Ротационный вискозиметр

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<„, 779862

Союз Советских

Социалистических

Республик (6!) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 14.11.78 (2! )2684395/18 25 (5! )М. Кл."

С 01 М 11/14 с присоединением заявки,%—

Государственный комитет (23) П риоритет

Опубликовано 15. 11.80. Бюллетень № 42 по делам изобретений и открытий (53) УДК 532.137 (088,8) Дата опубликования описания 17,11.80 (72) А втор изобретения

Е. A. Шевкин

Ленинградское специальное конструкторское бюро

Московского НПО Нефтехимавтоматика" (7!) Заявитель (54) РОТАЦИОННЫИ ВИСКОЗИМЕТР

Изобретение относится к вискозиметрии и может быть использовано в научных и практических исследованиях для измерения вязкости и физико-механических характеристик воды, водных растворов, кислот, щелочей, а также светлых нефтепродуктов бензинов, топлив и т.д. при малых скоростях сдвига.

Известны ротационные вискозиметры для измерения вязкости и физико-механических характеристик жидких материалов при малых скоростях сдвига. Они имеют, как правило, два цилиндра, В одних конструкциях вискозиметров наружному цилиндру задается постоянная скорость вращения и измеряется приложенный деформируемой

15 жидкоствю к внутреннему цилиндру момент, например, по углу закручивания торсиона " в других конструкциях наружный цилиндр неподвижный, угловая скорость задается внутреннему цилиндру и измеряется момент

20 или по углу закручивания торсиона, или по изменению электрических параметров (фазы, Tîêîâ, электрических напряжений) 2 электродвигателя, приводящего во враще тие внутренний цилиндр, в третьих типах конструкции вйскозиметров к внутреннему цилиндру прикладывается постоянный момент и измеряется скорость его вращения при этом внутренний цилиндр помещен в опоры, создающие минимальный момент трения j, Наиболее близким техническим решением является ротационный вискоэиметр для измерения вязкости и физико-механических характеристик жидких материалов при малых скоростях сдвига, внутренний вращающийся цилиндр которого лишен механических опор (2). Наблюдение за вращением внутреннего цилиндра осуществляется через прозрачные стеклянные стенки наружного цилиндра.

B известном ротационном вискозиметре поверхностное натяжение жидкости обеспечивает соосное концентрическое расположе ние цилиндров. Во внутреннем цилиндре помещен стальной шарик с магнитом. Внутцилиндра 1 и внутреннего цилиндра 2, выполненных из оптического кварцевого стекла без полос, натеков, царапин и пузырьков. Во внутреннем цищ ндре жестко укреплен стальной омедненный шарик 3 и экран с кольцевой щелью 4. У наружного цилиндра 1 на уровне экрана 4 жестко укреплен осветитель 6, с противоположной стороны наружного цилиндра на том же уровне укреплены в вертикальной плоскости два фотодиода фотодатчика 6, электрически соединенные с усилителями 7 и электромагнитом 8, расположенным под наружным цилиндром 1.

На уровне омедненного шарика 3 вокруг наружного цилиндра 1 расположен четырехполюсный, двухфазный, воздушный (без магнитопровода) статор 9, электри чески соединенный с. высокочастотным генератором 1 О..

На стенке внутреннего цилиндра нанесена продольная риска 11, служашая для регистрации периода вращения цилиндра.

Работает устройство следуюшим обра- зом. Предварительно сбалансированный (так, чтобы продольная ось внутреннего цилиндра отклонялась от вертикали не более чем на 1О-15 угл.мин) и отрегулированный на небольшую положительнууо плавучесть внутренний цилиндр 2 помещается в наружный цилиндр 1. Билиндр полностью. заполняется исследуемой жидкостью.

В рабочем состоянии внутреннего цилиндра 2 светбвой поток от осветителя 5 ограничивается экраном с кольцевой щелью

4 так, что освещает нижнюю половину верхнего фотодиода и верхнюю половину нижнего фотодиода фотодатчика 6, при этом усилитель 7 вырабатывает номинальный ток, электромагнит 8, протягивая шарик (вместе с ним и внутренний цилиндр 2), компенсирует положительную плавучесть внутреннего цилиндра.

При отклонении в вертикальной плоскости внутреннего цилиндра 2 от рабочего положения происходит перераспределение светового потока между фотодиоАами фотодатчика, изменение электрического сиг-, нала фотодатчика 6, изменение тока электромагнита 8 и изменение силы притяжения. Например, при случайном подьеме внутреннего цилиндра 2 под действием каких-то сил си а притяжения шарика 3 к электромагниту 8 возрастает, компенсировав дополнительную силу, Создаваемое электромагнитом 8 осесимметрическое неоднородное магнитное поле способствует центрированию внутреннего цилиндра 2, 3 779862

4. ренний цилиндр размещен между постоян,ными магнитами и при врашении от приво,да увлекается во вращательное движение.

При малых скоростях деформации и ма. лых напряжениях сдвига наличие мениска делает невозможным измерение вязкости и физико-механических характеристик жид ких материалов.

Наличие вибраций, обусловленных приводом, вращение постоянных магнитов (с частотами, кратными частоте питающего электродвигатель электрического тока: счастотами, кратными частоте врашения постоянных магнитов), наличие механического воздействия вращающихся .магнитов 5 на помещенный во внутренний цилиндр стальной шарик с магнитом не позволчет измерить вчзкость и физико-механические характеристики жидких материалов при малых напряжениях сдвига, При наполнении стеклянного цилиндра исследуемой жидкостью происходит химикоI физическое взаимодействие (например вышела-, чивание стекла образованием гели и т.д.J

4 со стенками цилиндров, что приводит к недостоверным результатам измерений.

Белью изобретения является повышение точности измерения при малых скоростях сдвига.

Цель достигается тем, что в известном

30 ротационном вискозиметре, имеющем неподвижный термостатируемый прозрачный наружный цилиндр и внутренний герметич.ный, с небольшой положительной плавучестью прозрачный цилиндр полностью погружен35 ныйвисследуемуюжидкость, внутренний цилиндр снабжен омедненным стальйым шариком, а статор датчика момента, подключенный к гейератору высокочастотного тока, выполнен четырехполюсным, двухфазным, воздушным (без маг40 нитопровода), ротором же служит медная оболочка стального шарика внутреннего .цилиндра, чем устраняются вибрации, колебания.и сотрясения. Устройство для устано

45 вки и центрирования измерительного узла выполнено в виде магнитодинамического подвеса.

Использование в качестве материала для наружного и внутреннего цйлиндров вискозиметра оптического кварцевого стек-.

50 ла исключает химическо-физическое взаимодействие исследуемой жидкости со стенками цилиндров в широком диапазоне температур.

На чертеже изображен общий вид пред55 ложенного ротационного вискозиметра. Ротационный вискоэиметр состоит из неподвижного наружного термостатируемого

5 7798

Четырехполюсный, двухфазный, воздушный (без магнитопровода) статор датчика момента 9 создает высокочастотное вращающееся магнитное поле. Возбужденные в медной оболочке шарика 3 токи Фуко взаимодействуют с магнитйым полем ста тора 9, создавая вращающий момент. С помощью риски 11, нанесенной нв поверх носты внутреннего цилкндра 2, измеряется период обращения этого цилиндра, являю- 10 щийся величиной, обратной скорости вращения. Угловая скорость внутреннего цилиндра 2 является функцией вязкости и физико-механических свойств исследуемой жидкости. 15

Создание ротационного вискозимет а нз оптического кварца с магнитодинамическим цодвесом внутреннего цилиндра и оптпческим сьемом его пространственного положения,. с полностью погруженным П в исследуемую жидкость внутренним цилиндром, с прецизионным высокочастотным датчиком момента позволит исследовать вязкость и физико-механические характе ристики жидких материалов при сверхма- д лых скоростях деформации и сверхмалых напряжениях сдвига, расширят представления о тонкой и сверхтонкой структуре жидкостей. формула изобретениями

1, Ротационный вискозиметр, содержащий прозрачные неподвижный термостати62 руемый наружный цйлиндр и внутренний герметичный цилиндр с жестко закрепленным внутри стальным шариком, устройство для вращения внутреннего цилиндра н устройство для установки и центрирования измерительного узла, о т л и ч а— ю ш и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения при малых скоростях сдвига, внутренний цилиндр полностью погружен в исследуемую жидкость, поверхность стального шарика покрыта медным слоем, устройство для вращения внутреннего цилиндра выполнено в виде воздушного четырехполюсного, двухфаэно» го статора.

2. Ротационный вискоэиметр по и. 1, отличающийся тем, что уст- ройство для установки и центрирования измерительного узла выполнено в виде магнитодинамического подвеса.

3. Ротационный вискозиметр по п.1, отличающийся тем, что цилинн дры выполнены из оптического кварца.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Белкин И. М. и др. Ротационные приборы. М., "Машиностроение", 1968, с. 265.

2. Фрисман Э. В. и др. Стеклянный ротационный вискозиметр, "Коллоидный журнал", М 1, М.,:. "Наука", 1965, с.130.

779862

Составитель В. Филатова

Редактор Г, Улыбина Техред М.Петко Корректор E. Папп

Заказ 9315/8 Тираж 1019 Пбдписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5: Филиал ППП "Патент, r.Óæãîðîö, ул. Проектная, 4