Способ определения вязкости ньютоновской жидкости

 

CoIo3 Соаетскни

Соцналнстнческнд

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«н894474 (61) Дополнительное к авт. свид-ву, (22) Заявлено 140580 (21) 2923610/25 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Р М g+ з

G N 11/00

Государственный комитет

СССР яо деаам изобретений и открытий (53) УДЖ Ь32.137 (088. 8>

Опубликовано 30.12.81. Бюллетень ¹ 48

Дата опубликования описания 30, 12. 81 Химволокно им. В.И.Ленина (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ

НЬЮТОНОВСКОЙ ЖЙДКОСТИ

Изобретение относится к технике непрерывного измерения вязкости ньютоновских жидкостей.

Известен способ определения вязкости жидкости при заданной температуре как суммы измеряемых величин, одна из которых пропорциональна нескорректированному контролируемому параметру, а другая — отклонению температуры жидкости от заданной. При этом у последней регулируется коэффициент пропорциональности так, чтобы независимо от величины температуры обеспечивалось постоянство указанной суммы (1) .

Известен еще способ определения вязкости жидкости в потоке путем измерения моментов при ее деформировании одновременно в двух ротационных вискозиметрах с обратно пропорциональными скоростями ° Найденные зна чения момента используют,цля расчета вязкости (2).

Наиболее близок к предлагаемому способ определения вязкости потока жидкости, состоящий в пропусканин жидкости с постоянной скоростью через теплоизолированный сосуд, измерении и послепующем сравнении темпера тур потока на входе н выходе этого сосуда. О вязкости жидкости судят по величине рассогласования между измеряемыми температурами, используя при этом известные свойства потока и ра- бочие параметры сосуда (3) .

Недостатком такого способа является зависимость результата измерения вязкости от величины измерения температуры жидкости при ее прохождении через измерительный сосуд, что особенно важно для высоковязких расплавов полимеров, у которых вязкость весьма существенно зависит от температурыы-.

15 . Цель изобретения — повышение точности измерения вязкости жидкостей в потоке, особенно высоковяэких распла sos и растворов полимеров.

Поставленная цель достигается тем, что измеренную разность температур потока на входе и выходе теплоиэолированного сосуда сравнивают с заданным ее значением, подвергают

25 механической деформации поток жидкос ти в сосуде, изменяют скорость деформации жидкости прн отклонении измеряемой разности температур от заданной, поддерживают постоянно указанную разность температур и измеряют

894474 скорость деформации, по которой судят о вязкости жидкости.

Разность температур потока на входе и выходе теплоиэолированного сосуда аТ вследствие диссипации энергии деформирования в жидкости, протЕкающей через сосуд с.объемной скоростью за промежуток времени (g — f ) в от2 сутствие теплового рассеяния, находят из тэавнения теплового баланса и)Мс)t ч,49 ФО С) У(Ф "t ) (1) где Я, М вЂ” скорость и момент деформирования соответственно

Р

С вЂ” плотность и теплоемкость измеряемой жидкости.

Так как момент и скорость деформирования в общем случае функциями времени не являются, то после преобразования числителя и сокращения общего множителя в правой части уравнения (1) получим

919 ю С У (2)

Выразив момент М через составляющие известной формулы определения вязкости ньютоновской жидкости в ротационном устройстве м (Э) после соответствующей подстановки в уравнение (2) получим уравнение ц 9.щзкС (4)

t иэ которого следует, что для сохранения постоянства температурного перепада как основного условия термостабилизации потока жидкости в измерительном сосуде скорость деформации следует регулировать обратно пропорционально вязкости в степени 0.,5.

После замены сомножителей в знаменателе уравнения (4) одним чл ном

К = 4,19 10 КСрЧ, (5) решив данное уравнение относительно вязкости, находим (- КЬти), (6) т.е. при постоянстве теплового потока жидкости, поступающей в измерительный сосуд, и температурного перепада, измеренного на входе и выходе сосуда, вязкость является функцией единственной переменной — скорости деформации.

Более высокая точность измерения вязкости жидкости достигается тем, что исключается влияние изменения температуры на результат измерения.

В данном случае при постоянстве заданного температурного перепада изменяется скорость деформации, которая, как известно, не влияет на ребО

65 такие как, например, расплавы и растворы полимеров, латексы. При необходимости предлагаемый способ можно применить для измерения вязкости жидкостей, составляющей сотни пуаэ. В этом случае следует повысить часто»v зультат измерения вязкости ньютоновской жидкости в области ламинарного течения.

Пример 1.Расплав полиэфирной смолы — ПЭТФ (с=0,488 ккал/кr оград р=,11,8 г/см9), представляющий собой ньютоновскую жидкость при скорости сдвига менее 500 с с температурой

1 о

282 С пропускают через термостатированный при той же температуре сосуд с объемной скоростью 0,02 л/с. В сосуде имеется деформирующий орган мешалка, частоту вращения которой можно изменять в пре .елах от 20 до

80 об/мин ° Предварительно найденное

15 значение конструктивной постоянной К

» входящей в формулу (5) равно 2,75»

x109 . Плавно увеличивая частоту вращения мешалки, температуру потока на выходе доводят до 286 С. Установившаяся частота вращения мешалки при

20 этом составляет 62 об/мин. Вязкость расплава, рассчитанная по уравнению (6), для вышеуказанных условий составляет 286 Па ° с, что соответствует вязкости того же расплава, найденз5 ной через показатель характеристической вязкости раствора данного полиэфира в ортохлорфеноле.

П р е р 2. Для контроля вязкости расплава полиэфира ПЭТТФ в зависимости от условий его получения расплав пропускают через термостатированный измерительный сосуд, работающий при тех же условиях, что указанные в предыдущем примере. Температура на выходе сосуда устанавливается на уровне 284,6 С. Постепенным подъемом частоты вращения мешалки увеличивают температуру расплава на выходе до ранее установленного . значения, равного 286 C. При этом

40 частота вращения мешалки составляет

77 об/мин.

Вязкость, рассчитанная по уравнению (5) в данном случае составляет

186 Па с, что соответствует вязкости того же расплава полиэфира, найденной через показатель характеристической вязкости. Отградуированная подобным образом шкала прибора, измеряющего частоту вращения мешалки, в полном диапазоне возможных значений вязкости (для этого примера составляющего 186 — 286 Па с) позволяет независимо от измерения температурных условий, а следовательно, с более высокой точностьЮ контролировать вязкость получаемого продукта.

Преимущественная область применения способа измерения вязкости в потоке — ньютоновские жидкости с вязкостью 100 Ha-C (1000 П) и более, 894474

Формула изобретения

Составитель В.Вощанкнн

Редактор Н.Безродная Техред А. Савка Корректор О.Билак

Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11303", Москва, М-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 12546 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 вращения Ле4 рмнрующего органа либо использовать .-нецнальную .его конструкцию, обеснечинающую высокие скорости сдвига исследуемой жидкости в области ламннарного течения.

Применение предлагаемого cnocqOa измерения вязкости, инвариантного к температурным условиям измерения, обеспечивает более точный и надежный контроль вязкости исследуемой жидкости, в частйости, в системах автоматн- © зированного управления технологичес-, кими процессами производства синтетических волокон и обеспечивает экономию средств н этой отрасли.

Способ определения вязкости ньюто\ новской жидкости в потоке, состоящий . в пропускании жидкости с постоянной З, скоростью через теплоизолированный сосуд, щйерении и последующем сравненни температур потока на входе и выходе этого сосуда, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повыаения точности измерения, измеренную разность температур потока на входе и выходе сосуда сравнивают с заданным ее значением, подвергают механической деформации поток жидкости в сосуде, изменяют скорость деформации жидкости при отклонении измеряемой разности температур от заданной, поддерживают указанную разность температур постоянной и измеряют скорость деформации, по которой судят о вязкости жидкости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Ю 285333» кл. G 01 N 11/00, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

В 321721, кл ° G. 01 N 11/00, 1970 ° 3 . Патент США Ю 3930399» кл. G 01 N 11/00» 1978 (прототип) °