Вискозиметр

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсних

Социалистических

Республик

«i>868470 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 040180 (21) 2864188/18-25 с присоединением заявки Нов (23) Приоритет

Опубликовано 30п981. Бюллетень Мо 36

Дата опубликования описания 300981 м g ç

6 01 N 11/14

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений н открытий (53) УДК 532.13). (088.8) Е.В.Кузьминых, И.И.Карелин, .И.рзнаренхо— и Н.В.Лбубаки ова

t

-- ------..J (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ВИСКОЗИМЕТР о д = -- - е —,, Изобретение относится к устройствам для измерения вязкости жидких сред, в частности вязкости расплавленных металлургических шлаков, флюсов и металлов.

Известны вискозиметры, содержащие сосуд с жидкостью, сопряженный с упругим элементом и совершающий.затухающие колебания f1 ).

Наиболее. близким по конструкции к предлагаемому является вискозиметр, содержащий осветитель, отсчетную линейку, подвесную систему, включающую в себя подвешенный на упругой проволоке сосуд, наполненный исследуемой жидкостью и зеркальце, жестко связанное с сосудом.

В ходе эксперимента на существующих вискоэиметрах измеряют период колебаний сосуда и величину отклонений от равновесного положения свето" вого пятна,» отраженного от зеркальца подвесной системы, которые регистрируются с помощью отсчетной шкалы.

По велйчине отклонений вычисаяют координату равновесного положения зайчика и находят амплитуду колебаний подвесной системы. Логарифмический декремент затухания. колебаний вычисляют по формуле где Ао — амплитуда начального колебания;

1" Ag — амплитуда конечного колебания, число колебаний.

Используя величину (по известным формулам вычисляют кинематическую вязкость исследуемой жидкости (2 ).

Однако в вискозиметрах подобного типа определейие величины отклонения светового пятна по линейке производится визуально, вследствие чего точность отсчета невелика и оно часто сопровождается значительными ошибками, что отражается на надежности вычисляемых значений вязкости. Кроме того, процедура отсчета отклонений быстро движущегося светового пятна весьма утомительна для экспериментатора, поскольку она сопровождается постоянным зрительным напряжениемеЧтобы получить значения амплитуд, З(необходимые для расчета по величине отк3

868470 лонения светового пятна, необходимо проделать определенные математические операции.

Цель изобретения — повышение точности измерений и надежности работы. указанная цель достигается тем; что вискозиметр, содержащий сосуд с исследуемой жидкостью, подвешенный на упругой нити, зеркальце, жестко связанное с сосудом и осветитель, установленный напротив зеркальца, он снабжен двумя фотоэлектрическими преобразователями, установленными на траектории светового пятна, отражаемого от зеркальца, и к выходу которых подключены усилители-формирователи импульсов, соединенные своими 15 выходами со входами электронного хронометра, который соединен с регистрирующим прибором.

На чертеже представлена схема предлагаемого вискозиметра. 20

Вискозиметр содержит сосуд 1 с жидкостью, подвешенный на упругой нити 2, зеркальце 3, жестко связанное с сосудом 1 и освещаемое осветителем 4, фотоэлектрические преобразователи 5 и б, которые располагаются на траектории отраженного светового пятна, симметрично относительно его равновесного положения. К выходу фотоэлектрических преобразователей и б подключены усилители-формирова- 0 тели импульсов 1 и 8, хронометр, который управляется импульсами от усилителей 7 и 8, цифропечатающего устройства 10, фиксирующего показания хронометра 9.

Вискозиметр работает следующим 35 образом.

При крутильных колебаниях подвесной системы световое пятно осветителя 4, отраженное от зеркальца 3, последовательно проходит преобразова- 40 тели 5 и б, расположенные по траектории пятна. При освещении преобразователя 5 на его выходе возникает электрический импульс, который через усилитель 7 запускает .хронометр 9.

При последующем освещении световым пятном преобразователя б хронометр останавливается. Время прохождения световым пятном расстояния между преобразователями фиксируется цифропеча- 50 тающим устройством. Чтобы при обратном ходе светового пятна не произошло включения хронометра, последний работает в режиме задержки времени последующего включения, т.е. он

55 вновь может быть включен только тем импульсом, который поступит от усилителя за время большее, чем половина периода колебаний пятна, считая от момента предыдущего включения.

Поскольку расстояние между пре- 50 образователями постоянное, то время прохождения его светового пятна численно совпадает со средней скоростью пятна на участке его траектории между преобразователями. В ходе эксперимента фиксируется средняя скорость светового пятна во время начального колебания (Ч )и во время конечного колебания (Ч ) .

По значениям Ч и Чт находят логарифмический декремент затухания подвесной системы d, который является исходной величиной для вычисления вязкости

О = — Ри —

Ч, Оценим относительную ошибку величины декремента затухания, найденного по измеряемым на предлагаемом вискозиметре параметрам. указанная формула для вычисления логарифмического декремента затухания является приближенной. Точное выражение д>, как следует из теории колебаний, имеет вил д= — ЕИ -9Ч f

ЧФ

V — мгновенная .скорость световор го зайчика в точке, соответствующей равновесному положению светового зайчика во вреI мя начального колебания;

V — мгновенная скорость светового зайчика в той >ке точке во время конечного колебания.

Связь между Ч и V выражается соотношением хю Wa> v (6u ) Чо) + (дЧ /ч )

<И (Ь1Ч,)

Можно считать, что обычно А = — р Ар, и если выбрать Х=0,01 Að, то разность между V u V будет равна дЧо =Ар сю (1-0,9999) аЧу =А у.со (1 -О, 9980)

Это приводит к относительной ошибке, равной 0,0009 или 0,09Ъ.

Измерение скорости движения отраженного светового пятна, как указано выше, сводится к измерению интервалов времени электронным хронометром. Ошибка определения d, вносимая неточностью измерения промежутков времени, равна дД (жа Исх) (Ао+ A )

d ЕИ(АоИ.)

à — период колебаний подвесной системы; где где А — амплитуда колебаний;

Х вЂ” половина расстояния между преобразователями; (И вЂ” циклическая частота колебаний.

Из формулы следует, что при Х=0,1 А

V=0,9980Ч, а при X=0,01 A Y =0,9999Ч> т.е. при уменьшении расстояния между преобразователями V приближается к V . Относительная ошибка в опре/ делении декремента затухания равна

868470

b C- абсолютная погрешность хронометра.

A=0 » д и Х=0,01 Aд., получйм д(2207i eХ

К Еи4О

При

При замере вязкости Т-период обычно близок к 4 с. У цифровых хронометров Ь Г =10 с. Используя эти величины,получим,что йод составляет 7,5 1О или 0,08Ъ. Суммарная относительная 10 ошибка определения 0 по параметрам, измеряемым на предлагаемом вискозиметре, составляет 0,09Ъ+0,.08Ъ=0,17Ъ.

В тех же условиях, принимая, что абсолютная погрешность визуального 15 отсчета амплитуды равна 0,05 мм, получим, что относительная ошибка определения Ю по параметрам, измеряемым на известном вискозиметре, рав,на 2,4Ъ.

Пример. Определена кинематическая вязкость железа, содержащего

1Ъ углерода пои 1550 С на поеллагаео мом вискозиметре и известном. Подвесная система вискозиметра имела период колебаний 4,22 с. Параметры

Измерения

Вязкость, сст

С помощью электронной системы

Визуальный отсчет по линейке

0,771

0,753

0,782

О,/90

0,783

0,731

0,742

0,770

О, 7 77

0,749

Средняя квадратичная ошибка

0,0425

0,0147 усилители-формирователи импульсов, соединенные своими выходами со входом электронного хронометра, ко50 торый соединен c ðåãèñòðèðóêèöèì прибором.

Формула изобретения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Вертман A.A., Самарин A.È. Методы исследования. свойств металлических расплавов. М., 1969, с.25-43.

2. Филиппов С.H. и др. Физикохимические методы исследования металлургических процессов. М., "Химия", 49 1968, с.250-252 (прототип) Вискозиметр,.содержащий сосуд с исследуемой жидкостью, подвешенный на упругой нити, зеркальце, жестко связанное с сосудом и осветитель, установленный напротив зеркальца, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и надежности работы он снабжен двумя фотоэлектрическими преобразователями, установленными на траектории светового пятна, отражаемого от зеркальца, к выходу которых подключены движения подвесной системы чзмерялис с помощью электронной системы, куда входили два фотодиода, расположенные по ходу траектории светового пятна на расстоянии 2 мм друг от друга, двухканальный усилитель-формирователь импульсов, цифровой хронометр Ф599, транскриптор Ф595, цифропечатающая машинка УЭМ-23.,Цля сравнения примени ли обычный метод определения амплитуд колебаний с помощью отсчетной линейки длиной 700 мм.

Результаты измерения вязкости представлены в таблице.

Из таблицы видно, что применение электронной системы повышает точность измерения в. 2,8-3 раза. От экспериментатора не требуется никакого зрительного напряжения, что исключает субъективную ошибку. Запись измеряемых данных автоматизиоована, упрощается их математическая обработка.

Применение предлагаемого вискозиметра уменьшает погрешность измерения вязкости, снижает трудоемкость измерения.

868470

Составитель Э.Скорняков

Техред Т.Маточка Корректор С. Ше кмар

Редактор Е.Лушникова

Подписное филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4

Заказ 8308/57 Тираж 910

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-.35, Раушская наб., д.4у5