Капиллярный вискозиметр

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 технике измерения вязкости жидкостей, в частности с помощью капиллярных вискозиметров.

Известно устройство измерения вязкости жидкостей, содержащее герметично закрытую пробирку, в которой помешается исследуемая жидкость. Вязкость определяют по интегральной скорости неустановившегося течения исследуемой жидкости на ограниченном участке наклонной поверхности [1]. Недостатком этого устройства является низкая точность измерения за счет отсутствия устройства, которое обеспечивает заданный угла наклона и сложности определения интегральной скорости.

Известен также стандартный капиллярный вискозиметр Оствальда [2] наиболее близкий к заявленному изобретению по технической сущности. Его действие основано на использовании формулы Пуазейля. Вязкость определяется по результату измерения времени протекания через капилляр жидкости известной массы под действием силы тяжести при определенном перепаде давлений. Это простая капиллярная конструкция позволяет измерить вязкость только при одном напряжении сдвига, создаваемом силой тяжести, действующей на пробу.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что капиллярный вискозиметр включает основание, рабочий капилляр и опору рабочего капилляра. Новым является то, что опора рабочего капилляра присоединена к основанию посредством поворотного устройства, позволяющего устанавливать заданный угол наклона рабочего капилляра относительно горизонта в пределах от -90° до +90°. Другим отличием капиллярного вискозиметра является то, что в него включено устройство измерения угла наклона рабочего капилляра относительно горизонта. Еще одним отличием капиллярного вискозиметра является то, что поворотное устройство включает сервопривод вращения. Также поворотное устройство может включать привод вращения на базе шагового двигателя. Кроме того, капиллярный вискозиметр включает в себя устройство измерения скорости перемещения жидкости в рабочем капилляре. Устройство измерения скорости перемещения жидкости в рабочем капилляре может содержать как минимум один датчик скорости.

На фиг.1 изображен капиллярный вискозиметр, две проекции.

На фиг.2 приведены гистограммы вязкости крови при двух значениях угла наклона рабочего капилляра.

На фиг.3 приведен график вязкости крови в функции синуса угла наклона рабочего капилляра (α от 10° до 50°).

Капиллярный вискозиметр (фиг.1) включает основание 1, рабочий капилляр 2, установленный на опоре рабочего капилляра 3, опора рабочего капилляра присоединена к основанию посредством поворотного устройства 4, включающего устройство измерения угла наклона рабочего капилляра относительно горизонта (на фиг.1 не показано). Также капиллярный вискозиметр включает устройство измерения скорости перемещения жидкости в капилляре 5 (на фиг.1 показан один датчик, установленный посередине рабочего капилляра).

Работа капиллярного вискозиметра осуществляется следующим образом. В установленный горизонтально рабочий капилляр 2 помещают, например капельницей, заданный объем исследуемой жидкости, например 50 мкл. Затем включают привод поворотного устройства 4 и поворачивают опору рабочего капилляра вместе с рабочим капилляром на заданный угол α. На фиг.1 это положение опоры рабочего капилляра вместе с рабочим капилляром показано пунктиром. На жидкость начнет действовать сдвигающая сила, величина которой определяется выражением F=mg·sinα.

где m - масса помещенной в рабочий капилляр жидкости, g - гравитационная постоянная. Под действием этой силы жидкость перемещается в рабочем капилляре 2 вначале с ускорением, а при достижении равенства силы вязкого трения сдвигающей силе скорость движения жидкости станет постоянной и это значение будет зафиксировано при прохождении жидкостью устройства измерения скорости перемещения жидкости в капилляре 5. При достижении жидкостью противоположного конца измерительной части рабочего капилляра посредством поворотного устройства 4 приводят опору рабочего капилляра вместе с рабочим капилляром в исходное положение.

Далее измерение может быть произведено в обратном направлении. Вместо одного датчика, установленного посредине рабочего капилляра, можно установить два датчика в разных концах рабочего капилляра в точках конечного перемещения жидкости в капилляре.

Такое построение капиллярного вискозиметра позволяет быстро изменять режимы измерения за счет использования разных углов наклона рабочего капилляра и обеспечивать измерение вязкости как ньютоновских жидкостей, так и неньютоновских жидкостей.

Пример

Измерение вязкости крови как неньютоновской жидкости (регистрация при низких и высоких скоростях сдвигового течения)

Кровь относится к так называемым аномальным - неньютоновским жидкостям, ее вязкость изменяется при разных скоростях сдвига (ϒ):

1) при высоких скоростях сдвигового течения, ϒ>50 с-1 невысокая и всего в 3 раза превышает вязкость воды. Это зона ньютоновского поведения крови.

2) При скорости сдвига менее 20 с-1 вязкость крови существенно возрастает, а при ϒ<1,0 с-1 может в десятки раз превышать вязкость воды.

При наклоне рабочего капилляра на угол α=100 была зафиксирована величина вязкости, соответствующая ее неньютоновскому значению, около 8,0 мПа·с. При угле наклона рабочего капилляра на угол а=45° зафиксирована величина вязкости, соответствующая ее ньютоновскому варианту - менее 3,5 мПа·с (фиг.2).

Из классической реологии известно [3], что чаще всего встречаются неньютоновские жидкости степенного закона.

При изменении углов наклона можно задать течение измеряемой жидкости (крови) с разными скоростями сдвига: от относительно высоких (ньютоновское поведение образца крови, скорости сдвига выше, чем 50 с-1) до относительно низких (менее 20 с-1).

На фиг.3 приведена зависимость вязкости крови в функции синуса угла наклона рабочего капилляра (а от 10° до 50°), полученная авторами разработанным капиллярным вискозиметром. Из полученной зависимости видно, что исследуемый образец крови характеризуется моделью неньютоновской жидкости степенного закона вида: y=ах-n с точностью более 99%.

Источники информации

1. А.с. СССР №122635, класс 42l,702, от 07.08.1958.

2. Мачихин Ю.А., Мачихин С.А. Инженерная реология пищевых материалов. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981, с.34-37.

3. Уилкинсон У.Л. Неньютоновские жидкости. - М.: Мир, 1964. - 216 с.

1. Капиллярный вискозиметр, включающий основание, рабочий капилляр и опору рабочего капилляра, отличающийся тем, что опора рабочего капилляра присоединена к основанию посредством поворотного устройства, позволяющего устанавливать заданный угол наклона рабочего капилляра относительно горизонта в пределах от -90° до +90°.

2. Капиллярный вискозиметр по п.1, отличающийся тем, что в него включено устройство измерения угла наклона рабочего капилляра относительно горизонта.

3. Капиллярный вискозиметр по п.1, отличающийся тем, что поворотное устройство включает сервопривод вращения.

4. Капиллярный вискозиметр по п.1, отличающийся тем, что поворотное устройство включает привод вращения на базе шагового двигателя.

5. Капиллярный вискозиметр по п.1, отличающийся тем, что включает в себя устройство измерения скорости перемещения жидкости в капилляре.

6. Капиллярный вискозиметр по п.5, отличающийся тем, что устройство измерения скорости перемещения жидкости в капилляре содержит как минимум один датчик скорости.



 

Похожие патенты:

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.

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 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 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.

Наверх