Способ определения кинематической вязкости жидкости

 

Использование: измерительная физика, в частности вискозиметрия. Сущность изобретения: измеряют амплитуду колебаний волнопродукта (пластины, помещенной параллельно поверхности жидкости на некоторой глубине, зависящей от мощности колебательной системы) до момента возникновения (или исчезновения) стоячей поверхностной волны. По измеренной в момент. ее возникновения (или исчезновения) амплитуде колебаний волнопродукта определяют кинематическую вязкость жидкости. 1 ил.

. (l 9) (I! )

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s G 01 N 11/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М

ОО

ЬЗ ь ! >

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4781104/25 (22) 11.01.90 (46) 23,04.92. Бюл. N. 15 (71) МГУ им. М. В. Ломоносова (72) А. В. Ведерко, А. С. Горшков и В. Ф.

Марченко (53) 543.275(088,8) (56) Барр Г. Вискозиметрия. М вЂ” Л.: ГОНТИ, 1938.

Авторское свидетельство СССР

N 1170326, кл. G 01 N 11/16, 1983.

Изобретение относится к измерительной физике, в частности к висмоэиметрии, и может быть использовано в реологических измерениях.

Известные способы определения вязкости жидкости можно условно разделить на статические и динамические.

Один из распространенных статических способов — метод Пуазейля, основанный на измерении времени протекания известного. количества жидкости через капилляр известного диаметра при постоянном давлении столба жидкости и постоянной температуре.

Недостатками метода являются,,большое время измерения и наличие баро- и термостатирующей системы.

Известен динамический способ определения кинематической вязкости жидкости, который заключается в определении коэффициента затухания бегущей поверхностной волны, пропорционального логарифму (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ (57) Использование: измерительная физика, в частности вискозиметрия. Сущность изобретения; измеряют амплитуду колебаний волнопродукта (пластины, помещенной параллельно поверхности жидкости на некоторой глубине, зависящей от мощности колебательной системы) до момента возникновения (или исчезновения) стоячей поверхностной волны. По измеренной в момент. ее возникновения (или исчезновения) амплитуде колебаний волнопродукта определяют кинематическую вязкость жидкости. 1 ил, отношения амплитуд волны, измеренных в различных точках поверхности жидкости.

Недостатком этого способа является требование высокой чувствительности системы индикации, связанное с использованием поверхностной волны малой амплитуды, так как при возбуждении волн большой амплитуды вследствие нелинейности свойств жидкости возникают индуцированные течения, снижающие точность определения искомого параметра.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, основанный на измерении последовательно при нескольких значениях температуры среды параметров погруженного в нее вибратора. В частности, данный способ позволяет определить вязкость жидкости.

Однако диапазон измеряемых значений вязкости ограничен, так как точность известного способа значительно снижается при малых значениях v, что связано с конструктивными особенностями устройства, 1728727

Недостаток этого способа — наличие термостатирующей системы, что приводит к значительному увеличению времени одного измерения.

Цель изобретения — расширение диапазона измеряемых значений кинематической вязкости жидкости в сторону малых значений.

Сущность способа состоит в том, что изменяют амплитуду колебаний волнопрадуктора (пластины, помещенной параллельно поверхности жидкости на некоторой глубине, зависящей от мощности колебательной системы) до момента возникновения (или исчезновения) стоячей поверхностной волны, а по измеренной в момент ее возникновения (или исчезновения) амплитуде колебаний волнопродуктара определяют кинематическую вязкость жидкости.

Явление параметрического возбуждения стоячей поверхностной волны использовалось ранее для определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости.

Однако принципиальным в описанном случае является наличие сосуда-резонатора, в котором возбуждается волна и измерение частоты возбу>кдающей системы, а не пороговой амплитуды возбуждения.

Изобретение а новано на эффекте параметрического возбуждения повер=ностных волн. Суть эффекта заключается в том, чта расположенная горизонтально на небольшой глубине h прямоугольная пласти-, на-волнапродуктор, совершающая гармонические колебания с круговой частотой 0 =2 F в вертикальной плоскости вызывает появление переменной составляющей ц у ускорения свободного падения g такой, что при g ) ап >р (апрр пороговое значение) на поверхности жидкости возбуждается стоячая поверхностная волна с круговой частотой в =2л Р, вдвое меньшей

Q Это справедливо для любого диапазона длин поверхностных волн, однако выбран диапазон капиллярных длин волн (А 1,7 см, Л- длина волны),что позволило создать весьма компактную установку, Независимо ат способа возбуждения круговая частота N капиллярных волн на поверхности глубокой (б»Л, б — глубина жидкости) жидкости связана с волновым числом к = .2 zt/А дисперсионным соотношением

QP =- к о з

Р (1) где сг коэффициент поверхностного натяжения; р — ее плотность.

Для согласованнога слоя порог параметрической генерации поверхностных волн определяется из решения уравнений

ГС I = ((Р,OP! М2)2 (y!)2); (2

y = 2 ю 0/ Чгр, где I — длина волнапрадуктара; A>i — пороговая амплитуда накачки; Чрр — групповая скорость волны, определяемая как производная б в/аК иэ (1), Порог параметрической генерации определяется не только диссипативными потерями у, но и размерами области возбуждения, Физически эта означа-ет, чта подводимая мощность расходуется не только на кампенсаци:а потерь, на и на излучение полн с торцов области воэбу>кдения.

Определив па измеренному значению

А„" р коэффициент затухания у, можно вычислить =;гы-р

Зо (3)

В пределе малых потерь

25 (y (р (2) < (1)

v = — — ((All I |Р) — (ж2 Я), (4)

>т р а в пределе больших потерь

30 (yÓ (" К)а) ((пор I K2)2 2) / (5)

На черте>ке приведена схема устройства для реализации способа.

Устройство для определения кинематическай вязкости жидкости состоит иэ волнопрадуктара 1, механической колебательной системы 2, жестко с ним связанной, задающего генератора 3 синусоидальнога напря>кения, амплитуда и частота сигнала которого может плавно изменяться, Измерение электрической амплитуды сигнала производится вольтметром 4. Фиксирование момента возбуждения (срыва) поверх45 ностных субгарманических волн осуществляется системой 5 индикации.

Определение относительных значений кинематической вязкости осуществляется следу ощим образом.

Валнопродуктор 1 (ширинай bail, и длиной I=10b) помещают на глубине h =0,5 — 1,5 см параллельно поверхности жидкости и устанавливают частоту возбуждения в диапазоне 40 — 50 Гц (этат диапазон относится к области капиллярных длин волн, но в то же время для возбуждения поверхностной вол ны нужна небольшая механическая мощность), Увеличивая амплитуду сигнала генератора 3, добиваются появления поверхностной стоячей волны, фиксируемой сис1728727 превышал 2%, а погрешность определени при сравнении со справочными данными не превышала 4%, Время одного измерения составляло 0,5 — 1,0 мин, В экспериментах использовалась зондовая система индикации, применимая лишь для электропроводных жидкОстей. Это обстоятельство не сужает класс исследуемых жидкостей, поскольку для определения вязкости неэлектропроводных жидкостей может быть использована оптическая система индикации.

Составитель А.Ведерко

Техред M.Ìoðãåíòàë КоРРектоР 0.Кравцова

Редактор А.Мотыль

Заказ 1402 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва„Ж-35, Раушская наб., 4!5

Производственно-издательский комбйнат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 темой 5 индикации. По прибору 4 фиксируют Ub. Аналогично определяется Uc> по моменту исчезновения поверхностной волны.

По измеренным Up и Оср вычисляют Unop

Unop = 1/2 (Ub + Ucp). (6) 5

Такую процедуру проводят два раза для эталонной и исследуемой жидкости, погружая волнопродуктор на одну и ту же глубину и оставляя неизменной частоту возбуждения, Взяв из таблиц значение кинематиче- 10 ской вязкости эталонной жидкости рэт. а также значения плотности р и коэффициента поверхностного натяжения писследуемой и эталонной жидкостей, по формуле, полученной из (1) и (3), on ределя ют значение кинематической вязкости исследуемой жидкости иссл / р т иссл п0р (0и« сл) Ь

О- сЫР20

Способ использован для относительных измерений кинематической вязкости дистиллированной воды (в которую для электропроводности добавлена поваренная соль) при различной температуре, измеряемой 25 спиртовым термометром. Привязка осуществлялась по значению v при l = 15 С. Разброс экспериментальных значений не

Формула изобретения

Способ определения кинематической вязкости жидкости, включающий измерение амплитуды колебаний волнопродуктора, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых значений кинематической вязкости жидкости в сторону малых значений, изменяют амплитуду колебаний волнопродуктора до момента возникновения или исчезновения стоячей поверхностной волны, а по измеренной в момент ее возникновения или исчезновения .амплитуде колебаний волнопродуктора определяют кинематическую вязкость жидкости.