Способ определения физических свойств жидкости

Способ определения физических свойств жидкости, согласно которому осуществляют подачу газа на вход газоподводящей трубки, погруженной на заданную глубину в контролируемую жидкость. Затем измеряют максимальное давление в трубке. Кроме того, дополнительно измеряют периоды следования пузырьков газа при двух различных расходах газа в газоподводящую трубку. Далее по величине максимального давления в трубке и периодам следования пузырьков газа судят о поверхностном натяжении, плотности и вязкости контролируемой жидкости.

Техническим результатом изобретения является повышение точности определения поверхностного натяжения жидкости и расширение функциональных возможностей способа путем обеспечения возможности определения плотности и вязкости жидкости. 1 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к пневматическим способам контроля поверхностного натяжения и плотности жидкости, и может найти применение в различных отраслях промышленности, таких как нефтяная, химическая, микробиологическая, пищевая и др.

Известен способ определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости по методу "лежачей" капли (А.Д.Зимон. Адгезия жидкостей и смачивание. М., Химия, 1974, с.52-55), заключающийся в определении формы и размеров капли, лежащей на пластине, с помощью оптических систем, например микроскопа.

Недостатками способа являются сложность определения характеристических размеров капли и зависимость результата измерения от плотности.

Известно определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости способом отрыва кольца, серьги или пластинки от исследуемой жидкости (метод Дю-Нуи) (Поверхностные явления и поверхностно-активные вещества. Справочник под ред. А.А.Абрамова. Л., Химия, 1984, с.167-168), заключающимся в измерении силы, необходимой для отрыва кольца от поверхности жидкости. Недостатками способа являются невысокая точность измерения, обусловленная загрязнением поверхности кольца, и невозможность обеспечения непрерывности измерения.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности является способ определения поверхностного натяжения жидкостей методом максимального давления в пузырьке (Методы испытаний водных растворов поверхностно-активных веществ. Обзор. Часть 1. Составители: И.К.Гетманский и Л.И.Бавик. М., НИИТЭИ, 1965, стр.39-50), заключающийся в определении наибольшего давления в пузырьке воздуха, выдуваемого из капилляра, погруженного в исследуемую жидкость на заданную глубину.

Недостатком способа, принятого за прототип, является зависимость результата измерения от глубины погружения капилляра и вязкости жидкости.

Техническая задача состоит в повышении точности определения поверхностного натяжения вязких жидкостей, а также расширении функциональных возможностей способа путем обеспечения возможности определения плотности и вязкости жидкости.

Поставленная техническая задача решается тем, что для определения плотности, поверхностного натяжения и вязкости в контролируемую жидкость погружают на заданную глубину газоподводящую трубку известного диаметра, подают газ с заданным расходом на вход газоподводящей трубки, измеряют величину максимального давления в трубке и дополнительно измеряют период следования пузырьков газа, затем изменяют величину расхода газа на заданное значение и снова измеряют период следования пузырьков, в результате по величинам максимального давления в трубке и периодам следования пузырьков, соответствующим различным значениям расхода газа, судят о плотности, поверхностном натяжении и вязкости контролируемой жидкости.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства для реализации предложенного способа определения физических свойств жидкости.

На вход газоподводящей трубки 1, погруженной в контролируемую жидкость 2 на глубину Н, через пневматическое сопротивление 3 подается газ с заданным расходом от источника 4. К входу газоподводящей трубки 1 подключен преобразователь давления 5. Выход преобразователя 5 соединен с входом частотомера 6, измеряющим период колебаний давления в газоподводящей трубке, т.е. период следования пузырьков. Выходы преобразователя 5 и счетчика 6 подключены к входам вычислительного блока 7, выход которого соединен с входом вторичного прибора 9.

При подаче газа в газоподводящую трубку 1 на ее выходе образуется пузырек газа, диаметр которого растет до тех пор, пока подъемная сила Fa=Vng(ρжг), где Vn - объем пузырька в момент отрыва, g - ускорение свободного падения, ρж - плотность жидкости, ρг - плотность газа, не станет равной сумме сил вязкого трения Fη=6ηжπν1rn и силы, возникающей вследствие адгезии пузырька Fσ=πσжd0sinθ, где ηж - динамическая вязкость жидкости, ν1 - скорость перемещения центра пузырька при подаче газа в трубку с постоянным расходом Q1, rn - объем пузырька в момент отрыва, σж - поверхностное натяжение жидкости, d0 - диаметр трубки, θ - краевой угол смачивания.

Принимая, что центр пузырька движется равномерно и его отрыв происходит, когда расстояние между центром пузырька и концом трубки становится равным 2rn, скорость перемещения ν1 можно найти по формуле

где Т1 - период следования пузырьков при подаче газа в трубку с расходом Q1.

При постоянстве расхода Q1 отрывной объем пузырька Vn определяется выражением

С учетом (1) и (2) и при условии sinθ=1 баланс сил, действующих на пузырек в момент его отрыва, запишется в виде:

При изменении расхода газа в газоподводящую трубку от значения Q1 до Q2 уравнение (3) примет вид

где T2 - период следования пузырьков при подаче газа в трубку с расходом Q2.

В то же время для вязких жидкостей максимальное избыточное давление Pи в пузырьке определяется выражением

где H - глубина погружения трубки в жидкость, Pa - избыточное давление над поверхностью жидкости.

С учетом (1) выражение (5) при Q1=const примет вид

Уравнения (3), (4) и (6) составляют систему, решая которую относительно σж, ρж и ηж, получим выражения для определения σж, ρж и ηж по измеренным значениям Pи, T1 и T2 при Q1, Q2, g, d0, H=const.

где

- коэффициенты пропорциональности.

Таким образом, измерение Pи, T1 и Т2 позволяет определить по уравнениям (7), (8) и (9) поверхностное натяжение σж, плотность ρж и вязкость жидкости ηж.

В процессе измерения при Q1=const давление в газоподводящей трубке 1, увеличивающееся с ростом пузырька газа, поступает на вход преобразователя давления 5, измеряющего давление Pи в трубке в момент отрыва пузырька. Одновременно импульсный выходной сигнал с преобразователя 5 поступает на вход частотомера 6, измеряющего период следования пузырьков T1, сигнал которого вместе с сигналом от преобразователя давления 5 поступает в вычислительный блок 8. Затем изменяется расход газа с Q1 до Q2 и на вход вычислительного блока 7 с частотомера 6 поступает новое значение периода следования пузырьков Т2, соответствующее расходу Q2. На последнем этапе вычислительный блок 7 на основании измеренных Pи, T1 и Т2 по формулам (7), (8) и (9) определяет значения поверхностного натяжения σж, плотности ρж и вязкости жидкости ηж и формирует сигналы, поступающие на вход вторичного прибора 8.

В предложенном способе производят измерения максимального давления в пузырьке и периодов следования пузырьков газа при двух различных значениях расхода, что позволяет определить вязкость и плотность жидкости, а также повысить точность определения поверхностного натяжения благодаря учету влияния вязкости и плотности на результат измерения.

Способ определения физических свойств жидкости, согласно которому осуществляют подачу газа на вход газоподводящей трубки, погруженной на заданную глубину в контролируемую жидкость, и измеряют максимальное давление в трубке, отличающийся тем, что дополнительно измеряют периоды следования пузырьков газа при двух различных расходах газа в газоподводящую трубку, и по величине максимального давления в трубке и периодам следования пузырьков газа судят о поверхностном натяжении, плотности и вязкости контролируемой жидкости.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерения параметров жидкости или газа непосредственно в потоке и может найти применение в нефтегазодобывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области анализа материалов путем определения их плотности и может быть использовано на тепловых электростанциях и других промышленных предприятий в качестве прибора для контроля качественных характеристик топливного газа.

Изобретение относится к расходоизмерительной технике паро-газожидкостных смесей и может использоваться при определении расхода двухфазной смеси при исследовании аварийных режимов на крупномасштабных стендах.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к пневматическим способам контроля поверхностного натяжения и плотности жидкости, и может найти применение в различных отраслях промышленности, таких как нефтяная, химическая, микробиологическая, пищевая и др.

Изобретение относится к извлечению полезных компонентов из руд при обогащении полезных ископаемых. .

Изобретение относится к области контроля плотности жидких сред и может быть использовано для непрерывного контроля плотности технологических жидкостей. .

Изобретение относится к контролю технологических параметров табака и предназначено для определения заполняющей способности табака. .

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к проточным гидродинамическим плотномерам, и может использоваться для измерения плотности различных сред, в том числе при коммерческих расчетах с поставщиками топлива.

Изобретение относится к способу и устройству для формирования границы раздела между первой и второй по существу несмешивающимися жидкостями, в особенности для проведения измерения поверхностного натяжения на упомянутой границе раздела.

Изобретение относится к измерительной технике в области микроэлектроники и предназначено для измерения чистоты поверхности подложек. .

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для измерения поверхностного натяжения жидкости и оценки флотационной активности флотореагентов.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к пневматическим способам контроля поверхностного натяжения и плотности жидкости, и может найти применение в различных отраслях промышленности, таких как нефтяная, химическая, микробиологическая, пищевая и др.

Изобретение относится к извлечению полезных компонентов из руд при обогащении полезных ископаемых. .

Изобретение относится к способам и техническим средствам измерения физико-химических констант вещества, а именно поверхностного натяжения металлов в твердой фазе.

Изобретение относится к способам измерения межфазного натяжения на границе раздела жидкость/твердое тело по методу погруженной пластины Вильгельми. .

Изобретение относится к техническим средствам измерения физико-химических констант металлов в твердом состоянии, а именно их поверхностного натяжения. .

Изобретение относится к физике тонких пленок, а точнее к жидким пленкам, поверхностное натяжение которых чувствительно к их составу и к составу окружающей атмосферы.

Изобретение относится к структурно-фазовым превращениям липидов в водных растворах, которые являются важным элементом функционирования механизма записи/считывания информации на уровне синаптических мембран головного мозга, и может применяться в медицине, фармакологии, биологии, сельском хозяйстве.

Изобретение относится к способу и устройству для измерения поверхностного натяжения жидкостей по принципу максимального давления пузырька

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к пневматическим способам контроля поверхностного натяжения и плотности жидкости, и может найти применение в различных отраслях промышленности, таких как нефтяная, химическая, микробиологическая, пищевая и др

Наверх