Способ определения вязкости

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ с помощью капиллярного вискозиметра путем фиксации уровня среды при постоянном установившемся режиме истечения, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерения за счет учета капиллярного давления, дополнительно фиксируют высоту столба среды, соответствующую началу ее капельного истечения. 1 i (О

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОИИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (5ц4 G 01 N 11/08.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3618508/24-25 (22) 11.07.83 (46) 30.08.85. Бюл. № 32 (72) 1Î.В. Первушин и В.Ф. Лапченко (71) Специальное конструкторскотехнологическое бюро Донецкîro физико-технического института

АН УССР (53) 532.137 (088.8) (56) Овчинников П.Ф., Круглицкий Н.Н.

Михайлов Н.M. Реология тиксотропных систем. Киев. "Наукова думка", 1972, с. 47.

Авторское свидетельство СССР

¹ 202578, кл. G 01 N 11/00, 1967.

„„SU„„1176213 A (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ с помощью капиллярного вискозиметра путем фиксации уровня среды при постоянном установившемся режиме истечения, о т л и ч а ю щ и Й с я тем, что, с целью повышения точности измерения за счет учета капиллярного давления, дополнительно фиксируют высоту столба среды, соответствующую началу ее капельного истечения.

15 истечения.

Устройство для измерения вязкости газа, (фиг.2) содержит прозрачную измерительную трубку 1 со шкалой. 40

Верхний конец трубки герметично закрыт пробкой 2, в которую вмонтирован капилляр 3. Измерительную трубку 1 заполняют исследуемым газом посредством системы 4 подачи газа. Измери- 45 тельная трубка 1 помещена в прозрачную емкость 5, заполненную жидкостью

6. Для измерения установившегося расхода струйного истечения газа отбор газа при истечении его из калил- 50 ляра 3 осуществляется гибким пробоотборником 7, свя анным с измерительной емкостью 8, заполненной эталон" ной жидкостью.

Для определения вязкости жид- 55 кости измерительную трубку 1 устанавливаю ". вертикально и посредством системы 4 подачи жидкости заполняют

1 11762

Изобретение относится к области исследования химических и физических свойств веществ, в частности к контрольно-измерительной технике, и может быть использовано для опреде- 5 ления вязкости широкого круга жидкостей и газов.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет учета капиллярного давления.

На фиг.1 приведено устройство, реализующее предлагаемый способ, (для определения вязкости жидкости), на фиг.2 — то же, для определения вязкости газа.

Устройство (фиг.1) представляет собой прозрачную измерительную трубку, 1 с внутренним диаметром 1-3 см и длиной 30-50 см, на которую нанесена измерительная шкала с ценой де- 20 ления 1 мм. Нижний конец трубки 1 герметично закрыт пробкой 2, в которую вмонтирован капилляр 3. Для проведения экспериментов с различными жидкостями, как обычными так 25 и криогенными, предусмотрена возможность использовать несколько капилляров с различными (0,1-2 мм) внутренними диаметрами. Длина капил. ляра 3 1-5 см. Измерительную трубку 30

1 заполняют жидкостью посредством системы 4 подачи жидкости. Исследуемая жидкость из трубки 1 через капилляр 3 истекает в емкость 5 с нанесенной на нее шкалой для 35 измерения установившегося расхода

13 2 ее исследуемой жидкостью. При появлении на выходе капилляра 3 капли жидкости фиксируют высоту столба жидкости Нд, соответствующую началу капельного истечения, продолжая заполнять трубку 1 жидкостью. В момент перехода капельного истечения в струйное снова фиксируют высоту

Н столба жидкости, вызывающую струйное истечение. Затем регулируя посредством системы 4 подачи жидкости подачу жидкости в измерительную трубку 1, добиваются постоянного установившегося режима струйного истечения таким образом, что происходит уравновешивание процессов заполнения измерительной трубки 1 и истечения жидкости через капилляр 3. При достижении системой установившегося режима, измеряют высоту Н» столба жидкости, соответствующую этому режиму (значение ее Н + как правило, превышает значение высоты Н, соответствующей моменту перехода капельного истечения в струйное).. Измерение высоты столба жидкости осуществляют, например, визуально по шкале, нанесенной на измерительной трубке 1,. Затем измеряют установившийся расход струйного истечения по шкале, нанесенной на емкость 5, которую размещают непосредственно под трубкой 1 с капилляром

3. После этого прекращают подачу жидкости, отключая систему 4, и включают счетчик времени. Фиксируют момент t свободного струйного истече1 ния жидкости, когда уровень жидкости достигает заданной отметки Н

Затем в процессе свободного истечения жидкости из капилляра 3 измеряют моменты времени t в которые уровень жидкости проходит заданные фиксированные отметки, соответствующие определенным высотам столба жидкости Н., вплоть до момента перехода струйного истечения в капельное. По полученным результатам измерений вычисляют вязкость р. в режиме усМ тановившегося струйного истечения по формуле (1) и в режиме свободного струйного истечения — несколько значений вязкости и по формуле (2)

3(R (K -Н )

80Й

1176213

Измерение вязкости газа осуществляют с помощью устройства, пред50 ставленного на фиг.2, следующим образом.

Прозрачную емкость 5 заполняют эталонной жидкостью 6, причем температура кипения последней должна быть значительно выше температуры, при которой производят эксперимент.

При необходимости эксперимент про55 где / — динамическая вязкость жидкости в установившемся режиме, кг/м.с; и — const = 3,14;

R — внутренний радиус капилляра, м; — длина капилляра, м;

g — плотность жидкости, кг/м ;

8 — ускорение силы тяжести, M/ñì 0

Q — - объемный расход жидкости в установившемся стационарном режиме истечения, М3 /с.

Н+ — высота установившегося 15 столба жидкости в трубке,м;

Н вЂ” высота столба жидкости, соответствующая началу капельного истечения, м;

S — - площадь поперечного сече- 20 ния цилиндрической измерительной трубки, м ; — начальный момент отсчета

1 времени, с; — последующие моменты отсчета25

J времени, с;

Н вЂ” высота столба жидкости при

1 ее свободном истечении в начальный момент времени м,.

Н, — высота столба жидкости

1 при ее свободном истечении в последующие моменты времени t,м; с., — частное зйачение вязкости, I) определенное по скорости изменения высоты столба жидкости от Н, до Н. в режиме свободного струйного истечения, кг/м -с.

Определяют среднее значение вязкости в ревкоме свободного струйного истечения (р.J а конечное значение вязкости определяют как среднее арифметическое 45

Р + с (3) (з)

2 водят в термостате с окнами. Затем в жидкость 6 погружают измерительную трубку 1, причем уромень жидкости 6 в емкости 5 должен лежать выше выхода капилляра 3, и посредством системы подачи газа 4 заполняют трубку 1 исследуемым газом.

При появлении на выходе капилляра

3 пузырька газа фиксируют высоту

Нр газовой полости, соответствующую началу пузырькового истечения, продолжая заполнять трубку 1 газом.

После перехода пузырькового истечения газа в струйное регулируют, посредством системы 4 подачу газа в трубку 1 так, что прои#Бдит уравновешивание процессов заполнения и истечения газа, т.е. добиваются постоянного установившегося режима струйного истечения. При достижении установившегося режима струйного истечения замеряют высоту Н+ газовой полости, соответствующую этому режиму по шкале, нанесенной на трубке 1. Затем замеряют установившийся объемный расход струйного истечения газа путем . измерения вытесненной газом эталонной жидкости из емкости 8. После этого прекращают подачу газа в трубку 1, включают счетчик времени и последовательно фиксируют моменты времени t. свободного струйного

1 истечения газа, в которые высота газовой полости проходит заданные точки отсчета Н . Измерения проводят вплоть до момента перехода струйного истечения в пузырьковое.

По результатам .измерений в установившемся режиме вычисляют значение вязкости по формуле (1), по резуль татам измерений в режиме свободного истечения вычисляют ряд значений вязкости р.; по формуле (2) и берут среднее значение,к . Затем сопоставляют полученные значения вяэ". кости газа в установившемся и свободном режимах струйного истечения и определяют вязкость rasa как среднее арифметическое по формуле (3) .

Для определения вязкости пользуются трубкой длиной 30 см и внутренним радиусом R = 0,8cM с капилляром длиной 1 = 2 см, внутренним радиусом R = 2,3 -1О см.

Постоянный параметр такого устройства равен

1176213

В Е 5 =8ЕКК .

2 3-10 980 (4) 8-2-0,64

5 см

2,68 .10 сэ

15

1,07 ° 10 - см-с (5) g Н -Н р.=Крлй, >

Ю " а+ 1В

1, 035 .10-э см .с

1 035 .10-э м -с

По формуле (3) определяют значе35 ние вязкости дистиллированной воды

1,03.10 э

r см с кг — 1,0325—

2 м-с — 1,03 "10 м с

2. Определение вязПример

40 кости газа.

Определяют вязкость воздуха при погружении измерительной трубки в дистиллированную воду при 20 С.

При заполнении измерительной трубки

45 воздухом началу пузырькового истечения соответствует высота газовой полости Но = 4 см. При установившемся струйном истечении газа расход заполнения составил Q =

= 5,85 смэ/с, высота газовой полости равна Н+ = 24,1 см. Согласно формуле (1) по данным установивше" гося режима

Таблица 1

Н, см 25 24 23 22 21 20 55

1 с О 18 37 57 79 105

Пример 1. Определение вязкости жидкости. Заполняют измерительную трубку с капилляром дистил лированной водой (при 20 С).

Началу капельного истечения при заполнении и его прекращению при свободном истечении соответствует высота столба жидкости над входным отверстием капилляра, равная Нд

= 3,2 см, Для установившегося расхода заполнения Q = 0,12 смэ/с установившаяся высота столба жидкости равна Н+ = 25,5 см. При вы- . численной постоянной устройства фор. мула (1) принимает вид значение вязкости дистиллированной воды, опредеЛенное по данным измерений в установившемся режиме рав.но л„= 2,68 10 3, 14-0,64

После прекращения заполнения трубки жидкостью, при достижении уровнем жидкости отметки Н = 25 см

1 над выходом капилляра, включают секундомер и начинают отсчет времени истечения. Последовательно фиксируют время прохождения уровнем жидкости отметок Н, = 24 см, Н, = 23 см и т.д. (через каждый сантиметр начиная от Н„ = 25 см). Результаты представлены в табл.).

На высоте Нс = 19,7 см наблюдается переход струйного истечения в капельное. Для интервалов Н -Н

1 2

= 25-24 см и Н„-Н по формуле (2) последовательно ойределяют

t -1

@12. 9, Е Н1Ho н-н, = 2,68 -10

-6 18 r

1 -1О

21,8, см. с

20.8 6

1 0

Ь

Нд-Н

„21 8

16,8

Среднее значение вязкости воды при свободном струйном истечении равно

2,68 .10 3, 14. 0,64 —

У

4 г

2,05 -10 ° см с

Прекращают подачу воздуха и при достижении газовой полостью отметки Н„ = 20 см включают секундомер, последовательно фиксируют время прохождения уровнем жидкости отметок Н = 16 см, Н, = 10 см и Н

= 6 см. При высоте Н = 5,8 см струйное истечение переходит в пузырьковое.

Данные измерений представлены в табл,2.

Таблица 2

Н, см 20 16 10 6 с О 22 7 142

) 1176213 З я рп 2 о . tn— и-н

II — 1,86 -10

t4-4

К К 3 2 68!ОН-Н 6

Э о. Ь—

Н-Н 2

4 о

I0

1,93 -1 см.с а для интервала Н„-Н = (20-6 см) -1

= 2 68 10 14,2

Н-Н 16 о fn—

Н4-Но - 2

1,83 -10-4 см с

Определяют среднее значение вязкости воздуха при свободном струйном

2р истечении

Для интервалов Н„-Н = 20-16 см, Н -Н = 16-10 см и Н -Н4 = 10-6 см

2 3 з соответственно вычисляют г

1 см-с

= Кр 2,68. 10

2 1

11 Н„Но

Н2-Н, = 2,07-10

2,2

16 еп—

/" с 1»925 10 а затем по формуле (3) — значение вязкости воздуха кг

1,988 10

1,988 -10

-5 кг

М ° С °

1176213

Составитель В. Агафонова

Техред N.Êóçüìà, Корректор В. Бутяга

Редактор Л. Веселовская

Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Закаэ 5352/43

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