Ротационный вискозиметр

 

Изобретение относится к технике измерения вязкости и предназначено для повьшения точности ее измерений . Прибор содержит первый внутренний цилиндр 1, первый наружный цилиндр 2, причем цилиндр 1 соединен с вторым наружным цилиндром 3 посредством редуктора Д, содержащего валы 5, 6, 7 и шестерни 8,9, 10, 11. Второй внутренний цилиндр 12 соединен с цилиндром 2. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (g1) 4 G 01 N 1 I/14

3С Гйу р;, g

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

i f3," ц

Т

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП PM (21) 3781152/24-25 (22) 13.08.84 (46) 23.07.86. Вюл. У 27 (?2) Н.Е. Моисеев (53) 532.137 (088.8) (56) Патент США У 4362287, кл. G 01 N 11/14, 1982.

Авторское свидетельство СССР

Ф 991263, кл.. G 01 И 11/00, 1981.. (54 ) РОТАЦИОННЫЙ ВИСКОЗИИЕТР (57) Изобретение относится к технике измерения вязкости и предназначено для повышения точности ее изме-. рений. Прибор содержит первый внутренний цилиндр 1 первый нару кный цилиндр 2, причем цилиндр 1 соединен с вторым наружным цилиндром 3 посредством редуктора 4, содер кащего валы 5, 6, 7 и шестерни 8,9, 10, 11. Второй внутренний цилиндр 12 соединен с цилиндром 2. 3 an.

1245947 тр (а )21 1о .(b<) М отсюд а

)а ь1 о > тр

Изобретение относится к ротационным вискозпметрам и может быть использовано при исследованиях кинетики структурообразования тиксо— тропных жидкостей. 5

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На фиг. 1 представлена кинематическая схема предлагаемого ротацион ного вискозиметра; на фиг. 2 и 3 график 1 и rf зависимостей крутящих моментов М1 и М напряжения сдвига исследуемой и калибровочной жидкостей от относительных угловых скорос— тей вращения цилиндров (ь ы)1 и (.ьы)2 соответственно.

Ротационный вискозиметр включает в себя внутренний цилиндр 1, наружный цилиндр 2, причем первый внут— ренний цилиндр 1 соединен с вторым наружным цилиндром 3 посредством редуктора 4, содержащего валы 5-7, закрепленные в корпусе с возможностью свободного вращения, и шестерни 8-11, жестко установленные на соответствующих валах, второй внутренний цилиндр 12, соединенный жестко с первым наружным цилиндром 2 посредством вала 13, установленного в корпусе с возможностью свободного 30 вращения. Число зубьев шестерен 811 редуктора 4 подобрано таким образом, что угловая скорость вращения наружного цилиндра 3 на небольшую величину превосходит угловую 35 скорость вращения внутреннего ци-. линдра 1.

Вискозиметр работает следующим образом.

Исследуемую жидкость помещают меж-.

46 ду цилиндрами 1 и 2. Между цилиндра- ми 3 и 12 помещают жидкость (ньютоновская жидкость) с постоянным и известнымм коэффициентом динамической вязкости (калибровочная жидкость). От двигателя (не показан) проводят во вращение вал 13 вместе с наружным цилиндром 2 и внутренним цилиндром

l2, при этом на вал 13 (и на систему

1тоследовательных элементов: цилиндр

2, исследуемая жидкость, цилиндр 1, вал 5) воздействует крутящий момент

Мо от двигателя. Под воздействием сил трения (сдвигового напряжения исследуемой жидкости) приводится во вращение внутренний цилиндр 1 с угло.вой скоростью д„, который посред.— ством редуктора 4 приводит во вращение цилиндр 3 с несколько большей угловой скоростью.

Угловая скорость вращения цилиндра 3 больше угловой скорости вращения цилиндра 1 на величину (а >),> определяемую угловой скоростью вращения цилиндра 3 и параметрами шестерен редуктора 4, причем гораздо меньшую по сравнению с самой скоростью вращения. Разность угловых скоростей (ьй )о- делится между относительными скоростями вращения а ) цилиндров

3 и 12 п (bU)„цилиндров 2 и 1 (аь"),= (аи},i (аы)

При этом последовательные элементы: вал 7, цилиндр 3, калибровочная жидкость, цилиндр 12, вал 13, цилиндр

2, исследуемая жидкость, цилиндр 1 и вал 5 оказываются дополнительно нагруженными крутящим моментом М

ТР (моментом сит трения калибровочной жидкости) сдвигового напряжения калибровочной жидкости, причем где К вЂ” постоянная, определяемая геометрическими размерами полости между цилиндрами 3 и 12 и вязкостью калибровочной жидкости (аь>) — угловая скорость вращения цилиндров 3 и 12 относительно друг друга.

Крутящий момент М сдвигового напряжения исследуемой жидкости равен сумме крутящего момента M двигатео ля и момента М„

О+

Предположим„что цилиндры 1 и 2 относительно друг друга не вращаются, т.е.(ай)ь равна нулю. Тогда по закону сохранения энергии мощность дви- гателя выделяется в виде тепловой мощности в калибровочной жидкости между цилиндрами 3 и 12.

12

3 (лИ) о и М=М +M =M (1+ -- †--) ь тр тр 62

1 так как (ау)„ много меньше и,, то

rc ()..

Динамический коэффициент вязкости исследуемой жидкости определяют делением крутящего момента М, рассчитанного по формуле M-K (лИ), где К вЂ” известный калибровочный коэф" фициент; (ьи) — измеренная относительная скорость вращения цилиндров

3 и 12, на измеренную (например, тахометрами) относительную скорость вращения (ы)1 цилиндров 2 и 1.

Статическое напряжение сдвига структуированной жидкости определяют следующим образом.

Исследуемую и калибровочную жидкости помещают в соответствующие межцилиндрические полости и двига телем приводят вал 13 во вращение, с достаточно малой скоростью, при которой крутящий момент М исслеФ дуемой жидкости меньше статического напряжения сдвига. Непрерывно увеличивают скорость вращения вала .13, тем саум увеличивая крутящий момент М до начала относительного вращения цилиндров 2 и 1 (определяемого тахометрами), и по известному калибровочному коэффициенту К и измеренной скорости (4ы) рассчитывают статическое напряжение сдвига.

:После начала относительного вращения цилиндров 2 и,I (начала разрушения структуры -исследуемой жидкости) происходит перераспределение относительных скоростей вращения (вы цилиндров 2 и 1 и (вс>) цилиндров 3 и 12, а именно (аы), уменьшается, следовательно, уменьшается и крутящий момент М, что обеспечивает приостановку процесса разрушения структуры жидкости. При постоянной скорости вращения вала 13 (вращения

45947 4 вала двигателя) между крутящими моментами напряжения сдвига M иссле1 дуемой и М калибровочной жидкостей наступает динамическое равновесие, определяемое точкой А пересечения графиков T u II (фиг. 2). Динамичес кое равновесие .устойчиво, что можно показать следующими рассуждениями.

Предположим, что скорости (arJ),и (ьс ) относительного вращения цилиндров в силу каких-либо причин изменились, например (4И) увеличилась; (временное внешнее торможение вала 6), а (4о уменьшалсь (фиг. 3>, при этом

15 крутящие моменты М1 и М, действующие на вал 6 (фиг. 1) ° также изменяются, причем М меньше И, (фиг. 2), что приводит к увеличению скорости вращения вала 6, следовательно, к увеличению скорости вращения цилиндра 3 н увеличению (ьы), т.е. восстановлению равновесия. С течением speмени в результате структуирования исследуемой жидкости ее напряжение сцвига возРастает (фиг.2, график !), при этом крутящий момент М увеличивается, а относительная скорость вращения (i d)), цилиндров 2 í I уменьшается. Зависимость от времени момента М и относительной скорости (° Ì), является наиболее полной характеристикой динамики структуирования тиксотропных жидкостей, Формула изобретения

Ротационкый вкскозкметр, содержащий корпус н первые внутренний и наружный цилшидры, о т л и ч а ющ н и с я тем, что, е целью повьапе4О ния точности измерения, внутренний цилиндр посредством редуктора соединен с соосным с первым н вторым наружным цилиндром, внутри которого соосно с ним расположен второй внут-.

45 ренний цилиндр, жестко соединенный с первым наружным цилиндром.

1245947 (ВМ) J м, Составитель В. Вощанкин

Техред Я. Ходанич

Корректор Г. Решетник

Редактор О. Юрковецкая

Заказ 3990/34

Тираж 778

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4