Капиллярный вискозиметр

Использование: на химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих предприятиях и заводах. Сущность: в вискозиметре система нагружения и подачи измеряемой жидкости содержит шприц для подачи точно дозированного объема воздуха в цилиндрическую гильзу через трехходовый кран, которая соединена с капиллярной трубкой трехходовым краном, мерный стакан, связанный через трехходовый кран с дифманометром, при этом шприц, цилиндрическая гильза, мерный стакан имеют равные диаметры и одинаковые объемы, причем измеряемая жидкость вытесняется из цилиндрической гильзы через капиллярную трубку в мерный стакан. Технический результат: упрощение конструкции капиллярного вискозиметра и повышение его технологичности. 1 ил.

 

Капиллярный вискозиметр относится к технике измерения вязкости различных неорганических и органических жидкостей, а также нефтей и нефтепродуктов, получаемых на химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих предприятиях и заводах, где показатель вязкости у выпускаемых ими продуктов является величиной, определяющей их качество.

В настоящее время для измерения вязкости применяются: капиллярные вискозиметры; вискозиметры с падающим телом; вискозиметры с измерением крутящего момента (ротационные); вибрационные вискозиметры (Основы автоматики и автоматизации химических производств, А.В.Казаков, П.В.Кулаков, Ю.К.Мелюшев, М., Машиностроение, 1970 г., с.164-170). Работа данных вискозиметров основана на определении силы сопротивления, возникаемой между слоями измеряемой жидкости при движении их в ламинарном режиме в общем потоке и одновременном скольжении друг относительно друга. Движение потока слоями создается с помощью различных движущихся и вращающихся механических узлов, образующих в каждом конкретном случае систему дозирования и подачи измеряемой жидкости с постоянным расходом.

Недостатки данных вискозиметров. Наличие механических узлов, предназначенных для создания вращательных, возвратно-поступательных, пульсирующих и прочих движений в слоях измеряемой жидкости усложняет конструкцию вискозиметров, понижает их эффективность при эксплуатации и ограничивает применение для измерения вязкости жидкостей непосредственно на технологических линиях в производстве, реакторах, рабочих емкостях, транспортных трубопроводах.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению относится капиллярный вискозиметр, защищенный А.С. №1010517, СССР, МКИ G 01 N 11/04 от 07.04.83 г., БИ №13. Данный капиллярный вискозиметр состоит из: системы нагружения и подачи измеряемой жидкости в капилляр под давлением; системы термостатирования измеряемой жидкости; системы измерения и регистрации величины вязкости. Образуемая данными системами конструкция капиллярного вискозиметра содержит корпус, закрепленный внутри него термостат, поворотную головку с установленной на ней устройством нагружения, включающим привод, шток, пружину, платформу, упругий элемент, съемную емкость в виде гильзы, жестко установленной в гильзе капилляр, измеритель силы давления, регистратор силы нагружения, отградуированный в единицах динамической вязкости, элемент, передающий усилие.

Работает прототип следующим образом. В термостат устанавливается гильза, заправленная измеряемой жидкостью. В таком исходном положении удерживается пружиной, которая отрегулирована таким образом, что элемент /стакан/ в исходном положении касается верхнего конца штанги, а нижний конец опирается на силоизмеритель. При перемещении гильзы с капилляром стакан остается неподвижным, а пружина сжимается, при этом стакан, находящийся внутри гильзы упирается в верхний конец штанги и создает давление внутри гильзы. Измеряемая жидкость под действием возрастающего давления выталкивается вверх через капилляр. В момент выталкивания давление передается через штангу на силоизмеритель и регистратор силы. После того как вся жидкость будет вытеснена, шток возвращается в исходное положение приводом системы нагружения и подачи, а гильза перемещается вверх пружиной в исходное положение. Штанга вновь уравновешивается на упругом элементе и в исходном состоянии не нагружает силоизмеритель. Готовность вискозиметра к работе по температурному режиму передается от датчика температуры на регистратор температуры. После проведения испытания гильза с капилляром и элемент-стакан извлекаются из термостата для подготовки к следующим анализам.

Недостатки прототипа. Конструкция капиллярного вискозиметра сложна как в изготовлении, так и в работе. Большое количество кинематически связанных между собой механических узлов и деталей делают его не технологичным и неэффективным. Кроме того, наличие в системе нагружения и подачи привода, штока, штанги, элементов и деталей, передающих усилия, - ограничивает применение прототипа непосредственно на производстве. Поэтому большинство вискозиметров данного типа - это лабораторные приборы.

Предлагаемое изобретение решает задачу упрощения конструкции капиллярного вискозиметра и повышения его технологичности.

Предлагаемое изобретение решает задачу упрощения конструкции, капиллярного вискозиметра и повышения его технологичности.

Поставленная задача решается тем, что система нагружения и подачи измеряемой жидкости содержит шприц для подачи точно дозированного объема воздуха в цилиндрическую гильзу через трехходовой кран, которая соединена с капиллярной трубкой трехходовым краном, мерный стакан, связанный через трехходовый кран с дифманометром, при этом шприц, цилиндрическая гильза, мерный стакан имеют равные диаметры и одинаковые объемы, причем измеряемая жидкость вытесняется из цилиндрической гильзы через капиллярную трубку в мерный стакан.

На чертеже представлена схема конструктивного выполнения предлагаемого капиллярного вискозиметра. Он состоит из: корпуса 1; шприца 2; цилиндрической гильзы 3; капиллярной трубки 4; мерного стакана 5; дифманометра 6 со шкалой измерения, отградуированной в единицах динамической вязкости; трехходовых кранов 7, 8, 9; съемной воронки 10 для залива измеряемой жидкости в цилиндрическую гильзу 3.

Приведенные отличительные признаки, способствуют решению поставленной задачи следующим образом.

Отсутствие в предлагаемом капиллярном вискозиметре движущихся механических узлов и деталей: привода, штока, штанги, пружины, прижимного стакана, упругого элемента - упрощает конструкцию вискозиметра и, как следствие этого, сокращает трудовые, материальные и энергетические затраты на его изготовление.

Технологическая связка: шприц 2, цилиндрическая гильза 3, капиллярная трубка 4, мерный стакан 5 - и равенство диаметров и объемов у них позволяют решить задачу повышения технологичности капиллярного вискозиметра, связанного с применением его не только в лаборатории как лабораторный прибор, но и на производстве на технологических линиях, реакторах и рабочих емкостях.

Необходимость равенства диаметров и объемов у шприца 2, цилиндрической гильзы 3, мерного стакана 5 была установлена расчетно-конструкторскими проработками и экспериментальными исследованиями, спланированными с учетом закона Пуайзела, по которому динамическая вязкость определяется соотношением:

,

где μ - динамическая вязкость, r - радиус капилляра, Q - количество жидкости, вытекающей из капилляра, ΔP - перепад давления на концах капилляра, l - длина капилляра, К - постоянный числовой коэффициент, зависящий от принятой размерности (Основы автоматики и автоматизации химических производств, А.В.Казаков, М.В.Кулаков, Ю.К.Мелюшев, М., Машиностроение, 1970 г., с.165-166). С помощью уравнения Пуазейля было установлено, что если равенство диаметров и объемов шприца 2, цилиндрической гильзы 3, мерного стакана 5 не соблюдаются, величина погрешности измерения динамической вязкости увеличивается прямо пропорционально допущенным отклонениям от установленных значений.

Определение вязкости у измеряемой жидкости осуществляется по следующей схеме. У шприца 2, предназначенного для подачи воздуха в точно дозированном объеме в цилиндрическую гильзу 3, шток опускается до конца. Воздух, поступивший в цилиндрическую гильзу 3 снимается и создает давление в ней. Под давлением воздуха определенная часть измеряемой жидкости вытесняется через капиллярную трубку 4 в мерный стакан 5. Воздух, находящийся в мерном стакане 5 снимается, образуя давление, соответствующее степени сжатия. Данное давление фиксируется дифманометром 6, а значение его измеряется и определяется по шкале, и соответствует оно перепаду давления, образуемому в системе: цилиндрическая гильза 3 - капиллярная трубка 4 - мерный стакан 5. Поскольку шкала дифманометра 6 отградуирована в значениях динамической вязкости, получаемое по шкале измерения значение соответствует величине вязкости измеряемой жидкости.

Предлагаемый капиллярный вискозиметр применяется как лабораторный прибор, так и производственный.

ПРИМЕР 1. Вискозиметр лабораторный. Последовательность операций при определении на нем вязкости жидкости следующая (см. чертеж).

В термостат, входящий в систему термостатирования, устанавливается корпус 1, представляющий собой плоскую крышку. Под крышкой крепятся цилиндрическая гильза 3, капиллярная трубка 4, мерный стакан 5, трехходовой кран 7. На крышке крепятся шприц 2, дифманометр 6 со шкалой измерения, трехходовые краны 8 и 9, ручка 10 для наружного регулирования положением трехходового крана 7, воронка 11 для залива в цилиндрическую гильзу 3 измеряемой жидкости. После операции установки проводится операция залива. Для этого с помощью ручки 10 кран 7 ставится в положение, соединяющее воронку 11 с низом цилиндрической гильзы 3, а кран 8 в положение, соединяющее верх цилиндрической гильзы 3 с атмосферой для выхода воздуха. Через воронку 11 цилиндрическая гильза 3 заливается полностью измеряемой жидкостью. Возможные ее излишки сливаются через кран 8 в предусмотренную посуду. После заполнения цилиндрической гильзы 3 начинается операция термостатирования жидкости и всей системы подачи. Как только температура в термостате установится постоянной, начинается операция измерения вязкости. Для этого краны 8 и 9 ставятся в положения, соединяющие шприц 2 с цилиндрической гильзой 3, мерный стакан 5 с дифманометром 6, а кран 7 с помощью ручки 10 в положение, соединяющее цилиндрическую гильзу 3 с капиллярной трубкой 4. Сразу после установки кранов шток шприца 2 опускается до конца. Точно дозированный объем воздуха поступает из шприца 2 в цилиндрическую гильзу 3 и вытесняет из нее под давлением часть измеряемой жидкости через капиллярную трубку 4 в мерный стакан 5. Поступая в мерный стакан, данная жидкость сжимает находящийся в нем воздух. Создается перепад давления, который фиксируется дифманометром 6. Значение перепада давления измеряется по шкале измерения. Поскольку шкала измерения отградуирована в значениях динамической вязкости, то данное значение указывает на величину вязкости измеряемой жидкости. Конечная операция - подготовка вискозиметра к следующему анализу. Для этого из цилиндрической гильзы 3, капиллярной трубки 4, мерного стакана 5 сливается жидкость, а сами элементы промываются растворителем.

ПРИМЕР 2. Вискозиметр производственный. Последовательность операций на нем при определении вязкости следующая (см. чертеж).

В специальное установочное отверстие на рабочей емкости или трубопроводе вставляется корпус 1, представляющий собой также плоскую крышку, с закрепленными на ней: на крышке - шприцем 2, дифманометром 6 со шкалой измерения, ручкой 10, трехходовыми кранами 8 и 9; под крышкой - цилиндрической гильзой 3, капиллярной трубкой 4, мерным стаканом 5, трехходовыми кранами 8 и 9, воронкой. В отличие от Примера 1 воронка 11 крепится под крышкой и располагается горизонтально движению потока измеряемой жидкости (расположение ее указано пунктирными линиями). После установки вискозиметра в отверстие начинается операция залива измеряемой жидкости. Для этого с помощью ручки 10 кран 7 ставится в положение, соединяющее воронку 11 с цилиндрической гильзой 3, а кран 8 ставится в положение, соединяющее верхнюю часть цилиндрической гильзы 3 с отводом, предназначенным для перелива излишней жидкости обратно в рабочую зону емкости или трубопровода. Измеряемая жидкость под действием скоростного напора или под действием правила сообщающихся сосудов поступает через воронку 11 и кран 7 в цилиндрическую гильзу 3. После ее заполнения краны 7, 8 и 9 переводятся в положения, соединяющие шприц 2, цилиндрическую гильзу 3, капиллярную трубку 4, мерный стакан 5 и дифманометр 6. Поскольку операция термостатирования для производственных вискозиметров исключается (вязкость определяется при рабочей температуре), следующей операцией после операции заполнения будет операция измерения вязкости, а конечной операцией - операция подготовки вискозиметра к следующему анализу. Обе операции проводятся аналогично Примеру 1.

Таким образом, из описания и приведенных примеров 1 и 2 видно, что предлагаемый капиллярный вискозиметр по конструкции менее сложный, чем аналоги и прототип. Отсутствие движущихся и вращающихся механических узлов и элементов в конструкции способствуют сокращению трудовых, материальных и энергетических затрат при изготовлении и эксплуатации.

Технологическая связка: шприц 3 - цилиндрическая гильза 3 - капиллярная трубка 4 - мерный стакан 5 - дифманометр 6, а также равенство диаметров и объемов у шприца 2, цилиндрической гильзы 3 и мерного стакана 5 позволяют решить задачу повышения технологичности капиллярного вискозиметра и способствуют применению его как в качестве лабораторного прибора, так и производственного.

Капиллярный вискозиметр, состоящий из системы нагружения и подачи измеряемой жидкости в капилляр под давлением, системы термостатирования, системы измерения и регистрации динамической вязкости, отличающийся тем, что система нагружения и подачи измеряемой жидкости содержит шприц для подачи точно дозированного объема воздуха в цилиндрическую гильзу через трехходовой кран, которая соединена с капиллярной трубкой трехходовом краном, мерный стакан, связанный через трехходовой кран с дифманометром, при этом шприц, цилиндрическая гильза, мерный стакан имеют равные диаметры и одинаковые объемы, причем измеряемая жидкость вытесняется из цилиндрической гильзы через капиллярную трубку в мерный стакан.



 

Похожие патенты:

Грунтонос // 2174597
Изобретение относится к инженерно-строительным изысканиям, в частности к устройствам для отбора монолитов глинистых грунтов, в т.ч. .

Изобретение относится к области химических технологий полимеров и может быть использовано при производстве химических волокон и пластмасс. .

Изобретение относится к приборостроению, а именно к вискозиметрам, и может быть использовано для измерения вязкости нефтепродуктов в судовых, цеховых и полевых условиях.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам измерения вязкости. .

Изобретение относится к транспорту, в частности железнодорожному, и может быть также использовано в любых отраслях науки и техники, занятых исследованием процессов истечения жидкостей.

Изобретение относится к исследованию различных свойств материалов, в частности к конструкции вибрационного датчика вязкости. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности, к способам определения коэффициентов внешнего и межчастичного трения и предела текучести порошковых материалов при выдавливании через коническую матрицу.
Изобретение относится к измерению целенаправленных изменений физико-химических свойств воды и водных растворов, подвергнутых энергоинформационному воздействию

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерениям вязкости неньютоновских жидкостей

Изобретение относится к медицине, а именно к биохимии, и может быть использовано для определения реологических характеристик биологических жидкостей (моча, кровь, лимфа и др.)

Изобретение относится к области исследования вязкостных свойств жидких сред

Изобретение относится к охране природных ресурсов и может быть использовано при мониторинге природных сред в нефтедобывающих районах

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам измерения вязкости жидкостей

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерениям вязкости анизотропных жидкостей, т.е. жидкостей, которые имеют разные величины вязкости в зависимости от геометрии измерений и скорости сдвигового потока. К таким жидкостям относятся, например, жидкие кристаллы (ЖК). Способ измерения анизотропных коэффициентов вязкости жидких кристаллов, включает процедуру перекачки измеряемого вещества из одной емкости в другую под действием избыточного давления через плоский капилляр, на стенки которого нанесены прозрачные электроды и ориентирующие слои из светочувствительного материала, способного задать молекулам ЖК последовательно 3 различные ориентации относительно направления потока при экспозиции светочувствительного материала актиничным линейно поляризованным светом с тремя направлениями плоскости поляризации (ПП). Четвертая ориентация ЖК, необходимая для измерения четвертого коэффициента вязкости, создается приложением электрического напряжения. При создании в одной из емкостей избыточного давления возникает медленно спадающий по экспоненте поток ЖК. Производят измерение скорости снижения высоты мениска ЖК от времени при различных ориентациях, строят экспоненциальную кривую, находят характеристическое время течения при одной из ориентаций ЖК и по нему вычисляют один из коэффициентов вязкости. Для измерений других коэффициентов вязкости светочувствительные слои экспонируют светом с другими направлениями ПП без удаления ЖК из капилляра. Вновь создается избыточное давление, строят новые кривые спада, находят новые характеристические времена и вычисляют остальные коэффициенты вязкости. Техническим результатом является повышение точности измерений и снижение расхода измеряемого вещества. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения коэффициента динамической вязкости текучих сред со сложными реологическими свойствами, зависящими от скорости сдвига, давления и температуры. Способ измерения вязкости включает прокачку испытуемой среды через канал круглой формы поперечного сечения и определение параметров движения среды, а именно касательного напряжения и сдвиговой скорости деформации на поверхности канала, по которым определяют вязкость среды. При этом канал имеет замкнутую форму тора, а прокачка испытуемой среды происходит под действием сил инерции и трения среды, возникших в результате резкой остановки вращающегося вокруг своей оси тора. Техническим результатом является повышение точности определения вязкости сред со сложными реологическими свойствами, зависящими одновременно от скорости сдвига, давления и температуры в широком диапазоне перечисленных параметров. 3 табл.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам измерения вязкости жидкостей. Способ определения вязкости неньютоновских жидкостей включает прокачку их через канал, а вязкость определяется из выражения , где: ηС - вязкость неньютоновской жидкости, Па·с; NС - полезная мощность, затрачиваемая на секундный сдвиг, Вт; r - радиус внутренней поверхности трубы, м; rСР - средний радиус потока неньютоновской жидкости, м; - средняя скорость потока водной суспензии, м·с-1; t - время истечения струи суспензии из насадки, с. Техническим результатом является упрощение способа определения вязкости неньютоновских жидкостей, главным образом, за счет использования в качестве входных параметров, значений мощности, затрачиваемой на секундный сдвиг, полученной с помощью измерительной техники.
Наверх