Способ определения плотности и вязкости жидкостей

 

Сущность изобретения: во время движения шара измеряют превышение уровня жидкости Н в дополнительном сосуде, соединенном с измерительным сосудом через клапан, над уровнем жидкости в измерительном сосуде и по найденным величинам Н и т (время движения шара в измерительной трубке на заданном отрезке пути) по формулам определяют плотность/9Ж и вязкость г}ж исследуемой жидкости. 1 ил.

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 N 9/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

lc (21) 4845444/25 (22) 09,07.90 (46) 23,10.92. Бюл.N 39 (71) Институт теплофизики СО АН СССР (72) В.И.Микута и А.С.Ненашев (56) Авторское свидетельство СССР М 972323, кл, G 01 N 9/10, 1982.

Авторское свидетельство СССР N 527637, кл.G 01 N 9/10, 1976. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ

И ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТЕЙ

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано в химической, нефтехимической, легкой промышленности и других отраслях народного хозяйства для исследования реологических характеристик жидких сред.

Известен способ определения плотности и вязкости жидкостей в замкнутом сосуде путем измерения времени перемещения в исследуемой жидкости двух рабочих тел (шаров) на заданном отрезке пути, причем рабочие тела имеют постоянные размеры и различную плотность и расчет плотности и вязкости.

Недостатком известного способа является увеличение количества рабочих тел, значительное время проведения измерений и расчета плотности и вязкости, недостаточная точность измерений плотности и вязкости.

Наиболее близким техническим решением является способ определения плотности.и вязкости жидкостей с помощью избыточного давления, создаваемого пневмосистемой, и передаваемого через исследуемую жидкость рабочему телу (шару).

„„5U„„1770822 А1 (57)Сущность изобретения: во время движения шара измеряют превышение уровня жидкости Н в дополнительном сосуде, соединенном с измерительным сосудом через клапан, над уровнем жидкости в измерительном сосуде и по найденным величинам

Н и т (время движения шара в измерительной трубке на заданном отрезке пути) по формулам определяют плотность рж и вязкость ж исследуемой жидкости. 1 ил, В указанном способе для определения плотности исследуемой жидкости pz сначала плотность рабочего тела (шара) р> посредством избыточного давления доводят до плотности исследуемой жидкости, а затем при нулевой скорости рабочего тела измеряют плотность жидкости. Сущность способоа предусматривает применение рабочего тела(шара) с первоначальной плотностью, меньшей плотности исследуемой жидкости, способного под действием внешних сил изменять свои размеры с сохранением формы и возвращаться к исходным размерам. К внешним силам относится исследуемая жидкость, давление которой может быть изменено.

При значительном порвышении давления рабочее тело(шар) уменьшает свой объем, плотность становится больше плотности исследуемой жидкости и.оно начинает двигаться вниз, при снижении давления оно возвращается в исходное состояние.

Однако такой способ имеет недостаточную точность определения плотности и вязкости вследствие невозможности создания у рабочего тела идеальной сферы, что зако1770822 номерно отражается на его режиме движения и сказывается на некорректности результатов измерений, а также сложен в осуществлении.

Кроме того, невозможно в замкнутом сосуде, используя избыточное давление для регулирования плотности рабочего тела, контролировать точность размера диаметра шара.

Целью изобретения является повышение точности и упрощение определения.

На чертеже изображено устройство. ре. ализующее предлагаемый способ.

Устройство содержит измерительный сосуд 1, рабочее тело (шар) 2, приемники энергии 3 и 4, подсоединенные к программному устройству 5, дополнительный сосуд

6, соединенный с измерительным сосудом 1 в нижней части через клапан 7, направляющую втулку 8 из неферромагнитного материала, внутри которой находится шток 9, имеющий в нижней части магнит 10.

К штоку 9 подсоединен пружинный тросик 11, который с помощью ползунка 12 может поднимать вверх и опускать вниз шток 9.

Для измерения высоты Н устройство снабжено системой измерения, смонтированной в середине верхней части обоих сосудов, содержащей подвижную металлическую измерительную линейку 13 с ценой деления 1 мм, в нижней части которой жестко закреплены два фиксатора 14 с отметкой на нуле линейки, и подвижный ползунок 15, имеющий с правой стороны фиксатор. Для измерения скорости движения рабочего тела 2, а соответственно и более широкого охвата диапазона вязкостей, к примеру от ацетона до масел, в устройстве предусмотрено изменение нагрузки на рабочее тело 2 с помощью регулирования угла наклона.

В широко распространенных вискозиметрах с помощью шарика углы наклона трубки лежат в диапазоне 60-90О. Система измерения углов содержит лимб 16 на 180О и фиксатор углов 17.

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом

Устанавливают оба сосуда 1 и 6 на заданный угол наклона а, открывают клапан

7 и через один из сосудов 1 или 6 заливают исследуемую жидкость, уровень которой устанавливают выше приемника энергии 3.

Это расстояние Но необходимо для того, чтобы к первой отметке шар 2.подошел в стационарном режиме движения.

Начальное расстояние Но складывается из двух величин: расстояние 40-50 мм (эта величина принята из тех соображений, что и в вискозиметрах типа Хепплерэ с падающим шариком, первая отметка расположена на этом же расстоянии от стартового положения шара, чем и гарантируется выход ша5 ра на стационарный режим движения до подхода к измерительному участку), и половины предполагаемого превышения уровня

Н, т.е, Но=40-50+ Н/2. Но так как величина

Н заранее неизвестна, то можно воспользо10 ваться для определения Н следующей оценкой, например, плотность стального шарика, который чаще всего используется в измерениях, принять 8 г/см, а плотность жидкости — 0,67 г/см, т.е. заведомо более з

15 низкую.

Учитыая что Н = 16г, где гщ — радиус шара. можно рекомендовать превышение начального уровня Но жидкости в измерительном и дополнительном сосудах 1 и 6 над

20 первой отметкой измерительного участка:

Но = (40-50) + 8гш, мм. Поднимают направляющую втулку 8 на 4-5 см выше измерительного сосуда 1 и прикладывают шарик 2 из ферромагнитного материала к магниту

25 10, опускают шток 9 вместе с шариком 2 в измерительный сосуд 1 с таким расчетом, .чтобы шар 2 находился в погруженном состоянии, т.е. рабочее тело 2 занимает стартовое положение. "Старт" шарика из

30 погруженного состояния обеспечивает очень быстрый переход на стационарный режим движения, который устанавливается на той скорости движения, при которой результирующая сила, действующая на шарик, 36 равна нулю.

Для осуществления "старта" рабочего тела 2 с помощью пружинного тросика 11 и ползунка 12 поднимают вверх шток 9, соответственно переместится вверх шар 2, кото40 рый, дойдя до нижней части направляющей втулки 8, отталкивается от нее и начинает свое свободное движение на заданном отрезке пути.

Из-за разности плотностей рабочего те45 ла рш и исследуемой жидкости рж, .где,о >р®, рабочее тело 2 при малом зазоре 0,05+ 0,1 мм и углу наклона перемещается с определенной установившейся скоростью, которая должна соответствовать

50 неравенству VUJ< 0,04 м/с.

После. "старта" шара 2 направляющая втулка 8 отводится вверх, занимая исходное положение над измерительным сосудом 1.

Как только шар 2 начинает свое движение, 55 тэк сразу же в дополнительном сосуде 6 возникает превышение уровня над уровнем в измерительном сосуде 1, которое устанавливается, как только движение шара -станет стационарным. Это превышение Н уравно1770822 вешивает давление, оказываемое движущимся шаром 2 на исследуемую жидкость, и содержит в себе информацию о плотности жидкости.

При прохождении рабочим телом 2 приемника 3 на программном устройстве 5 регистрируется время начала прохожднения, а при достижении второго приемника 4 регистрируется время окончания движения шара 2 на измерительном участке.

Одновременно с этим подается сигнал на закрытие клапана 7. Измерение величины Н производится либо во время.движения шара 2 на измерительном участке, либо после того, как перекроется клапан 7, т.е. будет зафиксирован уровень в измерительном и дополнительном сосудах.

Измеренные значения Н и времени движения шара т на измерительном участке вносятся в программное устройство 5, где рассчитывается плотность рж и вязкость п,„исследуемой жидкости по формулам: р. — — (1)

1+3 Н

4 гщ sin a

tlA — Kr sin a . () где Н вЂ” превышение уровня жидкости в дополнительном сосуде над уровнем в измерительном сосуде, с/м;

p - плотность рабочего тела, г(см; з, rill — радиус рабочего тела, см;

К вЂ” постоянная прибора; г — время движения рабочего тела,с;

a — угол наклона измерительного устройства к горизонтали, градусы.

Формула изобретения

5 Способ определения плотности и вязкости жидкостей, включающий заполнение измерительного сосуда исследуемой >кидкостью, перемещение в ней под действием силы тяжести рабочего тела — шара и

10 регистрацию времени его движения на заданном отрезке пути,отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения определения, используют дополнительный сосуд, подсоединенный к

15 нижней части измерительного сосуда, измеряют превышение уровня жидкости в дополнительном сосуде над уровнем жидкости в измерительном сосуде, а плот20 ность и вязкость находят по формулам

3 Н

1+—

4 rill sin à .Я=

„3 гш . silnla

4 Н где Н вЂ” превышение уровня жидкости в дополнительном сосуде над уровнем в из30 мерительном сосуде; рш — плотность шара; гш — радиус шара;

К вЂ” постоянная прибора; - время движения шара;

35 а — угол наклона измерительного устройства к горизонтали, 1770822

Составитель С.Белаводченко

Техред М.Моргентал Корректор Э.Лончакова

Редактор Г. Бел ьская

Производственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 3736 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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