Способ измерения вязкости
Назначение: изобретение относится к области измерений вязкости газов и жидкостей с помощью приборов со сверхпроводимостью и может быть использовано в условиях криогенных температур для контроля за процессами получения, хранения и транспортировки криогенных жидкостей и газов. Сущность изобретения: способ измерения вязкости включает свободный подвес тела, представляющего собой постоянный магнит в форме шара, над сверхпроводником в анализируемой среде, придание телу крутильных колебаний приложением вынуждающего момента, измерение резонансной частоты при максимальной змплигуде, измерение частоты, при которой разность фаз между гармонически изменяющимся вынуждающим моментом и крутильными колебаниями шара по углу равна л/2, а величину вязкости определяют расчетным путем. 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)з G 01 N 11/16
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
il — k гс (21) 4898585/25 (22) 02.01.91 (46) 30.11.92. Бюл, ЬЬ 44 (71) Институт металлофизики АН УССР (72) В.В.Немошкаленко, А.А.Кордюк, А.Д.Морозовский, Б.Г.Никитин и В.А.Рафал овский (56) Голубев И.Ф. Вязкость газов и газовых смесей. Физматгиз, 1959, с. 74-75.
Там же, с, 79-80. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОСТИ (57) Назначение. изобретение относится к. области измерений вязкости газов и жидкостей с помощью приборов со сверхпроводимостью и может быть использовано в условиях криогенных температур для контИзобретение относится к измерению вязкости газов, газовых смесей и жидкостей с помощью приборов со сверхпроводимостью и может быть использовано в условиях криогенных температур для контроля за процессами получения, хранения, транспортировки криогенных жидкостей и газов.
Известен способ измерения вязкости газов и жидкостей, в котором измеряют величину зазора между цилиндрическим грузом, свободно падающим в трубке, заполненной изучаемой средой, и этой трубкой, длину трубки и время прохождения ее грузом. Затем по известному математическому выражению находят вязкость.
Недостатком известного способа является сложность измерения величины за(1() ъЖ.(11> 1 7/86<8 А 1 роля эа процессами получения, хранения и транспортировки криогенных жидкостей и газов, Сущность изобретения: способ измерения вязкости включает свободный подвес тела, представляющего собой постоянный магнит в форме шара, над сверхпроводником в анализируемой среде, придание телу крутильных колебаний приложением вынуждающего момента, измерение резонансной частоты при максимальной амплитуде, измерение частоты, при которой разность фаз между гармонически изменяющимся вынуждающим моментом и крутильными колебаниями шара по углу равна л/2, а величину вязкости определяют расчетным путем. 1 ил. зора с желаемой точностью и поэтому необходимость калибровки по газу или жидкости, вязкость которых известна.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ измерения вязкости газов, газовых смесей и жидкостей по затуханию крутильных коле- О баний, заключающийся в подвесе тела в форме диска на нити, погружении его в изучаемую среду и придании ему крутильных д колебаний приложением вынуждающего момента, измерении периода этих колебаний и логарифмического дахре ;ента их затухания Л и определении вязкости ц по формуле
1778628 р =Осоз(в1+Ла), 15 где О— (2) 10zR
45. (4) 10JxR
2 (5) где т — период колебаний; с — постоянная, зависящая от размеров аппарата и определяемая посредством опыта с газом, вязкость которого точно известна;
k — часть логарифмического декремента, обусловленная трением побочных частей вискозиметра и определяемая особым опытом.
Недостатком этого способа является . низкая достоверность, особенно в области криогенных .температур, из-за гистерезиса упругих свойств нити — подвеса диска и сильной зависимости этих упругих свойств от температуры, а также большая продолжительность измерения декремента затухания.
Целью изобретения является повышение достоверности и экспрессности измерений.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе измерения вязкости, заключающемся в подвесе тела, погружении его в изучаемую среду, придании телу крутильных колебаний приложением вынуждающего момента и определении вязкости, осуществляют свободный подвес тела, представляющего собой постоянный магнит (llM) в форме шара, над сверхпроводником и после придания телу крутильных колебаний измеряют их резонансную частоту mp npu максимальной амплитуде, затем измеряют частоту аЪ, при которой разность фаз между гармонически изменяющимся вынуждающим моментом и крутильными колебаниями ПМ по углу равна.л/2: а величину вязкости определяют по формуле где m — масса ПМ;
R — его радиус, Физическая сущность изобретения заключается в том, что высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП) являются сверхпроводниками 11 рода и ниже температуры сверхпроводящего перехода в магнитном поле Х « Н,1 (Нс — первое критическое поле) магнитный поток проникает в ВТСП, образуя вихревую решетку, которая закрепляется на центрах пиннинга, Когда сила, необходимая для срыва вихрей, больше веса магнита, то магнит в данной точке зависает над ВТСП. С другой стороны, при небольших смещениях магнита происходит упругая деформация вихревой решетки с сохранением магнитной индукции B=const. Это адекватно появле5 нию в системе ПМ-ВТСП упругого элемента, который и задает собственные частоты свободных колебаний ПМ.
Система ПМ-ВТСП является колебательной системой с трением, в которой воз10 буждаются вынужденные колебания, угол поворота магнита описывается уравнением;
20 () „2
2Ав (3)
Ла — разность фаз между гармонически изменяющимся вынуждающим моментом и крутильными колебаниями ПМ по углу;
p — угол поворота ПМ вокруг горизонтальной оси от положения равновесия;
il — коэффициент затухания; и — частота свободных колебаний ПМ
- в отсутствие трения;
30 l= — mR — момент инерции ПМ;
М вЂ” амплитуда вынуждающего момента (момента взаимодействия ПМ с полем соленоида); а- частота изменения этого момента;
О- амплитуда крутильных колебаний.
Как видно из формулы (3), частота крутильных колебаний ПМ со = cop npu
Ла = я/2. При заданной амплитуде
40 моменты сил М амплитуда колебания максимальна, О = Онасис, при частоте ар= тол — 2 iP
Таким образом, определяя сир и а,л находим коэффициент затухания:
При малых частотах (то (< — и — ) KpyOpR
50 тильных колебаний шара радиусом R в среде с вязкостью ц и плотностью р на шар со стороны среды действует момент сил
М= 8 л улаф. Учитывая (1) и (4), получаем для случая крутильных колебаний шара в среде выражение для динамической вязкости:
1778628
На чертеже представлена схема экспериментального осуществления способа оп- . ределения вязкости, Постоянный магнит (ПМ) в форме шара 1 из $тСо массой m=0,012 r, ра- 5 диусом R - 0,2 см и магнитным моментом р=0,4Гс см свободноподвешивался з над поверхностью высокотемпературного сверхпроводника (ВТСП) 2, охлажденного жидким азотом 3 при помощи хладопрово- 10 да 4, таким образом, что его магнитный момент ф был параллелен поверхности
ВТСП, и погружался в исследуемую среду
5. ВИСП из УВа2Соз07-ь с температурой перехода в сверхпроводящее состояние 15
93 К имел форму таблетки диаметром 4 см и толщиной 0,5 см. Вся система ПМ-ВТСП с исследуемой средой, хладопроводом и жидким азотом находилась в корпусе 6 из теплоизоляционного материала, 20
ПМ придавались крутильные колебания вокруг горизонтальной оси приложением вынуждающего момента от задающей катушки (100 витков) 7, напряжение на которую подавалось от генератора 8, Мак- 25 симальная амплитуда О крутильных колебаний магнита определялась с помощью двух детектирующих катушек (по 10 витков каждая) 9, напряжение с которых подавалось через усилитель на вход Y двухлуче- 30 вого осциллографа 11 и на частотомер 12.
Детектирующие катушки включены последовательно навстречу друг другу и помещены на концах задающей катушки 7, чтобы исключить из снимаемого с них сигнала 35 вклад катушки 7. Блоки 11 и 12 используются для определения: 1) резонансной частоты ер при максимальной амплитуде колебаний О дк ; 2) Частоты ер, при которой разность фаз между гармонически из- 40 меняющимся вынуждающим моментом, задаваемым генератором 8, и крутильными
X колебаниями ПМ по углу Ла = - -.
Примером конкретного выполнения яв- 45 ляется определение вязкости жидкого азота данным способом, которое проводилось следующим образом.
Измерялась частота сор, как частота вынужденных крутильных колебаний ПМ, определяемая по показаниям частотометра 12 при максимальной амплитуде этих колебаний, определяемой по осциллографу 11.
Измерялась частота во, как частота вынужденных крутильных колебаний ПМ, определяемая по показаниям частотомера 12
Л при условии, что Ла =-2-, т.к. при этом из формулы(3) tg(h,а) = оо исав,. Для создания таких условий с помощью генератора 8 подбирали задающую частоту так, чтобы разность фаз, определяемая осциллографом 11, между напряжениями на задающей
7 и детектирующей 9 катушках равнялась к нулю. Это соответствует условию Л а = - - в связи с дополнительным сдвигом фаз в системе колеблющейся ПМ вЂ” детектирующая катушка 9.
Динамическая вязкость среды g опре-,. делялась по формуле (5). В этом случае были получены следующие результаты;
up=2,198 Гц= 13,810 рад/сек, cup=2,206 Гц=13,861 рад/сек.
F1,60 10 г/см с.
Полученное значение g совпадает с точностью 1,3 с известным значением вязкости жидкого азота при температуре 77,33К, что подтверждает достоверность описанного способа.
Использование данного способа по сравнению с известным даст возможность повысить достоверность полученных результатов по определению вязкости, т.к. за. счет бесконтактного подвеса ПМ над ВТСП полностью исключаются гистерезисные явления. Кроме того, он также по сравнению с известным позволяет сократить время измерений, т,е. повысить экспрессность, что происходит за счет измерения в данном способе только частот, а не трудоемкого измерения декремента затухания, как в прототипе.
Способ преимущественно облегчает измерение вязкости газов, газовых смесей и жидкостей при криогенных температурах, что важно при конструировании устройств транспортировки в криогенной области температур, при разработке криогенных машин и приборов в различных областях современной техники.
Формула изобретения
Способ измерения вязкости, включающий погружение тела в изучаемую среду, придание ему крутильных колебаний прило. жением вынуждающего момента и определение вязкости, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности и экспрессности измерений, тело, представi 778628 шара по углу поддерживают равной л/2, а вязкость определяют по формуле ляющее собой постоянный магнит в форме шара, размещают над сверхпроводником и после придания телу крутильных колебаний измеряют их резонансную частоту юр при максимальной амплитуде, затем измеряют частоту йЪ, при которой разность фаз между гармонически изменяющимся вынуждающим моментом и крутильными колебаниями бкй
2 где m — масса шара;
R — радиус шара, Составитель Е. Дульнева
Редактор Т. Купрякова Техред М,Моргентал Корректор З.Лончакова
Производственно-издательский комбинат "Патент", г, ужгород, ул.Гагарина, 301
Заказ 4187 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР . l f3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
