Способ измерения вязкости и устройство для его реализации



Способ измерения вязкости и устройство для его реализации

 


Владельцы патента RU 2456576:

Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Орион ВДМ" (ООО НПП "Орион ВДМ") (RU)

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения вязкости жидкостей, а также контроля готовности и качества полимерных и других растворов, например, при производстве полимерных волокон. Предложен способ измерения вязкости и устройство для его реализации. В способе измерения вязкости в одной точке кривой течения с помощью ротационного вискозиметра задают периодически изменяемую частоту вращения вращающегося элемента и об измеряемой вязкости судят по изменению момента вращения. В устройстве, реализующем способ, введен блок определения изменения сигнала датчика поворота воспринимающего элемента, а привод вращающегося элемента выполнен с изменяемой частотой вращения. Технический результат, получаемый при реализации измерения, заключается в обеспечении более точного измерения вязкости и упрощении процесса настройки вискозиметра. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения, преимущественно автоматического, вязкости жидкостей, а также контроля готовности и качества полимерных и других растворов, например, при производстве полимерных волокон.

Известен способ измерения вязкости, реализованный в устройстве (см., например, авторское свидетельство СССР №489994, кл. G01N 11/14). Способ заключается в преобразовании вязкости контролируемой жидкости во вращающий момент с помощью вращающегося и воспринимающего элементов и последующего преобразования указанного момента в значение вязкости. Устройство содержит вращающийся и воспринимающий элементы, привод вращающегося элемента и измеритель вращающего момента, состоящий из упругого элемента и датчика угла поворота воспринимающего элемента.

Недостатком этих способа и устройства является большая погрешность измерения, обусловленная влиянием ее аддитивной составляющей, которая определяется качеством настройки, температурной и временной нестабильностью "нуля", влиянием возмущающих воздействий на измерительный механизм. Дополнительное движение контролируемой жидкости, например, при перемешивании в процессе приготовления раствора, воздействуя на воспринимающий элемент, создает дополнительную погрешность.

Наиболее близкими по сущности являются способ измерения вязкости с помощью ротационного вискозиметра и устройство для его реализации (см., например, Вискозиметры автоматические ротационные ВАР-5М. Руководство по эксплуатации 5Ж2.842.008 РЭ). Способ заключается в приведении во вращение с постоянной частотой вращения вращающегося элемента, отделенного от воспринимающего элемента слоем контролируемой жидкости, и измерении момента вращения, действующего на воспринимающий элемент. При этом о вязкости контролируемой жидкости судят по значению момента вращения, действующего на воспринимающий элемент. Устройство содержит привод с постоянной частотой вращения, укрепленный на его валу вращающийся элемент, воспринимающий элемент, который установлен на упругом элементе, и измерительный преобразователь угла поворота воспринимающего элемента.

Недостатком этих способа и устройства является большая погрешность измерения, обусловленная влиянием ее аддитивной составляющей, которая определяется качеством настройки, температурной и временной нестабильностью "нуля", влиянием возмущающих воздействий на измерительный механизм. При погружении устройства в контролируемую жидкость на выходной сигнал измерительного преобразователя влияет движение контролируемой жидкости в резервуаре, создавая дополнительную погрешность измерения. При использовании устройств для определения степени готовности растворов (в реакторах, мешалках) такое влияние может быть весьма существенным. При периодической чистке измерительных механизмов устройств от остатков контролируемых жидкостей происходит дополнительный "сдвиг нуля" передаточной характеристики, что требует частой и кропотливой подстройки.

Задачей изобретения является уменьшение погрешности измерения путем исключения влияния ее аддитивной составляющей и упрощение процесса настройки вискозиметров, реализующих предложенный способ.

Решение задачи достигается тем, что в способе измерения вязкости в одной точке кривой течения с помощью ротационных вискозиметров путем измерения момента вращения, действующего на воспринимающий элемент при вращении расположенного вблизи него вращающегося элемента, задают переменную частоту вращения вращающегося элемента, а о вязкости судят по изменению момента вращения, действующего на воспринимающий элемент. В устройство, реализующее этот способ и содержащее привод с укрепленным на его валу вращающимся элементом, а также воспринимающий элемент, укрепленный на упругом элементе, и измерительный преобразователь угла поворота воспринимающего элемента, введен блок определения изменения сигнала измерительного преобразователя угла поворота, подключенный к его выходу, а привод выполнен с изменяемой частотой вращения.

На фиг.1 изображена схема устройства, реализующего предложенный способ измерения вязкости. Устройство содержит привод 1 с укрепленным на его валу вращающимся элементом 2, воспринимающий элемент 3, укрепленный на упругом элементе 4 и связанный с измерительным преобразователем 5 угла поворота. Блок 6 определения изменения сигнала измерительного преобразователя 5 подключен к выходу последнего. Зазор между вращающимся 2 и воспринимающим 3 элементами заполнен контролируемой жидкостью. Вращающийся 2 и воспринимающий 3 элементы могут быть погружены в контролируемую жидкость. В приводе 1 для изменения частоты вращения могут быть использованы как электрические средства (регулируемый привод постоянного тока, частотный привод), так и механические (эллиптические шестерни, передача типа "мальтийский крест" и др.). Вращающийся и воспринимающий элементы могут быть выполнены по любой из измерительных систем: коаксиальные цилиндры, конус-конус, конус-плоскость.

Устройство работает следующим образом. При линейной передаточной характеристике упругого элемента 4 угол поворота воспринимающего элемента 3 пропорционален вязкости η контролируемой жидкости и скорости сдвига слоев жидкости, т.е. частоте вращения вращающегося элемента 2. Выходной сигнал U измерительного преобразователя 5 помимо полезной составляющей, пропорциональной углу поворота воспринимающего элемента 3, содержит аддитивную составляющую погрешности, не зависимую от угла поворота воспринимающего элемента - U0,

,

где k - постоянный коэффициент, определяемый конструктивными параметрами устройства;

ω - частота вращения вращающегося элемента.

Составляющая U0 определяется точностью и стабильностью начальной настройки устройства, влиянием внешних потоков контролируемой жидкости, а также температуры элементов измерительного тракта, образованного вращающимися 2, воспринимающим 3 и упругим 4 элементами, измерительным преобразователем 5.

При изменении частоты вращения от ω1 до ω2 происходит соответствующее изменение сигнала U

;

.

Период изменения частоты вращения ω выбирается таким, чтобы сигналы U1 и U2 достигали своих установившихся значений.

В простейшем случае блок 6 определения изменения выходного сигнала измерительного преобразователя 5 вычисляет разность указанных значений сигнала U

,

где Uвых - выходной сигнал блока 6 определения изменения выходного сигнала измерительного преобразователя 5, т.е. выходной сигнал всего устройства.

Таким образом, результат измерения

не содержит аддитивной погрешности и является более точным.

Для ньютоновских жидкостей, а также не ньютоновских при измерениях на начальном (ньютоновском) участке кривой течения значения частот вращения ω1 и ω2 могут быть любыми. При измерениях на нелинейном участке кривой течения не ньютоновских жидкостей частота вращения ω2 должна быть равной нулю или менять свой знак: ω2=-ω1. Для измерения вязкости в другой точке кривой течения задают другие значения частоты вращения ω1 и ω2.

Отсутствие в результате измерений аддитивной составляющей погрешности позволяет допустить более грубую, следовательно, более простую настройку устройства. Допустимая "расстройка нуля" не должна только выводить измерительный преобразователь 5 за пределы линейной зоны передаточной характеристики.

При известном и стабильном законе изменения частоты вращения для ньютоновских жидкостей, не обладающих упругостью и ползучестью, определение изменения момента вращения может осуществляться другими способами, например путем дифференцирования сигнала измерительного преобразователя 5.

Таким образом, предложенные способ и устройство, его реализующее, обеспечивают более точное измерение вязкости и упрощение процесса настройки.

1. Способ измерения вязкости с помощью ротационного вискозиметра, в соответствии с которым при измерении вязкости в одной точке кривой течения приводят во вращение с заданной частотой вращающийся элемент и измеряют момент вращения, действующий на воспринимающий элемент, причем контролируемую жидкость помещают в пространство между упомянутыми элементами, отличающийся тем, что задают периодически изменяемую частоту вращения вращающегося элемента, а об измеряемой вязкости судят по изменению момента вращения, действующего на воспринимающий элемент.

2. Устройство для реализации способа по п.1, содержащее привод с укрепленным на его валу вращающимся элементом, воспринимающий элемент, укрепленный на упругом элементе, и измерительный преобразователь угла поворота воспринимающего элемента, отличающееся тем, что снабжено блоком определения изменения сигнала измерительного преобразователя угла поворота воспринимающего элемента, подключенным к выходу упомянутого измерительного преобразователя, а привод выполнен с изменяемой частотой вращения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для непрерывного контроля процесса образования молочного сгустка при производстве сыров и кисломолочных продуктов. .

Изобретение относится к устройству, предназначенному для измерения реологических характеристик вязкоупругого материала. .

Изобретение относится к области реологии, в частности к разработке способов определения неньютоновской вязкости полимерных соединений, их растворов и концентрированных суспензий гранулированных материалов.

Изобретение относится к области медицины. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования вязкости крови. .

Изобретение относится к области измерения физико-химических характеристик жидких сред и может быть использовано в различных отраслях промышленности. .

Изобретение относится к устройствам для непрерывного контроля процесса образования молочно-белкового сгустка при производстве кисло-молочных продуктов, сыров. .

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности, для контроля вязкости высоковязких веществ и показателей качества продукции непосредственно в процессе варки волокнистых продуктов в производствах химической, пищевой, целлюлозно-бумажной промышленности, а также в животноводстве для контроля качества влажных термообрабатываемых мешанок.

Изобретение относится к устройствам для непрерывного контроля процесса образования молочно-белкового сгустка при производстве сыров и кисломолочных продуктов в молочной промышленности, а также для непрерывного контроля процессов структурообразования в других отраслях промышленности.

Изобретение относится к способам и средствам определения вязкостных характеристик материалов. .

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аэрогидродинамическим устройствам для определения вязкости, и может найти применение в различных отраслях промышленности при контроле состава и свойств жидкостей

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам и способам исследования биомеханических свойств крови

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при изготовлении вискозиметров для измерения реологических свойств жидкостей

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. Устройство измерения вязкости состоит из частично или полностью прозрачного канала формы тор с клапанами подачи и слива, который закреплен на валу с приводом, тормозом и датчиком момента, а также доплеровского измерителя скорости. В тор предварительно закачивается под давлением испытуемая среда. Затем тор плавно разгоняется и резко останавливается. Процедура измерения параметров инерционного тормозящегося движения среды производится при неподвижном состоянии тора. Конструкция устройства обеспечивает одинаковое по длине канала гидростатического давления, а факт измерения крутящего момента на неподвижном торе исключает действие момента силы трения в подшипниках опоры тора, что повышает точность измерения вязкости. 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. 1 ил.

Изобретение относится к технике измерения вязкости веществ, а именно к устройствам для измерения эффективной вязкости материала с помощью ротационного вискозиметра. Устройство для измерения вязкости материала включает плиту, стойку с установленной на ней панелью, на которой закреплено основание, с измерительным устройством, состоящим из наружного измерительного цилиндра, имеющего отверстия в стенках и днище, объединенные между собой концентрическими металлическими трубочками посредством дугообразного двухпозиционного металлического капилляра. Также устройство содержит гибкий соединительный шланг и штуцер, внутренний измерительный цилиндр, привод и датчик угла поворота. Устройство дополнительно снабжено комбинированными датчиками термопар-потенциометров, установленными с возможностью подключения к записывающему устройству в имеющихся отверстиях в стенках и днище наружного измерительного цилиндра на расстоянии, равном внутреннему диаметру внешнего цилиндра, и на расстоянии, равном половине между внутренним диаметром внешнего цилиндра и наружным диаметром внутреннего цилиндра. Техническим результатом является повышение точности измерения величины вязкости материала и экспрессности получения результатов технологического воздействия на его реологические свойства, возможность измерения величины температуры и внутреннего электропотенциала при измерении вязкости материала. 2 ил.

Настоящее изобретение относится к устройствам для исследования реологических характеристик материалов и способам использования данных устройств. Более конкретно, объектом настоящего изобретения являются импеллерные чувствительные элементы для исследования реологических характеристик жидкостей, содержащих твердые частицы, в различных условиях обработки. В общем способе исполнения, настоящее изобретение содержит импеллерный чувствительный элемент, закрепляемый в приводной головке реометра и используемый для измерения реологических характеристик текучих сред, содержащих твердые частицы, в широком диапазоне значений температур и скоростей сдвига. Устройства для измерения реологических характеристик текучих сред с твердыми частицами в широком диапазоне значений температур и скоростей сдвига дают возможность получения более точных реологических характеристик. Температуры проведения измерений могут быть очень высокими, свыше 100°C, а используемые значения скоростей сдвига являются типичными для производственных трубопроводных систем. Техническим результатом является создание импеллерных чувствительных элементов, дающих возможность проведения реологических исследований, результаты которых достаточно точно отражают фактические рабочие условия, а также позволяющих точно измерять реологические свойства жидкостей, содержащих твердые частицы и предотвращать оседание твердых частиц в образцах жидкостей при проведении реологических измерений. 3 н. и 37 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к диагностической медицинской технике и может быть использовано при оценке вязкости крови. Устройство включает ротор, средство приведения ротора во вращение, средство регистрирующее параметры вращения ротора, измерительную ячейку, причем ротор размещен внутри измерительной ячейки с зазором, при этом ротор и измерительная ячейка выполнены таким образом чтобы соблюдалось условие: 1,0<δ<1,03 или 1,03<δ≤1,1, где δ отношение радиуса измерительной ячейки к радиусу ротора. Достигается упрощение конструкции и повышение точности измерений за счет комплексного анализа различных составляющих вязкости крови. 13 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к устройствам для непрерывного контроля процессов гелеобразования в молочных сгустках при производстве сыров и кисломолочных продуктов, а также для контроля процессов гелеобразования в других отраслях промышленности, производящих или применяющих структурированные жидкости. Колебательный контур содержит основание, корпус, нагружающее устройство, измерительное устройство, емкость и блок управления. При этом нагружающее устройство включает присоединенный к валу шагового электродвигателя понижающий редуктор с передаточным отношением не менее 20:1, на выходном валу которого зафиксирована втулка кулачка, к которой винтами прикреплен диск кулачка с выполненным по его центру сквозным окном, а со стороны втулки и симметрично его центральной оси, перпендикулярной оси продолговатых отверстий для винтов, в нем выполнен прямоугольной формы паз, в который с возможностью вращения помещен эксцентрик с шлицем, хвостовик которого с зазором вставлен в центральное отверстие втулки кулачка. При этом диск кулачка контактирует с установленным соосно ему в центральной втулке, прикрепленной вертикально над ним к кронштейну основания, толкателем, на верхнем конце которого горизонтально зафиксирован столик с емкостью. Измерительное устройство состоит из размещенного с зазором в емкости чувствительного элемента, выполненного в виде рифленых пластинок, прикрепленных с равным шагом по окружности к вертикально расположенному измерительному стержню, зафиксированному в замке прецизионного тензометрического силоизмерителя, установленного на кронштейне на основании. Техническим результатом является упрощение конструкции и повышение точности измерений. 6 ил.

Изобретение относится к автоматизации технологического контроля производственных процессов в химической и нефтехимической промышленности. Способ измерения вязкости жидкости ротационным вискозиметром включает создание и измерение разности давлений в нагнетательной и всасывающей камерах ротационного насоса, измерение скорости вращения ротора, с последующим нахождением искомого параметра расчетным путем. При этом измерения проводят в динамическом режиме и дополнительно измеряют крутящий момент на приводном валу насоса, температуру на выходе насоса, далее рассчитывают вязкость контролируемой жидкости по формулам: где: A, F, G - постоянные коэффициенты; Δ p - разность давлений в нагнетательной и всасывающей камерах; n - скорость вращения ротора; t - температура на выходе насоса; Мпр - крутящий момент, затрачиваемый на приводном валу насоса; t0 - приведенная температура. Целесообразно в качестве ротационного насоса использовать роторно-вращательный насос. Техническим результатом является упрощение способа и повышение его надежности. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх