Устройство для определения динамической вязкости жидких и гелеобразных продуктов

 

Союз Советскик

Социалистических

Реслублик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<н1 8684 74 (61) Дополнительное к авт, сеид-ву— (22) Заявлено 290180 (21) 2876863/18-25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 300981. Бюллетень № 36

Дата опубликования описания 30098) (51)м. кл.з

C 01 Н 11/)6

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (53} УДК Ь 32. ) 4 (088. 8) (72) Авторы изобретения

В. А. Гречишкин, В. A. Ломовской, A. П. и В.Д. Рубан

=4 (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ

ВЯЗКОСТИ ЖИДКИХ И ГЕЛЕОБРАЗНЫХ ПРОДУКТОВ

Изобретение относится к технике определения физико-механических характеристик жидких и гелеобразных продуктов по измерению параметров свободных колебаний (логарифмического декремента, частоты) комбинированной колебательной системы и может быть применено в химической, нефтехимической, автомобильной, машиностроительной и др. отраслях промыш— ленности для научных исследований, лабораторного экспресс-контроля и в качестве поверочного средства при выпуске промышленных вискоэиметров, Известно устройство для измерения вязкостных и упругих характеристик жидких сред, содержащее упругий элемент, инерционную деталь, чувствительный элемент в виде тонкой пластинки, электромеханический и возбуждающий преобразователи, блок обработки информации.

Определение динамической вязкости и динамического модуля сдвига осуществляется путем измерения логарифмического декремента и частоты колебательной систеьы, которая при помощи возбуждающего преобразователя выводится из состояния равновесия, а затем совершает свободные колбба- ЗО ния, преобразуемые электромеханическим преобразователем н электрические, обрабатываемые бло;<ом обработки информации (1).

Недостатком устройства является недостаточно высокая точность измерений, связанная с возникновением в среде различного типа волн помимо сдвиговых

Известно также устройство, предназчаченное для определения динамической вязкости и модуля сдвига в жидких средах по измерению логарифмического декремента и частоты колебательной системы, совершающей крутильные колебания. Устройство содержит упругий элемент, инерционную деталь, чувствительный элемент в виде тела вращения (диска, цилиндра, шара, конуса и т.д.), возбуждающий и электромеханический преобразователи, блок обработки информацииЩ

Устройство работает аналогично описанному выше.

В случае реализации крутильных колебаний тел вращения в контролируемой среде возникают только сдвиговые.волны, поэтому погрешность, обусловленная возникновением в среде

868474 нолн помимо сдвиговых, в данном устройстне отсутствует (3).

Недостатком укаэанного устройства янляется резкое увеличение погрешности в случае измерений в гелеобразных продуктах, что связано с большими временами восстановления (релаксации) таких сред после погружения в них.любого тела вращения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для определения вязкости и упругости жидких и гелеобразных прсдуктов Ilo измерению параметров колебаний (логарифмического декремента, частоты) колебательной системы, совершающей свободные крутильные колебания.

Устройство содержит упругий элемент (торсион), инерционный диск, чувствительный элемент, включающий подвижный и неподвижный цилиндры, электромеханический и возбуждающий преобразователи и блок обработки информации. Контролируемая среда при помощи специального дозатора закачивается E зазор между коаксиально расположенными цилиндрами (4).

Недостатками известного устройства являются зависимость погрешности измерений от точности дозирования, а также малая экспрессность измерений, связанная с применением специального дозирующего устройства, требующего промывки и перезарядки, и с необходимостью разборки, сборки и юстиронки колебательной системы после каждого заполнения чувствительного элемента ° Кроме того, частая сборка, разборка и юстировка колебательной системы увеличивают величину субъективной ошибки при измерениях.

Цель изобретения — повышение точности и экспрессности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определения динамической вязкости жидких и гелеобразных продуктов, содержащем колебательную систему, состоящую из соединенных друг с другом упругого элемента, инерционного диска и чувствительного элемента, включающего подвижную и неподвижную детали, подвижная деталь чувствительного элемента выполнена в виде двойного цилиндра, погружаемая часть которого выполнена полой и жестко соединенной с непогружаемой его частью полосками, являющимися продолжением погружаемой части.

На фиг. 1 упрощенно изображена конструкция измерительного преобразователя устройства; на фиг. 2 схема чувствительного элемента.

Измерительный преобразователь содержит упругий элемент 1 в виде трубочного торсиона, верхним концом закрепленного в неподвижной опоре 2, а нижним — н подвижной опоре 3 инер5 (О

65 ционного диска 4 К нижней плоскости инерционного диска прикреплен стержень 5, ось которого находится на одной оси с упругим элементом 1.

Чувствительный элемент преобразователя содержи; подвижную деталь в виде полого тонкостенного цилиндра б радиуса R>, жестко соединенного с непогружаемой его частью 7 двумя полосками 8, являющимися продолжением тела полого цилиндра б, и неподвижную деталь в виде полого тора, образованного коаксиально расположенными цилиндрами 9 и 10 с внешним радиусом R< и внутренним R .-.Измеряемая среда деформируется в зазорах между коак сиально расположенными цилиндрами

9 и 10. Стенка полого тора является верхней стенкой жидкостного термостата (не показан). Термостат перемещается в вертикальном направлении и фиксируется упором (не показан), что позволяет глубину погружения цилиндра б выдерживать постоянной.

Внешний цилиндр 9 неподвижной детали снабжен фланцем 11, верхняя плоскость которого соответствует уровню заполняемой жидкости (высота h).

Устройство работает следующим образом.

Неподвижная деталь, состоящая из цилиндров 9 и 10, опускается в крайнее нижнее пбложение, после чего в полость между указанными цилиндрами помещается контролируемая среда с уровнем заполнения, несколько превышающим уровень, соответствующий верхней плоскости фланца 11. Далее при помощи специального скребка, плоскость которого накладывают на кольцевую плоскость фланца 11, удаляют избыток среды, чтобы ее уровень совпадал с кольцевой плоскостью этого фланца. Подвижная деталь поднимается до Фиксации упором. При этом полый цилиндр б полностью погружается в контролируемую среду, а полоски 8 погружаются на половину своей длины. После снятия. дополнительного крутящего момента, задаваемого на короткое время при помощи возбуждающего преобразователя (не показан), колебательная система упругий элемент 1 — инерционный диск 4 — полый цилиндр 6 совершает свободные колебания, которые при помощи электромеханического преобразователя (не показан) преобразуются в электрические колебания параметры которых (логарифмический декремент и частота) измеряются блоком обработки информации (не показан).

Вниду того, что при каждом измерении строго постоянный уровень заполнения зазора между цилиндрами

9 и 10 выдержать трудно, общая боковая поверхность полосок 8 выбирает868474 ся значительно меньшей, общей боковой поверхности погружаемого цилиндра б. Поэтому погрешность измерения тем меньше, чем меньше отношение максимальной разности площади погружения полосок к общей погружаемой площади при любых количествах погружения.

Величину указанного соотношения определяют следующим образом.

Значение динамической вязкости для чувствительного элемента (фиг. 2) определяется выражением

2.k.

Ч ьт (3)

К где . - логарифмический декремент колебательной системы; момент инерции колебательной системы;

Т - период колебаний колебательк ной системы с измеряемой средой;

b — форм-фактор.

Логарифмируя (1), имеем

Еи!) =и 2 Еи Л. Ь (-Ь Ь-Ьт„(М

Для определения Оп необходимо оценить каждое слагаемое правой части выражения (3).

ВеличинаЬЦ .определяется погреш.ностью измерения логарифмического декремента электронной схемой и может быть учтена.

Погрешность d111 мала по величине и может быть устранена введением поправок.

Максимальное значение погрешности измерения периода колебанийатк!трвоевременными электронными измерителями временных интервалов составляет

0,03% и также может быть учтена.

Для оценки величиныйЫЬнеобходимо определить выражение для форм-фактора чувствительного элемента данного устройства.

Погрешности ) — также

de ь% могут быть учтейы, те. ее,=/2 /+ „(И) !

65 где а Чу- учтенная погрешность.

Определяем относительную погрешность измерения динамической,вяз-. кости

Как известно, при деформировании жидкой среды в узком зазоре между коаксиальными цилиндрами форм-фактор определяется выражением — длина цилиндров; — радиус внутреннего ци-. линдра;

R — радиус внешнего цилиндра.

ЯН

Так как в предлагаемом устройстве жидкость деформируется между двумя цилиндрами радиусами R и R „ то форм-Фактор определяется выражением

4 :L

5 2 > I! < Ilg

После преобразований имеем

1 Rъ

1 2 е +qqq(q*„- Е -q /е

)О Величина 47СН в выражении (6)

1 определяет общую боковую поверхность погружаемого цилиндра 6 (при условии предельно тонкой стенки), т.е.

S 4 )ГВ !., 15 Примем

2 1

Р т(Е q q* т )=b, т1 з- г -Ю 1(2О Тогда М) d9 dby

Ъ 5

Продифференцировав выражение (7) и подставив туда величины радиусов цилиндров, учитывая допуски при их

35 изготовлении, определяют ЬЬ!Ь. Эта величина составляет 0,08% и также может быть учтена.

Погрешность| 6/5не что иное, как отношение разности площади погруже30 ния полосок к общей погружаемой площади, если между цилиндрами залита измеряемая среда.

Тогда относительная погрешность измерения вязкости определяется

35 только .изменением площади погруже1 ния цилиндра 6, зависящим от изменения уровня жидкости, т.е. д,= — -, (9) — <где ЬА/A — учтенная погрешность.

Из выражения (9) видно, что > желательно выбирать настолько минимальным, насколько это позволяет техническое выполнение подвижной

45 детали, но во всех случаях ь / выбирают не более требуемой величины относительной погрешности измерения динамической вязкости. В случае погружения цилиндра 6 в неорганичес50 кую среду динамическая вязкость определяется выражением

Р 2

fl = „26,- .а (о)

Находим относительную погрешность измерения вязкости(!, логарифмируя выражение (l0):

Ь!) =26и А+2 ив! iСиФ-2йиЖi-2Си6-Си L, Ю = 2 — + 2.—,„, + —,„+ 2

868474

Иэ выражения (11) видно, что величинуЬЭ/бв случае неограниченной среды необходимо выбирать в два раза меньшей требуемой относительной погрешности измерения динамической вязкости. Т.е. выбор отнсшения М/9 в два раза меньшим относительной погрешности измерения вязкости справедлив в случае применения измерительных преобразователей любых конструкций °

Применение в устройстве предлагаемого чувствительного элемента не только повышает точность, но и экспрессность измерений, так как не требуется юстировка регистрирующего преобразователя после каждого 1 заполнения.

Повторные измерения проводятся следующим образом.

Термостат с вставленной в него неподвижной деталью (цилиндры 9 и 10) опускается в крайнее нижнее положение. Неподвижная деталь извлекается иэ термостата, à íà ее место ставится аналогичная деталь с новой контролируемой средой. Затем термостат поднимают в верхнее крайнее положение до упора, после чего устройство готово к повторным измерениям.

Экспрессность измерений в предлагаемом устройстве значительно выше также и потому, что не требуется применение специальных дозируюших устройств, требующих длительной промывки после каждого измерения.

Формула изобретения

Устройство для определения динамической вязкости жидких и гелеобразных продуктов, содержащее колебательную систему, состоящую из соединенных друг с другом упругого элемента, инерционного диска и чувствительного элемента, включающего подвижную и неподвижную детали, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и экспрессности измерений, подвижная деталь чувствительного элемента выполнена в виде двойного цилиндра, и гружаемая часть которого выполнена полой и жестко соединенной с непогружаемой частью полосками, являющимися продолжением погружаемой части.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Вибрационная вискозиметрия.

Сб. научных трудов под ред. чл.-корр.

АН СССР C.С. Кутателадзе. Новосибирск, 1976, с. 153-156.

2. Патент. Японии Р 15276/72, 113 (c), 1967.

3. Гречишин В.А. Состояние и тенденции развития колебательных методов и средств для определения реологических характеристик полимеров в процессе их производства.

4. Исследования физических свойств.

Сер. Системы и средства автоматизации химических производств . М., 1976, с. 39-42 (прототип).

868474

Ф 1

Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 8308/57

Филиал ППП Патент, r Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Э. Скорняков

Редактор Т. Мермелштайн Техред A. Бабинец Корректор А. Ференц