Способ определения вязкости жидкости

 

Изобретение относится к способам определения вязкости жидкостей, которые могут найти применение, например, в химической и лакокрасочной промышленности. Способ включает в себя следующие этапы: воздействуют газовой струей на жидкость с образованием углубления на ее поверхности, осуществляют импульсное воздействие газовой струей, фиксируют временной интервал с момента подачи газовой струи до момента достижения углублением заданного объема, по которому судят о вязкости жидкости. Технической задачей является увеличение точности измерения вязкости исследуемых жидкостей, обладающих большой вязкостью. 5 ил.

Изобретение относится к способам измерения вязкости жидкостей, которые могут найти применение, например, в химической и лакокрасочной промышленности.

Известен способ измерения кинематической вязкости жидких сред, согласно которому создают в исследуемой среде упругие волны, фиксируют сдвиг и амплитуду упругих волн, по величине которых судят о вязкости жидкости (А.с. N 265549, СССР, МКИ G 01 N 11/08. Способ измерения кинематической вязкости жидких сред / И.Ф. Чуприн. Опубл. 09.03.70. Бюл. N 10). Недостатком указанного способа является необходимость контактного воздействия на жидкость.

Известен способ определения вязкости упруго-вязкой среды путем воздействия на нее колебаний, причем равномерно подают среду в жесткую форму, подвергают форму гармоническим колебаниям с заданным режимом вибрирования, измеряют максимальное динамическое давление на дно формы и высоту столба среды, при котором это давление появляется (А. с. N 347034, СССР, МКИ G 01 N 11/00. Способ определения вязкости упруго-вязкой среды / Х.А. Лапсиньш. Опубл. 10.07.92. Бюл. N 24). Недостатком указанного способа является необходимость контактного воздействия на жидкость.

За прототип выбран способ измерения вязкости жидкости путем воздействия газовой струей на жидкость с образованием углубления на ее поверхности, изменяют частоту автоколебаний углубления на постоянную величину путем изменения давления подаваемой струи газа и по этому изменению определяют вязкость исследуемой жидкости. (А.с. N 492787, СССР, МКИ G 01 N 11/08. Способ измерения вязкости жидкости по ее колебаниям. Мордасов М.М., Шаталов Ю.С. Опубл. 25.1 1.75. Бюл. N 43).

Такие признаки прототипа, как воздействие газовой струи на поверхность жидкости и образование углубления на поверхности жидкости, совпадают с существенными признаками заявляемого способа. При исследовании жидкостей со значительной вязкостью, таких как эпоксидная смола, процесс образования устойчивых автоколебаний затруднен. Происходит насыщение жидкости пузырьками газа. Параметры образуемых в таких случаях автоколебаний определяются свойствами смеси жидкость-газ, а не свойствами исследуемой жидкости.

Технической задачей является увеличение точности измерения вязкости исследуемых жидкостей, обладающих большой вязкостью.

Данная техническая задача решается тем, что воздействуют газовой струей на жидкость с образованием углубления на ее поверхности, осуществляют импульсное воздействие газовой струей, фиксируют временной интервал с момента подачи газовой струи до момента достижения углублением заданного объема, по которому судят о вязкости жидкости.

Согласно способу, предлагаемому авторами, фиксируется временной интервал (Δt) с момента подачи газовой струи до момента достижения углублением заданного объема. Для ряда жидкостей (n - количество таких жидкостей) с известными значениями вязкости (η_i, i = 1,2,...,n) экспериментально определяются временные интервалы (Δt_i, i = 1,2,...,n). По известным значениям (η_i, Δt_i,i = 1,2, . . . , n) строится график (фиг. 1). Экспериментальные точки (η_i,Δt_i) аппроксимируются некоторой кривой. Полученную зависимость используют как градуировочную кривую при определении вязкости исследуемой жидкости.

Для конкретной исследуемой жидкости проводят активные действия согласно предлагаемому способу. Фиксируют временной интервал (Δt_x). По градуировочной кривой (фиг. 1) определяют искомую вязкость (η_x). Такой подход характерен для тех способов измерения, когда достаточно трудно аналитически описать процессы, протекающие при измерении. Описанная последовательность широко применяется в измерительной технике.

Технический результат при осуществлении всех указанных признаков выражается в повышении точности измерения вязкости жидкости. Это обусловлено тем, что газовая струя сдвигает некоторое количество жидкости на поверхности. Увеличение точности измерения вязкости жидкости происходит за счет того факта, что измеряется временной интервал с момента подачи газовой струи до момента достижения углублением заданного объема, а не колебания двухфазной системы газ-жидкость.

На фиг. 1 изображена градуировочная кривая зависимости вязкости жидкости от временного интервала. На фиг. 2 приведена структурная схема измерительного прибора для определения вязкости жидкости. На фиг. 3 изображен эскиз двухобкладочного емкостного преобразователя с неравномерным электростатическим полем. На фиг. 4 приведена конфигурация обкладок емкостного преобразователя.

На фиг. 5 изображено измерительное устройство, осуществляющее предлагаемый способ.

Измерительное устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит питающее сопло 1, вход которого соединен с выходом генератора импульсов 2. Выход генератора 2 также соединен с первым входом таймера 3. Выход измерителя объема 4 соединен со вторым входом таймера 3. Сопло 1 находится в непосредственной близости от поверхности жидкости 5.

Генератор импульсов 2 подает расход газа в сопло 1 и одновременно включает таймер 3. Газовая струя, выходящая из сопла 1, образует в жидкости 5 углубление, объем которого определяет измеритель 4. При достижении углублением заданного объема измеритель 4 подает сигнал на второй вход таймера 3 и тем самым останавливает отсчет времени. Чем больше вязкость исследуемой жидкости, тем больший интервал времени необходим для того, чтобы объем углубления достиг заданной величины. По величине этого временного интервала вычисляют искомую вязкость исследуемой жидкости.

Объем углубления на поверхности жидкости возможно определить емкостным, индуктивным, оптическим и другими способами. Далее кратко опишем емкостной способ.

Принцип действия, основные соотношения и пути использования емкостных преобразователей изложены в монографии Туричин А. В., Новицкий П.В. и др. Электрические измерения неэлектрических величин. Изд. 5-ое перераб. и доп. - Л. : Энергия, 1975. - 576 с., стр. 293...301.Методика расчета емкостных датчиков изложена в книге Бухвальц В.П., Тисевич Э.Г. Емкостные преобразователи в системах автоматического контроля и управления. - М.: Энергия, 1972. - 80 с. Биб-ка по автоматике. Вып. 464, стр. 9...27.

Авторы используют измерительный преобразователь, основанный на конструкции, предложенной в авторском свидетельстве N 1430828, СССР, МКИ⁴ G 01 N 11/16. Устройство для измерения вязкости М.М. Мордасов, В.И. Гализдра, Д.А. Дмитриев. Опубл. 15 10. 1988. Бюл. N 38.

Измерительный прибор (фиг. 2) состоит из последовательно соединенных емкостного преобразователя 6, измерительной схемы 7, вторичного прибора 8. Емкостной преобразователь 6 содержит металлический стакан 9 (фиг. 3), внутрь которого помещены диэлектрическая шайба 10 и две обкладки 11 и 12. Обкладка 11 соединена с клеммой 13. Стакан 9 соединен с обкладкой 12 и с клеммой 14, которая заземлена. Клеммы 13 и 14 подключены ко входу измерительной схемы 7. Обкладки 11 и 12 одностороннего емкостного преобразователя 6 расположены одна относительно другой с зазором, уменьшающимся к центру (фиг. 4). Силовые линии электростатического поля, образованного между ними, начинаются на одной обкладке, захватывают углубление на поверхности жидкости и заканчиваются на другой обкладке. Причем из-за того, что расстояние между обкладками 11 и 12 уменьшается к центру, поле концентрируется в области углубления на поверхности жидкости.

Изменение объема углубления приводит к изменению емкости между обкладками 11 и 12. Измерительная схема 7 преобразует величину емкости в унифицированный токовый сигнал, измеряемый вторичным прибором 8. Шкалу вторичного прибора 8 градуируют в единицах объема. По этой шкале считывают значения объема углубления на поверхности жидкости.

Заявленный способ позволяет достаточно просто проводить в автоматическом режиме неоднократные измерения одной и той же жидкости. Это позволяет исключить случайную составляющую ошибки измерения.

Формула изобретения

Способ определения вязкости жидкости путем воздействия газовой струей на жидкость с образованием углубления на ее поверхности, отличающийся тем, что осуществляют импульсное воздействие газовой струей, фиксируют временной интервал с момента подачи газовой струи до момента достижения углублением заданного объема, по величине этого временного интервала судят о вязкости жидкости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5