РОТАЦИОННЫЙ ВИСКОЗИМЕТР Российский патент 1996 года по МПК G01N11/14 

Изобретение относится к приборам для измерения кинематической вязкости и напряжения сдвига ньютоновских и неньютоновских жидкостей.

Известен ротационный вискозимер, содержащий корпус с расположенными в нем двумя коаксиальными цилиндрами, причем внешний соединен с приводом вращения, а внутренний посредством торсиона с измерительным блоком.

Известный вискозиметр обладает ограниченным диапазоном измерения из-за недостаточной жесткости крестообразного торсиона к осевым и изгибающим усилиям, недостаточной точностью измерений из-за нестабильности упругих свойств торсиона, большим объемом пробы исследуемой жидкости, что существенно при исследовании биологических жидкостей.

Технической задачей изобретения является расширение диапазона и повышение точности измерений.

Поставленная задача достигается тем, что в ротационном вискозиметре, содержащем корпус с расположенными в нем двумя коаксиальными цилиндрами, из которых внешний соединен с приводом вращения, а внутренний посредством торсиона с измерительным блоком, дополнительно содержится стержень, проходящий по оси торсиона и жестко соединенный с одной стороны с внутренним цилиндром, а с другой стороны посредством рычага с введенным в блок измерения тензометрическим элементом, причем торсион выполнен в виде "беличьего колеса" со стержнями углового профиля, обращенными вершинами к оси торсиона.

Такое выполнение торсиона в несколько раз (около четырех) увеличивает момент сопротивления изгибу и повышает его устойчивость в тех же габаритах при сохранении номинальной жесткости при кручении. Это позволяет расширить диапазон измерения более чем в 10 раз и повысить не менее чем в 2 раза точность измерений.

От прототипа заявленное техническое решение отличается тем, что вискозиметр дополнительно содержит стержень, проходящий по оси торсиона и жестко соединенный с одной стороны с внутренним коаксиальным цилиндром, а с другой стороны посредством рычага с введенным в блок измерения тензометрическим элементом, причем торсион выполнен в виде "беличьего колеса" со стержнями углового профиля, обращенными вершинами к оси торсиона.

Другой целью изобретения является минимизация объема пробы исследуемой жидкости и упрощение обработки результатов измерений.

Указанная цель достигается тем, что в ротационном вискозиметре дополнительно внутри внутреннего коаксиального цилиндра расположен третий цилиндр, выполненный в виде стакана, обращенного днищем вверх, и жестко соединенный с внешним коаксиальным цилиндром, причем диаметры цилиндров обеспечивают одинаковую скорость сдвига исследуемой жидкости в обоих зазорах между цилиндрами.

При таком выполнении цилиндров почти в два раза увеличивается активная поверхность измерительного цилиндра и весь объем исследуемой жидкости участвует в процессе измерения, что позволяет свести его к минимуму. Кроме того, диаметры цилиндров обеспечивают одинаковую скорость сдвига исследуемой жидкости в обоих зазорах между цилиндрами и измерения можно производить, не прибегая к сложным расчетам.

Еще одной целью изобpетения является температурная стабилизация исследуемой жидкости, что особо существенно для биологических жидкостей.

Эта цель достигается тем, что в вискозиметре цилиндры помещены в контейнер для термостатирующей жидкости, причем в днище контейнера выполнен патрубок для подвода жидкости, снабженный распылителем и подведенный к днищу введенного цилиндра, а в верхней части контейнера выполнен патрубок отвода термостатирующей жидкости. Термостатирующая жидкость при этом омывает зону размещения исследуемой жидкости со всех сторон и надежно стабилизирует температуру во время исследований, что существенно влияет на достоверность измерений.

На фиг. 1 изображен вискозиметр, продольный разрез; на фиг. 2 он же в плане; на фиг. 3 торсиона; на фиг. 4 его поперечный разрез.

Ротационный вискозиметр (фиг. 1) содержит корпус 1 с расположенными в нем двумя коаксиальными цилиндрами 2 и 3. Внешний цилиндр 2 установлен в подшипниках 4 и соединен с приводом вращения (электродвигателем) 5 шестеренчатой передачей 6. Внутренний цилиндр 3 соединен торсионом 7 с измерительным блоком. Торсион 7 выполнен в виде "беличьего колеса" со стержнями 8 углового профиля, обращенными вершинами к оси торсиона 7. По оси торсиона проходит стержень 9, жестко соединенный с одной стороны с внутренним коаксиальным цилиндром 3, а с другой стороны с рычагом 10 (фиг. 2) и тензометрическим элементом 11 измерительного блока 12. Внутри внутреннего цилиндра 4 расположен цилиндр 13, выполненный в виде стакана, обращенного днищем вверх, и жестко соединенный с цилиндром 2, причем диаметры цилиндров 2, 3 и 13 обеспечивают одинаковую скорость сдвига исследуемой жидкости в обоих зазорах между цилиндрами. Цилиндры 2, 3 и 13 помещены в контейнер 14 для термостатирующей жидкости. В днище контейнера выполнен патрубок 15 для подвода жидкости, снабженный распылителем 16 и подведенный к днищу цилиндра 13. В верхней части контейнера 14 выполнен патрубок 17 для отвода термостатирующей жидкости.

Вискозиметр работает следующим образом.

Исследуемую жидкость помещают в зазор между внутренней поверхностью цилиндра 2 и цилиндром 13, устанавливают контейнер 14 и подключают подачу термостатирующей жидкости, цилиндр 2 приводят во вращение. Исследуемая жидкость при этом в условиях тангенциального сдвига в однородном поле напряжений в двух зазорах между цилиндрами 2, 3 и 13. Цилиндр 3 передает крутящий момент от сил внутреннего трения (вязкости) через стержень 9 и рычаг 10 на тензометрический элемент 11. Жесткость при кручении торсиона 7 достаточно мала и не оказывает влияния на результаты измерений, к тому же и угол закручивания весьма мал благодаря использованию тензометрического элемента. Значение вязкости исследуемой жидкости индицируется на цифровом табло вискозиметра.

Предложенное техническое решение позволяет при измерении вязкости расширить диапазон и повысить точность измерения вискозиметра, минимизировать объем исследуемой жидкости, стабилизировать температуру исследуемой жидкости, упростить обработку результатов измерений.

Использование: для измерения вязкости и напряжения сдвига ньютоновских и неньютоновских жидкостей. Сущность изобретения: вискозиметр содержит корпус с расположенными в нем двумя коаксиальными цилиндрами. Внешний цилиндр соединен с приводом вращения, внутренний посредством торсиона - с измерительным блоком. Торсион выполнен в виде "беличьего колеса" со стержнями углового профиля, обращенными вершинами к оси торсиона. Дополнительно внутри коаксиального цилиндра может быть расположен третий цилиндр, выполненный в виде стакана, обращенного днищем вверх, и жестко соединенный с внешним коаксиальным цилиндром, причем диаметры цилиндров обеспечивают одинаковую скорость сдвига исследуемой жидкости в обоих зазорах между цилиндрами. 2 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. РОТАЦИОННЫЙ ВИСКОЗИМЕТР, содержащий корпус с расположенными в нем двумя коаксиальными цилиндрами, причем внешний соединен с приводом вращения, внутренний посредством торсиона - с измерительным блоком, отличающийся тем, что он дополнительно содержит стержень, проходящий по оси торсиона и жестко соединенный с одной стороны с внутренним коаксиальным цилиндром, а с другой стороны посредством рычага - с дополнительно введенным в блок измерения тензометрическим элементом, причем торсион выполнен в виде беличьего колеса со стержнями углового профиля, обращенными вершинами к оси торсиона. 2. Вискозиметр по п.1, отличающийся тем, что дополнительно во внутреннем коаксиальном цилиндре расположен третий цилиндр, выполненный в виде стакана, обращенного днищем вверх и жестко соединенного с внешним коаксиальным цилиндром, причем диаметры цилиндров обеспечивают одинаковую скорость сдвига исследуемой жидкости в обоих зазорах между цилиндрами. 3. Вискозиметр по п.2, отличающийся тем, что цилиндры помещены в контейнер для термостатирующей жидкости, причем в днище корнтейнера выполнен патрубок подвода жидкости, снабженный распылителем и подведенный к днищу дополнительно введенного цилиндра, а в верхней части контейнера выполнен патрубок отвода термостатирующей жидкости.