Устройство для определения нормальных напряжений в жидкостях

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ, АНОРМАЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ в жидкостях, .содержащее освсимметричное тело с приводом вращения вокруг его оси и систему регистрации разности нормальных напряжений отличающее с я тем, то, с целью расширен ния диапазона измерений в сторону меньших значений нормальных напряжений , оно дополнительно содержит два электрода и источник питания, при этом первый электрод вмонтирован, в полюс осесиммет ичного тела заподлицо с поверхностью и подключен совместно с вторым электродом к источнику питания и системе регистрад ции разности нормальных напряжений. S (Л с: аь 00 VI 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ .СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(51) С 01 К 11 14

ГОСУДАРСТВЕННЬЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ)ТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCH0MY. СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3322306/18-25 (22) ?1.07,81 (46) 23.01.84. Бюл, Р 3 (72) Н.А.Покрывайло, О.Вайн (ЧССР)

3.П.Шульман, И.И.Гольбина и 1 ..М.пашик (71) Ордена Трудового Красного

Знамени ийститут тепло- и массообмена им. A.B.Ëûêîâà (53) 532. 137 (088. 8) (56) 1. Малкин А.Я, и др. Диффузия и вязкость полимеров. М., Химия, 1979, с, 35.

2. Acharya А., Maashaht,,"Rect. acta". 1978, 17, 3, с. 377

;(прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЗЖНИЯ, :НОРМАЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В ЖИДКОСТЯХ,, содержащее осесимметричное тело с приводом врацения вокруг его оси и систему регистрации разности нормальных напряжений о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расшире ния диапазона измерений в сторону меньших значений нормальных напряжений, оно дополнительно содержит два электрода и источник питания, при этом первый электрод вмонтирован в полюс осесиммет ичного тела эаподлицо с поверхностью и подключен совместно с вторым электродом к источнику питания и системе регистрации разности нормальных напряжений. Ф

1068774

Однако известное устройство также не позволяет измерять малые значения нормальных напряжений, особен. но, у маловязких жидкостей с вязкостью ниже 0,1 Па,с. Кроме тоцо, 65

Изобретение относится к устройст. вам для определения упругих свойств жидкостей и может быть использовано для физико-химического и реодинамического анализа жидкостей йри на" учных исследованиях и в производственных условиях, например, на предприятиях химической, нефтехимической, пищевой промышленностей и в буровой технике.

Известно устройства для определения нормальных напряжений в жидкостях - реогониометр Вейссенберга.

B основе него лежит использование чувствительной пружины или тензоэлемента, воспринимающего осевое 15 усилие, обусловленное нормальными напряжениями, возникающими в упруговяэкой жидкости при ее движении в зазоре между неподвижным и вращающимся дисками (1), Однако такое устройство можно испольэовать лишь для измерений в концентрированных полимерных растворах, характеризующихся сравнительно высокими значениями разности 25 нормальных напряжений. Кроме того, в узких зазорах возникают значительные напряжения, которые приводят к быстрой механической деградации полимерных растворов. 30

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для определения нормальных напряжений, содержащее осе,симметричное тело (шар с.приводом вращения вокруг его оси), и систему регистрации разности нормальных напряжений, Она работает следующим образом, При вращении в вяэкоупругой жидкости эа счет действия нормаль ных напряжений изменяется характер течения около ее поверхности — изменяет ся меридианаль на я сост авляющая скорости жидкости непосредственно вблизи поверхности, Для того, чтобы определить такое изменение скорости, 45 в жидкость добавляют визуализирующие добавки (например, алюминиевый порошок или генерируют водородные пузырьки), а затем фотографируют линии тока и путем расшифровки фото- 50 снимков определяют скорость, а в конечном итоге и нормальные напряжения. При этом ограничения методов визуализации не позволяют использовать шаровые элементы малых разме- 55 ров, при которыХ реализуется нужный режим течения (9 а 10) и влияние разности нормальных напряжений на кинематику течения выражено более силь60 недостатком устройства является трудность пол."чения и записи непрерывного сигнала, что не поэволяет приме нять уст ройст во в автомат и эированных системах контроля параметров упруговязких жидкостей.

Цель изобретения — расширение диапазона измерений в сторону меньших значений нормальных напряжений.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее осесимметричное тело с приводом вращения вокруг его оси и систему регистрации разности нормальных напряжений, дополнительно содержит два электрода и источник питания, при этом первый электрод вмонтирован в полюс осесимметричного тела заподлицо с,поверхностью и подключен совместно с вторым электродом к источни;:у питания и.системе регистрации разности нормальных напряжений.

На чертеже представлено предлагаемое устройство.

Устройство содержит привод 1, осесимметричное тело (например, шар) 2, закрепленное на полом валу 3. В полюс шара эаподлицо с поверхностью вмонтирован электрод 4, выполненный из инертного металла, например платины. Этот электрод совместно со вспомогательным электродом 5 погружен в сосуд б с исследуемой жидкостью и подключен через токосъемник 7 к источнику 8 питания с реостатом 9 и регистрирующим прибором — миллиамперметру 10 и вольтметру 11.

В основе работы устройства лежит следующее.

При вращении осесимметричного тела, например мара, около активного в диффузионном отношении полюса формируется диффузионный пограничный слой. Его основными особенностями являются малая толщина 6 (4 0,005 мм) и сильная зависимость

Я 1 от упругих свойств жидкости, в частности от разности нормальных напРяжений. Причем с уменьшением диаметра шара влияние упругих свойств становится более значительным. Кроме того, расположение s полюсе активной в диффузионном отношении поверхности (в нашем случае поверхности электрода) обеспечивает очень важное свойство - равнодосгупность в диффузионном смысле. Это означает, что толщина диффузионного слоя (а следовательно, и локальная величина диффузионного тока), не зависят от продольной координаты. 1акое свойство дает возможность определять разность нормальных напряжений 9() за счет измерения диффузионного тока Л (М) по простому соотношению и в условиях максимальной чувствитель1068774

Составитель В.Филатова

Редактор О.Вугир Техред Т.Маточка Корректор О.Билак

Заказ .11452/37 Тираж 827 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4 ности по сравнению с иным расположением электрода где — йлотность у

5 радиус шара дн - измеряемая плотность диффузионного тока ч 0е 4891 Е FP ® у/ Ь

F - число Фарадеж - число электронов, принимающих участие в реакции

Q„ - - концентрация электрохимически активного вещества 15

Э.- коэффициент диффузии .. - динамическая вязкость, и уменьшает ошибку определения 9 поскольку исключено влияние размера электрода, истинную величину которо- 2{)

ro не всегда можно точно измерить °

Обычно для измерения диффузионного. тока в случае использования водных растворов полимеров достаточно растворенного иэ воздуха электрохимичес- 25 ки активного кислорода. Однако величина диффузионного .тока может быть повышена при добавлении в исследуемую жидкость в эквималярных количествах 0,005-0,025 моль/л Ферри- ферроцианидов калия.

Устройство работает следующим образом.

В сосуд б заливают исследуемую жидкость с добавками ферри-ферроцианидов ° Устанавливают на электродаж разность потенциалов О,б-0,8 В.

Приводят во вращение вал 3 с электродом 4 .и измеряют величину предельно диффузионного тока. По формуле .определяют значение коэффициента разности нормальных напряжений Фд,.

Использование предлагаемого устройства существенно расыкряет диапазон измерений IIQ сравнению с известными устройствами. Так, для растворов полиэтиленоксида (ПЗО) были измерены нормальные напряжения при концентрации 0,01%, в то .время как на наиболее чувствительном приборе реогониометре Вейссенберга возможны измерения концентрации НЭО не менее 0,3%, для которых нормальные напряжения намного выше. Кроме того, на основе непрерывной регистрации диффузионного тока становится возможным автоматизация процесса контроля параметров упруговязких жидкостей.