Способ определения вязкости нелинейно-вязких жидкостей и устройство для его осуществления

Изобретение относится к способам определения вязкости нелинейно-вязких жидкостей. В способе определения вязкости нелинейно-вязких жидкостей в качестве датчика вязкости используют частотно-регулируемый привод в комплекте с асинхронным электродвигателем мешалки, у которого стабилизируют синхронную частоту питания и напряжение двигателя. При этом по частоте вращения вала мешалки и температуре жидкости рассчитывают вязкость по соотношению: ν=b0(Ω,t)+b1(Ω,t)ω+b2(Ω,t)ω2, где ν - вязкость полимера, ω - частота вращения вала электродвигателя, t - температура полимера, Ω - стабилизированная синхронная частота электродвигателя, b0, b1 и b2 - коэффициенты, зависящие от синхронной частоты и температуры. Устройство для определения вязкости нелинейно-вязких жидкостей включает измерительную емкость с термометром и мешалкой, вращаемой асинхронным двигателем, который управляется частотным преобразователем регулируемой частоты и напряжения. При этом на вал мешалки прикреплен магнит, перемещение которого фиксируется датчиком Холла и осциллографом, сигналы с которого передаются на компьютер. Техническим результатом изобретения является разработка метода определения вязкости неньютоновских жидкостей на потоке, при котором в процессе измерения не должна разрушаться пространственная структура жидкой среды. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к способам определения вязкости нелинейно-вязких жидкостей.

Особенность таких жидкостей состоит в том, что при изменении частоты вращения мешалки происходит изменение вязкости. Причем существует пороговое значение частоты вращения мешалки, при котором вязкость изменяется практически скачком. Значение вязкости зависит также и от температуры жидкости. То есть кривая течения таких жидкостей не является линейной, т.е. вязкость непостоянна, а зависит от скорости сдвига или от предыстории деформации материала. Такие жидкости относят к неньютоновским жидкостям, поскольку они не подчиняются законам Ньютона.

Известно несколько методов измерения вязкости: капиллярный, вибрационный, ротационный и ультразвуковой.

Метод капиллярной вискозиметрии [Малкин А.Я., Чалых А.Е. Диффузия и вязкость полимеров. Методы измерения. - М.: Химия, 1979] опирается на закон Пуазейля о вязкой жидкости, описывающий закономерности движения жидкости в капилляре и применима она только для ньютоновских жидкостей.

Принцип действия вибрационных вискозиметров [Малкин А.Я., Исаев А.И. Реология: концепции, методы, приложения / Пер. с англ. - СПб.: Профессия, 2007] основан на изменении параметров вынужденных колебаний тел правильной геометрической формы. Недостатком этих приборов является то, что они не дают информации о степени сохранности пространственной структуры нелинейно-вязкой среды.

Ротационный метод вискозиметрии [Малкин А.Я., Исаев А.И. Реология: концепции, методы, приложения / Пер. с англ. - СПб.: Профессия, 2007] заключается в том, что исследуемая жидкость помещается в малый зазор между двумя телами, необходимый для сдвига исследуемой среды. Одно из тел на протяжении всего опыта остается неподвижным, другое, называемое ротором ротационного вискозиметра, совершает вращение с постоянной скоростью, т.е. вращательное движение ротора вискозиметра передается к другой поверхности. Таким образом, момент вращения ротора ротационного вискозиметра является мерой вязкости. Недостатком данных приборов является необходимость подбирать соответствующие шпиндели при изменении частоты вращения ротора, что обуславливает ее дискретный характер. Кроме того, отсутствует возможность учета влияния частоты вращения вала на вязкость.

Ультразвуковой способ измерения вязкости [Малкин А.Я., Чалых А.Е. Диффузия и вязкость полимеров. Методы измерения. - М.: Химия, 1979] основан на измерении скорости затухания колебаний в пластинке из магнитострикционного материала, погруженной в исследуемую среду. Основным недостатком данного метода является узкий диапазон измерений из-за свойств материала прибора.

На сегодняшний день существует измерение вязкости на потоке (экспресс-метод), относящийся к косвенным методам измерения, где в основу положен принцип измерения корреляционной зависимости между удельной вязкостью полимера и вязкостью по Муни [Методы исследования структуры и свойств полимеров: Учеб. пособие / И.Ю. Аверко-Антонович, Р.Т. Бикмуллин; КГТУ, Казань, 2002, 604 с.]. Недостатком данного метода является нарушение корреляции из-за влияния различных факторов, не учитываемых уравнением, например влияния полидисперсности полимера на вязкость по Муни.

Одной из особенностей определения вязкости каучуков по методу Муни, является оценка свойства полимера, стойкости полимера к преждевременной вулканизации [Определение показателя Муни полимера в латексе СКМС-30АРКПН по вязкости / Н.Д. Вейсейская, В.А. Рыжов, Б.С. Неделькин, В.О. Рейхсфельд // Промышленность СК, М., 1976, №7. - С.20-21].

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является способ, реализованный в устройстве для измерения вязкости текучих сред [патент РФ №2152022] с использованием измерительной камеры, в которую установлен ротор асинхронного двигателя, а блок формирования информационного сигнала выполнен по схеме моста переменного тока, в плечи которого включены конденсаторы переменной емкости, образованные электродами статора тахометра и, по меньшей мере, одним полюсом его ротора, который через конденсатор постоянной емкости, образованный поверхностью ротора асинхронного двигателя и стенкой корпуса датчика вязкости, связан с одним из полюсов питающего моста генератора, другой полюс которого гальванически связан с общей точкой резисторов разных плеч моста.

Недостатком указанного технического решения является его неприменимость для неньютоновских жидкостей, поскольку вращение ротора может нарушить пространственную структуру жидкой среды.

Задачей изобретения является разработка метода определения вязкости неньютоновских жидкостей на потоке, отличающегося тем, что в процессе измерения не должна разрушаться пространственная структура жидкой среды.

Указанная задача решается тем, что в способе определения вязкости нелинейно-вязких жидкостей в качестве датчика вязкости используют частотно-регулируемый привод в комплекте с асинхронным электродвигателем мешалки, у которого стабилизируют синхронную частоту питания и напряжение двигателя, при этом по частоте вращения вала мешалки и температуре жидкости рассчитывают вязкость по соотношению:

ν = b 0 ( Ω ,t) + b 1 ( Ω ,t) ω + b 2 ( Ω ,t) ω 2 ,                                                  (1)

где ν - вязкость полимера, ω - частота вращения вала электродвигателя, t - температура полимера, Ω - стабилизированная синхронная частота электродвигателя, b0, b1 и b2 - коэффициенты, зависящие от синхронной частоты и температуры.

В части устройства поставленная задача решается тем, что в устройстве для определения вязкости нелинейно-вязких жидкостей, включающем измерительную емкость с термометром и мешалкой, вращаемой асинхронным двигателем, который управляется частотным преобразователем регулируемой частоты и напряжения, при этом на вал мешалки прикреплен магнит, перемещение которого фиксируется датчиком Холла и осциллографом, сигналы с которого передаются на компьютер.

В результате проведения ряда экспериментов и обработки статистическим методом анализа полученных данных, была выявлена функциональная зависимость:

T ( ν , Ω , t ) = a 0 (t , Ω ) + a 1 (t , Ω ) ν + a 2 (t , Ω ) ν 2 ,                                                  (2)

где Т - это время одного полного оборота вала привода, ν - вязкость, Ω - заданная частота, t - температура полимера, а0, a1, а2 - коэффициенты уравнения, определяемые экспериментальным методом и зависящие от синхронной частоты, температуры, характеристики асинхронного двигателя.

Результаты эксперимента, полученные при разных заданных частотах, но при постоянной температуре и при одной заданной частоты, но при разных температурах, приведены на фигурах 2 и 3 соответственно. Из формулы (2) путем алгебраических преобразований получена формула (1), где частота ω определяется через время одного полного оборота вала привода Т.

На фигуре 1 представлена схема устройства для измерения вязкости на потоке.

Устройство включает в себя трехфазный асинхронный электродвигатель 1 с короткозамкнутым ротором, мешалку 2 и частотно регулируемый привод 3, в котором есть возможность измерения тока в цепи и напряжения, подаваемого на электродвигатель. На вал мешалки прикреплен магнит 4, перемещение которого фиксируется датчиком Холла 5 и осциллографом 6. Температура жидкости 7, помещенная в емкость 8 водяной бани 9, измеряется термометром 10. Вычисление вязкости производится на компьютере 11.

Устройство работает следующим образом. Измеряемую жидкость 7 помещают в емкость 8 с мешалкой 2, вращаемой асинхронным двигателем 1, который управляется частотным преобразователем 3 регулируемой частоты (синхронная частота) и напряжения. Вал двигателя вращается с частотой, при которой не происходит разрушения пространственной структуры жидкой среды. Эта частота подбирается экспериментально на стадии сбора информации и определения коэффициентов формулы (1). Частота вращения измеряется с помощью магнита 4 и датчика Холла 5. Когда магнит, прикрепленный на вал мешалки, проходит мимо датчика, датчик формирует скачок напряжения, определяемый осциллографом 6. Компьютером 11 определяются интервалы времени между соседними скачками и вычисляется значение вязкости как функция синхронной частоты, частоты вращения вала и температуры.

Заявленный технический результат изобретения достигается за счет использования зависимости скольжения и частоты вращения асинхронного двигателя от нагрузки на его валу.

1. Способ определения вязкости нелинейно-вязких жидкостей с использованием в качестве датчика вязкости частотно-регулируемого привода в комплекте с асинхронным электродвигателем мешалки, у которого стабилизируют синхронную частоту питания и напряжение двигателя, при этом по частоте вращения вала мешалки и температуре жидкости рассчитывают вязкость по соотношению:
ν=b0(Ω,t)+b1(Ω,t)ω+b2(Ω,t)ω2,
где ν - вязкость полимера; ω - частота вращения вала электродвигателя; t - температура полимера; Ω - стабилизированная синхронная частота электродвигателя; b0, b1 и b2 - коэффициенты, зависящие от синхронной частоты и температуры.

2. Устройство для осуществления способа по п.1, включающее измерительную емкость с термометром и мешалкой, вращаемой асинхронным двигателем, который управляется частотным преобразователем регулируемой частоты и напряжения, при этом на вал мешалки прикреплен магнит, перемещение которого фиксируется датчиком Холла и осциллографом, сигналы с которого передаются на компьютер.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к медицине, а именно к средствам, предназначенным для измерения физических свойств крови. .

Изобретение относится к измерительной технике и использует измерение времени заполнения емкости объемом (10 мл) смазочным материалом (вязкости среды), плотности, коррозионной активности смазочной среды по бальной системе, сравнивая с эталоном, а также обнаружение в масле продуктов износа узлов трения, неполного сгорания топлива, охлаждающей жидкости.

Изобретение относится к области определения свойств полимерных материалов, в частности индекса расплава, непосредственно в процессе производства. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения вязкости жидкости в медицине, биологии, а также для научных исследований в условиях новых космических технологий.

Изобретение относится к газонефтедобыче и может быть использовано при измерении параметров в буровых растворов. .

Изобретение относится к измерениям вязкости жидкостей в широком интервале параметров состояния. .

Изобретение относится к исследованию физико-механических свойств порошков, может быть использовано в пищевой, химической и других отраслях промышленности. .

Изобретение относится к медицине и биологии и может быть использовано для оценки изменений агрегатного состояния клеток крови и точной диагностики расстройств микроциркуляции крови при различных заболеваниях и патологических состояниях. Капиллярный вискозиметр включает основание, рабочий капилляр и опору рабочего капилляра. При этом опора рабочего капилляра присоединена к основанию посредством поворотного устройства, позволяющего устанавливать заданный угол наклона рабочего капилляра относительно горизонта в пределах от -90° до +90°. Кроме того, капиллярный вискозиметр дополнительно содержит устройство измерения угла наклона рабочего капилляра относительно горизонта. Еще одним отличием капиллярного вискозиметра является то, что поворотное устройство включает сервопривод вращения. Кроме того, поворотное устройство может включать привод вращения на базе шагового двигателя. Также капиллярный вискозиметр включает в себя устройство измерения скорости перемещения жидкости в капилляре. Устройство измерения скорости перемещения жидкости в капилляре может быть построено на базе двух смещенных относительно друг друга в направлении движения потока оптических датчиков. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей и повышение точности. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для комплексного анализа реологических свойств крови in vivo. В зоне интереса зондируют импульсами ультразвуковых колебаний в режиме энергетического цветового допплеровского кодирования протекающий по сосуду поток крови. Определяют диаметр d сосуда, толщину пограничного слоя потока крови, площадь пограничного слоя потока крови, площадь осевого потока крови, частоту сокращений сердца и рассчитывают на основе полученных данных параметры, характеризующие реологические свойства крови: кинематическую вязкость крови ν, число Уомерсли α, параметр α2, коэффициент ε структуры потока. Определяют пиковую систолическую скорость Vps осевого потока крови и среднюю максимальную скорость Vm осевого потока крови, межинтимальный диаметр сосуда и рассчитывают на основе этих параметров число Re Рейнольдса, скорость V сдвига и напряжение τ сдвига. Зондирование проводят с картой распределения интенсивности движения по сечению потока и дополнительно определяют с использованием измерений площадь Sos осевого потока в систолу, площадь Sns потока в систолу, площадь Sod осевого потока в диастолу, площадь Snd потока в диастолу, площадь Sδs в систолу, площадь Sδd в диастолу, время ts систолы, время td диастолы, время t сердечного цикла и рассчитывают на основе полученных данных: усредненную толщину δxs пограничного слоя в систолу (см) по формуле: δxs=Sδs/[√π*(√Sns+√Sos)], где Sδs - площадь пограничного слоя в систолу, Sns - площадь потока в систолу, Sos - площадь осевого потока в систолу; усредненную толщину δxd пограничного слоя в диастолу (см) по формуле: δxd=Sδd/[√π*(√Snd+√Sod)], где Sδd - площадь пограничного слоя в диастолу, Snd - площадь потока в диастолу, Sod-ω - угловая скорость (с-1); νs - кинематическую вязкость крови в систолу (cSt) по формуле: νs=ωδxs2; νd - кинематическую вязкость крови в диастолу (cSt) по формуле: νd=ωδxd2; νh - гемодинамическую вязкость крови (cSt) по формуле: νh=[(νs х ts)+(νd x td)]/t; Σhs - коэффициент реологической эффективности кровотока в систолу по формуле: Σhs=Sos/Sns, где Sos - площадь осевого потока в систолу; Sns - площадь потока в систолу; Σhd - коэффициент реологической эффективности кровотока в диастолу по формуле: Σhd=Sod/Snd, где Sod - площадь осевого потока в диастолу; Snd - площадь потока в диастолу; Σh - коэффициент реологической эффективности кровотока за сердечный цикл по формуле: Σh=[(Σhs х ts)+(Σhd х td)]/t. Определяют характеристики движения эритроцитов в осевом потоке, такие как интенсивность движения, оценивая ее по уровню интенсивности окрашивания цветовой картограммы осевого потока, сравнивая его с уровнем интенсивности цветовой шкалы, расположенной на экране монитора; степень дезорганизации потока по структуре и степени гетерохромности цветовой картограммы осевого потока, для чего определяют структурный коэффициент осевого потока СКОП как отношение площади участков осевого потока с максимальной интенсивностью окрашивания Sm к площади осевого потока So и при СКОП=1 считают структуру потока организованной нормально, а при СКОП<1 – дезорганизованной; градиент интенсивности движения эритроцитов по направлению от стенки сосуда к осевому потоку, оценивая степень локальной устойчивости потока по характеру контуров осевого потока и полос пограничного слоя, степени центрации осевого потока и равномерности толщины пограничного слоя по сечению сосуда. Способ обеспечивает повышение эффективности анализа реологических свойств крови за счет расчета большого числа количественных реологических характеристик кровотока и визуального выявления, что дает возможность локализовать участки сосуда с нарушением гемореологических параметров. 13 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области испытания топлив. Способ включает подачу охлажденного до заданной температуры топлива через фильтр тонкой очистки, варьирование значениями подачи и давления топлива в топливной линии, регистрацию расхода топлива через фильтр тонкой очистки и критической температуры подачи топлива, дополнительно задают значения скорости охлаждения топлива, при этом формируют из 15 этапов цикл испытаний как необходимую и минимально достаточную совокупность режимов испытаний в виде матрицы, на каждом этапе заданной продолжительности фиксируют критическую температуру подачи топлива в момент достижения расхода топлива через фильтр тонкой очистки предельного значения, по завершении цикла испытаний определяют обобщенный показатель Тисп низкотемпературной прокачиваемости испытуемого топлива, сравнивают полученное значение со значением этого показателя для топлива, принятого за эталон Тэт и прошедшего идентичный цикл испытаний, и при значении Тис>Тэт рекомендуют топливо к применению в двигателях транспортных средств, при этом обобщенный показатель Тисп(эт) низкотемпературной прокачиваемости топлива вычисляют по заданной формуле. Достигается повышение информативности и достоверности оценки за счет расширения и создания условий испытаний, в большей степени приближенных к реальным условиям эксплуатации техники. 6 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.

Изобретение относится к способам определения вязкости нелинейно-вязких жидкостей. В способе определения вязкости нелинейно-вязких жидкостей в качестве датчика вязкости используют частотно-регулируемый привод в комплекте с асинхронным электродвигателем мешалки, у которого стабилизируют синхронную частоту питания и напряжение двигателя. При этом по частоте вращения вала мешалки и температуре жидкости рассчитывают вязкость по соотношению: νb0+b1ω+b2ω2, где ν - вязкость полимера, ω - частота вращения вала электродвигателя, t - температура полимера, Ω - стабилизированная синхронная частота электродвигателя, b0, b1 и b2 - коэффициенты, зависящие от синхронной частоты и температуры. Устройство для определения вязкости нелинейно-вязких жидкостей включает измерительную емкость с термометром и мешалкой, вращаемой асинхронным двигателем, который управляется частотным преобразователем регулируемой частоты и напряжения. При этом на вал мешалки прикреплен магнит, перемещение которого фиксируется датчиком Холла и осциллографом, сигналы с которого передаются на компьютер. Техническим результатом изобретения является разработка метода определения вязкости неньютоновских жидкостей на потоке, при котором в процессе измерения не должна разрушаться пространственная структура жидкой среды. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх