Устройство для измерения вязкости жидкости

Изобретение относится к области исследования вязкостных свойств жидких сред. Устройство содержит капилляр, закрепленный в нижней части заборной емкости, содержащей поршень со штоком, два конечных выключателя, реверсивный электродвигатель, источник питания. Заборная емкость устройства выполнена в виде цилиндра, и оно дополнительно содержит подвижную платформу, прикрепленную к штоку поршня и посредством направляющих соединенную с неподвижной платформой, с закрепленными на ней датчиком усилия и шторкой, замыкающей контакты конечных выключателей, выполненных в виде герконов. К неподвижной платформе прикреплен винт с пазом, удерживаемый от вращения с помощью втулок с направляющим шипом и связанный с реверсивным электродвигателем постоянного тока, управляемым блоком регулировки и стабилизации оборотов, через гайку и систему зубчатых колес. Гайка расположена между коническими подшипниками скольжения, а на одном из зубчатых колес установлена оптопара, соединенная так же как и два конечных выключателя, датчик усилия с универсальным блоком управления и обработки информации, который содержит блок регулировки и стабилизации оборотов, электронное табло индикации вязкости и источник питания. Технический результат: создание устройства для измерения вязкости жидкости, позволяющее измерять вязкость с высокой точностью и надежностью. 3 ил.

 

Изобретение относится к области исследования вязкостных свойств жидких сред, а точнее к технике измерения вязкости жидкостей с помощью капиллярных вискозиметров.

Известен капиллярный вискозиметр типа ВПЖ, который применяется в промышленных лабораториях для определения вязкости различных жидких сред, содержащий колено с отводной трубкой, соединенное со вторым коленом, содержащим два резервуара и измерительный капилляр. Прибор изготовлен в соответствии с ГОСТ 10028-81.

В данном приборе измерение динамической вязкости осуществляется путем определения времени истечения через капилляр определенного объема жидкости из измерительного резервуара с помощью секундомера.

К недостаткам данного вискозиметра следует отнести низкую производительность, невозможность осуществления автоматического измерения вязкости, так как необходимо производить очистку измерительного прибора и перезаполнение его новой порцией исследуемой жидкости. Также существует ряд погрешностей при измерении, а именно: погрешность измерения времени, связанная с реакцией наблюдателя; погрешность секундомера; визуальные ошибки; неправильная установка прибора.

Известно устройство для измерения вязкости, позволяющее частично автоматизировать процесс ее измерения. Устройство имеет в качестве нагружающего элемента предварительно сжатую пружину, помещенную в цилиндрическую емкость с поршнем, к нижней части которой прикреплен патрубок с отверстием для забора и сброса испытуемой жидкости, соединенный через систему трубок с измерительным сосудом, который состоит из прозрачного цилиндрического корпуса, с нанесенной на него шкалой, содержащего поплавок и указатель, выполненный в виде поршня со штоком, см. RU Патент №2184362, МПК G01N 11/00, 2002.

В этом устройстве вязкость определяется по количеству жидкости, вытесненной в измерительный сосуд под постоянным давлением.

Недостатками данного устройства являются низкая точность и надежность измерения, связанная с визуальными ошибками наблюдателя и характеристиками пружины, малая производительность и отсутствие возможности универсального использования из-за необходимости выполнения ряда операций вручную.

Известен вискозиметр, позволяющий измерять вязкость различных жидких сред и отчасти автоматизировать процесс измерения. Вискозиметр содержит цилиндрическую емкость с клапаном в верхней части и прикрепленным к ее нижней части измерительным капилляром, внутри которой помещен поршень со штоком, причем поршень имеет калиброванное отверстие, находящееся напротив клапана, а на части штока, которая находится вне цилиндрической емкости, имеется пружина, см. RU Патент №2248551, МПК G01N 11/00, 2002.

В данном вискозиметре вязкость определяется по количеству исследуемой жидкости, попавшей в измерительный капилляр за счет вакуума, созданного поршнем при воздействии на него пружины.

Недостатками данного вискозиметра являются низкая точность и надежность измерения из-за визуальных ошибок наблюдателя и характеристик пружины, а также отсутствие возможности универсального использования из-за необходимости выполнения ряда операций вручную.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является устройство для измерения вязкости жидкости в трубопроводе, включающее капилляр, закрепленный в нижней части заборной емкости, содержащей поршень со штоком, два конечных выключателя, реверсивный электродвигатель, источник питания, устройство также содержит расположенный с противоположной стороны трубопровода и по одной оси второй капилляр, закрепленный в нижней части второй заборной емкости, содержащей поршень со штоком, причем штоки поршней соединены с подвижной рамой, которая прикреплена к штоку линейного реверсивного электродвигателя, кулачок, закрепленный на штоке первого поршня, нажимает на конечные выключатели, которые соединены со входам триггера, управляемого стабилизированным источником питания, и изменяющие его состояние на противоположное, в результате чего осуществляется реверс электродвигателя, выход триггера соединен с блоком отсчета времени движения поршня и с входом управления источника питания, причем блок отсчета времени связан с блоком индикации вязкости, а выход источника питания соединен с реверсивным линейным электродвигателем, см. SU авт. свид. №1479851, МПК G01N 11/04, 1989.

Значение вязкости определяется по времени полного цикла движения рамы, фиксируемому блоком отсчета времени движения, который управляется триггером. С выхода блока отсчета времени движения код, равный или пропорциональный времени полного цикла движения, поступает на блок индикации вязкости, где преобразуется в значение вязкости измеряемого продукта согласно уравнению Пуазейля.

Недостатками данного устройства являются высокая погрешность измерения вязкости жидкости из-за косвенного определения скорости истечения исследуемой жидкости через капилляр, а также слабая надежность измерения из-за подвижной рамы, которая должна иметь высокую жесткость, для избежания ее продольной деформации при высоких значениях вязкости исследуемой жидкости, и второй заборной емкости с капилляром, которая увеличивает сопротивление крутящему моменту на валу двигателя.

Задачей изобретения является создание устройства для измерения вязкости жидкости, позволяющего измерять вязкость с высокой точностью и надежностью.

Техническая задача решается устройством для измерения вязкости жидкости, включающим капилляр, закрепленный в нижней части заборной емкости, содержащей поршень со штоком, два конечных выключателя, реверсивный электродвигатель, источник питания, заборная емкость устройства выполнена в виде цилиндра, и оно дополнительно содержит подвижную платформу, прикрепленную к штоку поршня и посредством направляющих соединенную с неподвижной платформой, с закрепленными на ней датчиком усилия и шторкой, замыкающей контакты конечных выключателей, выполненных в виде герконов, при этом, к неподвижной платформе прикреплен винт с пазом, удерживаемый от вращения с помощью втулок с направляющим шипом и связанный с реверсивным электродвигателем постоянного тока, управляемым блоком регулировки и стабилизации оборотов, через гайку и систему зубчатых колес, при этом гайка расположена между коническими подшипниками скольжения, а на одном из зубчатых колес установлена оптопара, соединенная так же как и два конечных выключателя, датчик усилия с универсальным блоком управления и обработки информации, который содержит блок регулировки и стабилизации оборотов, электронное табло индикации вязкости и источник питания.

Решение технической задачи позволяет измерять вязкость жидкости с высокой точностью и надежностью за счет того, что благодаря конструкции устройства принудительно постоянной задается скорость истечения исследуемой жидкости через капилляр, а измеряемым параметром является усилие, которое возникает при проталкивании исследуемой жидкости через капилляр. Принудительное задание постоянной скорости истечения приводит к улучшению качественной картины движения потока исследуемой жидкости, что придает точность измерениям в сравнении с традиционными, широко известными методами.

На фиг.1 показана кинематическая схема устройства. На фиг.2 показано схематичное изображение заборной емкости 1 с указанием длины L, диаметра d и длины рабочего участка Lpaб, содержащей поршень 2, толкаемый с усилием F, присоединенным к нижней части заборной емкости капилляром 3 с указанием длины lк и диаметра dк. На фиг.3 представлена функциональная схема электронной части устройства.

Конструкция устройства для измерения вязкости жидкости содержит заборную емкость 1, с прикрепленным в нижней части капилляром 3, внутри которой помещен поршень 2, к которому прикреплен шток 8, соединенный с подвижной платформой 5, связанной посредством направляющих 7 с неподвижной платформой 6, с закрепленными на ней датчиком усилия 4 и шторкой 16, замыкающей контакты конечных выключателей - герконов 17. К неподвижной платформе 6 прикреплен винт с пазом 9, удерживаемый от вращательного движения с помощью втулок с направляющим шипом 11 и связанный с реверсивным двигателем постоянного тока через гайку 10, которая опирается на конические подшипники скольжения 12, и систему зубчатых колес 13, на одном из которых установлена оптопара 18. Система зубчатых колес приводится в движение электродвигателем постоянного тока 14. Управление работой реверсивного двигателя постоянного тока 14, а также обработку информации, полученной от датчика усилия 4, конечных выключателей - герконов 17 и оптопары 18, осуществляет универсальный блок управления и обработки информации 20, включающий в себя блок регулировки и стабилизации оборотов 19 и электронное табло 21. Блок регулировки и стабилизации оборотов 19 и универсальный блок управления и обработки информации 20 соединены с источником питания 22.

Устройство для измерения вязкости жидкости работает следующим образом:

В заборной емкости 1 поршень 2 совершает возвратно-поступательное движение. Это движение создается с помощью винта с направляющим пазом 9. Он движется вертикально по втулкам с направляющими шипами 11, которые не дают ему возможности вращаться. Винт приводится в движение гайкой 10, которая в свою очередь вращается системой зубчатых колес 13 от приводного электродвигателя постоянного тока 14, который управляется блоком регулировки и стабилизации оборотов. Винт 9 соединен с поршнем 2 через блок измерения усилия, в состав которого входят: неподвижная платформа 6, подвижная платформа 5, направляющие 7 и датчик усилия 4. При измерении вязкости, то есть, когда поршень движется вниз, жидкость выдавливается через капилляр 3. При этом за счет вязкости жидкости создается противодействие движению поршня 2. Это приводит к тому, что подвижная платформа 5, соединенная штоком 8 с поршнем, скользит по направляющим 7 и деформирует чувствительный элемент датчика усилия 4. Начало рабочего участка цилиндра определяется программно, а его протяженность - с помощью оптопары 18, смонтированной на одном из зубчатых колес, которое также выполняет роль обтюратора. При заборе исследуемой жидкости, то есть когда поршень 2 движется вверх, датчик усилия 4 находится в свободном положении, а движение поршню 2 передается через подвижную платформу 5, которая в этот момент упирается в выступы на направляющих 7. Это необходимо для связи подвижной платформы 5 и неподвижной платформы 6 при заборе жидкости. Жидкость засасывается через капилляр 3. Реверс электродвигателя постоянного тока 14 осуществляется с помощью конечных выключателей - герконов 17, которые замыкаются магнитом, закрепленным на шторке 16, в моменты, когда поршень 2 находится в крайних верхнем или нижнем положениях. Вся конструкция смонтирована на станине 15.

Управление работой устройства для измерения вязкости жидкости и обработка измерительной информации, полученной от измерительных элементов устройства - датчика усилия 4, оптопары 18 и концевых выключателей - герконов 17, осуществляется универсальным блоком управления и обработки информации 20, включающим в себя блок регулировки и стабилизации оборотов 19, который поддерживает постоянной скорость вращения двигателя при различных нагрузках на валу. Универсальный блок управления и обработки информации 20 выполняет следующие основные функции: измерение времени прохождения поршнем 2 рабочего участка цилиндра, преобразование оцифрованного сигнала от датчика усилия 4 в величину, измеряемую в реальных единицах силы, вычисление вязкости исследуемой жидкости по полученным данным и вывод информации на электронное табло индикации вязкости 21, в удобной для пользователя форме. Питание электронной части устройства и блока регулировки и стабилизации оборотов 19 осуществляется с помощью источника питания 22.

Капиллярный метод измерения вязкости основывается на формуле Пуазейля:

где

µ - вязкость;

ΔР - перепад давления на капилляре;

d - диаметр капилляра;

l - длина капилляра;

Q - объем жидкости, вытекающий в единицу времени.

Объем жидкости Q, вытекающий в единицу времени t, равен произведению площади поперечного сечения Sсеч и длины l. В свою очередь, площадь поперечного сечения равна:

Умножив правую часть уравнения 2 на рабочую длину заборной емкости Lраб и на время τ, получим объемный расход:

Подставив правую часть полученного выражения в уравнение 1, получим модифицированную формулу определения динамической вязкости, учитывающую все конструктивные особенности предлагаемого устройства:

где d - диаметр капилляра [м],

1 - длина капилляра [м],

D - диаметр заборной емкости [м],

Lpaб - длина рабочего участка (заборной емкости) [м],

ΔР - перепад давления [Па],

τ - время [с].

Перепад давления на капилляре пропорционален произведению усилия, необходимого для проталкивания исследуемой жидкости через капилляр, и площади сечения заборной емкости.

Выразим из формулы 5 усилие F

Таким образом, зная диаметры, длину капилляра, а также рабочую длину заборной емкости и измерив усилие, необходимое для проталкивания исследуемой жидкости через капилляр, и время процесса измерения, можно вычислить вязкость жидкости. Учитывая, что геометрические размеры заборной емкости и капилляра постоянны, получим упрощенную формулу.

где K - постоянный коэффициент, учитывающий геометрические размеры капилляра и заборной емкости;

F - усилие, необходимое для проталкивания исследуемой жидкости через измерительный капилляр;

τ - время измерения.

Таким образом, предлагаемое устройство для измерения вязкости жидкости позволит измерять вязкость с высокой точностью и надежностью, а также использовать его как на трубопроводе, так и в производственных лабораториях. Основная приведенная погрешность измерения вязкости предлагаемым устройством составляет порядка 1%, что соответствует основным показателям технического уровня и качества, согласно ГОСТ 29226-91.

Устройство для измерения вязкости жидкости, включающее капилляр, закрепленный в нижней части заборной емкости, содержащей поршень со штоком, два конечных выключателя, реверсивный электродвигатель, источник питания, отличающееся тем, что заборная емкость устройства выполнена в виде цилиндра, и оно дополнительно содержит подвижную платформу, прикрепленную к штоку поршня и посредством направляющих соединенную с неподвижной платформой, с закрепленными на ней датчиком усилия и шторкой, замыкающей контакты конечных выключателей, выполненных в виде герконов, при этом к неподвижной платформе прикреплен винт с пазом, удерживаемый от вращения с помощью втулок с направляющим шипом и связанный с реверсивным электродвигателем постоянного тока, управляемым блоком регулировки и стабилизации оборотов, через гайку и систему зубчатых колес, при этом гайка расположена между коническими подшипниками скольжения, а на одном из зубчатых колес установлена оптопара, соединенная, также как и два конечных выключателя, датчик усилия с универсальным блоком управления и обработки информации, который содержит блок регулировки и стабилизации оборотов, электронное табло индикации вязкости и источник питания.



 

Похожие патенты:

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 измерительной технике, в частности к измерениям вязкости неньютоновских жидкостей. .
Изобретение относится к измерению целенаправленных изменений физико-химических свойств воды и водных растворов, подвергнутых энергоинформационному воздействию. .

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 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.

Изобретение относится к области реологии разбавленных растворов полимеров, а также поверхностно-активных веществ (ПАВ), и может быть использовано для определения эффективности противотурбулентных присадок (ПТП), используемых при перекачке углеводородных жидкостей по трубопроводам. Турбулентный реометр содержит установленные на штативе расходную емкость с шаровым краном и трубкой Мариотта, трубку малого внутреннего диаметра для прохождения маловязкой углеводородной жидкости в турбулентном режиме течения, электромагнитный клапан с реле времени для задания отрезка времени открытия клапана, приемную емкость и технические весы для измерения массы жидкости в приемной емкости. Способ определения эффективности ПТП заключается в том, что в расходную емкость через шаровый кран заливают маловязкую углеводородную жидкость, закрывают шаровый кран для обеспечения поддержания постоянного давления в расходной емкости, задают посредством реле отрезок времени и запускают открытие электромагнитного клапана. После автоматического срабатывания реле времени закрывается электромагнитный клапан, после чего взвешивают на технических весах наполненную приемную емкость. После этого вводят в жидкость ПТП в определенной концентрации, выполняют вышеперечисленные действия и вычисляют снижение гидродинамического сопротивления после введения ПТП. Вышеперечисленные действия выполняют для ряда значений концентраций ПТП в жидкости и затем оценивают эффективность ПТП, получая зависимость величины снижения гидродинамического сопротивления от значения концентрации ПТП. Техническим результатом является упрощение конструкции турбулентного реометра и повышение надежности результатов измерений эффективности ПТП. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 пр., 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения коэффициента динамической вязкости текучих сред со сложными реологическими свойствами, зависящими от сдвиговых скоростей деформаций, давления и температуры. Инерционный способ измерения вязкости включает прокачку испытуемой среды через канал формы тор под действием изменяющихся во времени сил инерции и трения среды, возникших в результате резкой остановки вращающегося вокруг своей оси тора, и определение параметров движения среды, а именно касательного напряжения и сдвиговой скорости деформации на поверхности канала. При этом в процессе инерционного движения среды измеряют только момент результирующей силы трения, по значениям которого в каждый момент времени определяют величину касательного напряжения, затем численным решением уравнения движения сплошной среды определяют сдвиговую скорость деформации и вязкость. Техническим результатом является повышение точности при минимальном количестве измеряемых параметров определять вязкость сред со сложными реологическими свойствами, зависящими одновременно от сдвиговых скоростей деформаций, давления и температуры в широком диапазоне перечисленных параметров. 2 табл.

Изобретение относится к области промысловой геологии и может быть использовано в процессе добычи углеводородов из подземных геологических формаций. В данном документе описан способ измерения вязкости неньютоновской жидкости для поточного измерения и управления процессом. Процесс включает примешивание добавок к базовому флюиду для формирования неньютоновской жидкости. Неньютоновская жидкость подается в устройство для поточного измерения вязкости для получения результатов измерения реологических параметров. Затем введение добавок к базовому флюиду корректируется с учетом измеренных реологических параметров. Также раскрыта система, предназначенная для достижения указанных целей. Технический результат – повышение результативности корректировки процесса добычи углеводородов из подземных геологических формаций. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 8 ил.
Наверх