (53) 532.137 (088,8) (56) 1. Рафиков С. P. и др. Ввведение в физико-химию растворов полимеров. М., "Наука", 1973, с. 194.

2. Рафиков С. P. и др. Ввведение в физико-химию растворов полимеров. М., "Наука", 1978, с. 197 (прототип). (54) (57) 1. КАПИЛЛЯРНЫИ ВИСКОЗИМЕТР С ПОСТОЯННЫМ ПЕРЕПАДОМ ДАВЛЕНИЯ, включающий мерную емкость, сообщающуюся через капилляр со сливной емкостью, и измерительную систему, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения вязкости и упрощения методик и измерения, мерная и сливная емкости выполнены цилиндрическими и расположены друг к другу под углом о, определяемым из выражения ф ф, = arccos— р2 где О и d — внутренние диаметры мерной и сливной емкостей,м;

6 а p — коэффициент поверхностного натяжения и плотность жидкости Н/м кг/м

3. — ускорение сюит тяжести, м/с

2. Висйозиметр по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью измерения вязкости при различных градиентах скорости в течение одного испытания, мерная емкость выполнена

1054740 в виде чередующихся цилиндрических участков с постоянным внутренним диаметром и проточных камер, внутренний диаметр которых отличен от,диаметра. цилиндрических участков.

Изобретение относится к приборам для измерения вязкости, преимущественно неньютоновских жидкостей, и может найти применение, например, для определейия характеристической вязкости растворов полимеров.

Известен капиллярный вискозиметр для исследования реологических характеристик неньютоновских сред. Вязкость определяется по времени опорожнения мерного объема при истечении жидкости через капилляр и перепадом давления, под действием которого происходит истечение. Перед измерениями этот вискозиметр калибруют по жидкостям с известной вязкостью для определения калибровочной постоянной, которая используется во всех дальнейших вычислениях (1) .

Вискозиметры этого типа являются наиболее простыми по конструкции, однако они обладают одним недостатком. По мере истечения исследуемого раствора уменьшаеты перепад давления. Это вносит определенную ошибку в результаты, измерений. При исследовании неньютоновских жидкостей в области большой нелинейности градиентной зависимости вязкости ошибка возрастает, Наиболее близким к предлагаемому является капиллярный вискозиметр с постоянным перепадом давления, включающий мерную емкость, сообщающуюся через капилляр со сливной емкостью, и измерительную систему.

Потеря гидростатического напора, вызванная опорожненнем мерной емкости, компенсируется увеличением давления в нем газа (21.

Однако использование этой конструкции намного усложняет методику проведения эксперимента, поскольку регулировка подачи газа в внскозиметр производится вручную.

А неточности, присущие всем ручным регулировкам, в данном случае являются источником ошибок при определении перепада и, следовательно, вязкости.

Целью изобретения является повьппение точности измерения вязкости и упрощения методики измерения.

Эта цель достигается тем, что в капиллярном вискозиметре с постоянным перепадом давления, включающем мерную емкость, со- причем

Мерная емкость 1 сообщается через калиброванный капилляр 2 со сливной емкостью 3.

Данные емкости выполнены цилиндрическими и расположены друг к другу под угломо .

Вискозиметр работает следующим образом.

Под действием гидростатического напора

Но происходит истечение. Опорожняется мерная емкость 1 и заполняется спивная емкость

3. 3а некоторое время уровень жидкости .в мерной емкости 1 перемещается из положения Ао в положение А, В сливной емкости 3 мениск жидкости за это же время перемеща45 ется из положения Бо в положение Б. За это же время объем жидкости в мернойемко2 общающуюся через капилляр со сливной емкостъю, и измерительную систему, мерная и спивная емкости выполнены цилиндрическими и расположены друг к другу под уг5 Лом 2 а =avccoS (1)

ЯГ

3 =) (2) где г1 — внутренний диаметр мерной емкости, м;

Π— внутренний диаметр сливной емко Ф сти, м; !

5 т — поверхностное натяжение исследуемой жидкости, Н/м; — плотность исследуемой жидкости, кг/м; — ускорение силы тяжести, м/с . . 2

Кроме того, с целью измерения вязкости при различных градиентах скорости в течение одного испытания, мерная емкость выполнена в виде чередующихся цилиндрических учаотков с постоянным внутренним диаметром и проточных камер, внутренний диаметр которых отличен от диаметра цилиндрических участков.

На фиг, 1 показан вискозиметр, заполненный исследуемой жидкостью, общий вид; на фиг. 2 — конструкция вискоэиметра, позволяющего при одной заправке снимать градиентную зависимость вязкости. где Д вЂ” диаметр проточной камеры, м.

Равенство расходов жидкости в мерной и сливной емкости запишется аналогично равенству (6) для варианта вискозиметра на фиг. 1

Q>((Б — Б) =cos (А — А), учитывая соотношение (7), получим (So — Б) > (Ao — A)

Иными словами, при прохождении мениском проточной камеры, уровень жидкости в сливной емкости снижается на большую величину.

30 Вследствие этого увеличивается гидростатиче- ский напор.

Методика определения вязкости на описанных вискозиметрах аналогична используемой при работе на вискозиметрах Уббелоде и

Эйгнера.

Время опорожнения мерного обьема опре- деляют благодаря измерительной системе в виде фотоэлектронного хронометра.

Благодаря выполнению в капиллярном ви

40 скозиметре с постоянным. перепадом давления мерной и сливной емкостей цилиндрическими, расположенными друг к другу под углом аС, определяемым из описанного соотношения, ловьшиется точность измерения вязкости, и, 45 кроме того, упрощается методика измерений по сравнению с методикой, употребляемой для известных вискозиметров с постоянным перепадо м давления.

3 1054 сан! уменыпается, а в сливной емкос1и 3. увеличивается на одну и ту же величину дЧ ,ъ 2 р,Ч = — (А -А)

)А 4 О (3) г

5 и 6V = — Х

Ь (4) соответс1венно.

Здесь Х вЂ” длина сливной емкости, заполненной жидкостью за время измерения. Проекция этого отрезка на вертикальную ось

10 .равна разности уровней Бр и Б (Б — Бу = сов М.Х

Тогда равенстяо (4) перепишется, как

Ъ 2

4 (о

cos g !5

Так как )аЧ = ьЧ1(, то выражения .(3) и (5) дадут 2 я — — (Б — Б) = — (Ао — А)

cosat 4 (6) — (Б — Б) =cos oC. (Ао — A) р 2 Р 2

Но по условию c!,, =arccos — - или, что то же с3 г D самое, cos с(, = — г . Тогда выражение (6) запишется в виФ (Бо — Б) =(Ao — А)

Это значит, что на сколько уровень жидкости понижается в .мерной емкости 1, на столько же он понижается и в аливной емкости 3: Следовательно, истечение в данном вискозиметре при соблюдении условия (1) происходит при постоянном перепаде давления. Уатовие (2) получено эмпирически. Оно ограничивает диаметр дриемной емкости с тем, чтобы исследуемая жидкость удерживалась в ней за счет сил поверхностного натяжения в "подвешенном" положении.

Дпя того, чтобы при одной заправке снимать градиентную зависимость вязкости, мерную емкость выполняют в виде чередующихся цилиндров 4 с одинаковыми внутренними диаметрами и проточных камер 5 произвольного диаметра.

Вискозиметр этой конструкции работает аналогично описанному, При движении мениска в цилиндрах 4 истечение происходит с постоянной скоростью — при постоянном перепаде давления.

740 4

Однако при прохождении им проточных камер 5 условие (1) нарушается. Легко видеть, что если диаметр проточных камер 5 больше диаметра цилиндров 4, то каждый последующий цикл истечения — прохождение мениском цилиндрических участков — происходит под действием большего перепада. В противном случае истечение в каждом последующем цикле происходит под действием все меньшего и меньшего перепада давлений.

Рассмотрим первый случай

8) Д

Тогда условие (1) или, что то же самое, с!г — — изменяется рг со о(, с 2 — < 1 ° (7)

92 eos М

)054740

Составитель В,Филатова

Техред М Тепер

Корректор А. Лзятко

Редактор С.Тимохина

Заказ 9094/49

Подписное

Тираж 873

ВНННпН Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул, Проектная, 4