УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ Российский патент 1996 года по МПК G01N11/08 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения кинематической вязкости жидкости в широком диапазоне значений.

Известны различные устройства для измерения вязкости, например такое, в котором вязкость определяют по скорости падения шарика в исследуемой жидкости (см. А.с. N 1300333 СССР, G 01 N 11/10, 9/10, 1987). Недостатком данного устройства является наличие движущегося элемента, что усложняет его применение.

Наиболее близким из известных является вискозиметр (см. Степанов Л.П. Чесноков Н.А. Современное состояние техники измерения вязкости. М. Стандартгиз, 1959, с. 5-9), представляющий собой камеру истечения, соединенную с капилляром, через который вытекает жидкость. Камера выполнена из прозрачного материала и на ее поверхности отсечены два фиксированных уровня. В процессе вытекания жидкости исследователь визуально фиксирует моменты прохождения мениском жидкости этих фиксированных уровней и измеряет время, за которое мениск жидкости понизится от одного уровня до другого.

Недостатком данного устройства является то, что оно не может быть использовано при работе в автоматическом режиме. Кроме того, работа данного вискозиметра требует заполнения его строго определенным объектом жидкости, а время измерения зависит от вязкости жидкости.

Предлагаемое в данной заявке устройство позволяет преодолевать недостатки, присущие прототипу. Данная задача достигается тем, что система регистрации представляет собой конденсатор, обкладки которого установлены на стенках камеры и посредством токопроводящих контактов подсоединены к блоку измерения электроемкости.

В процессе вытекания жидкости через капилляр уменьшается уровень жидкости в камере, а следовательно, изменяется и электроемкость конденсатора. Если измерить значение электроемкости конденсатора в некоторые произвольные моменты времени, то по этим экспериментальным значениям, представляющим зависимость электроемкости от времени, можно рассчитать величину вязкости жидкости.

В предлагаемом вискозиметре процесс измерения вязкости сводится к измерению двух величин: электроемкости и времени. И то, и другое измерение легко поддаются автоматизации, что позволяет использовать предлагаемое устройство в тех случаях, когда участие человека невозможно или нежелательно, например, в непрерывных технологических процессах или при работе с вредными веществами.

Так как для экспериментального определения зависимости электроемкости от времени измерение величины электроемкости можно проводить в произвольные моменты времени, то и количество жидкости, заливаемой в вискозиметр, может быть достаточно произвольным. По этой же причине является несущественным, какое количество жидкости вылилось за время измерения, а следовательно, произвольным является и время измерения.

Данный вискозиметр позволяет проводить измерение вязкости для жидкостей любого типа: прозрачных и непрозрачных, электропроводящих и диэлектриков суспензий и эмульсий. При измерении вязкости диэлектрических жидкостей пластинами конденсатора могут быть сами стенки камеры, либо пластины могут располагаться на внутренней поверхности стенок. Такое их расположение обеспечивает максимальную электроемкость конденсатора, что облегчает ее измерение. Если же жидкость электропроводна, то пластины конденсатора должны быть расположены на внешней стороне стенок камеры.

При необходимости работы вискозиметра в среде, способной проводить электрический ток, например, при опускании вискозиметра в термостат, пластины конденсатора и токопроводящие контакты должны быть покрыты изоляционным материалом. Очевидно, что материал, из которого изготовлена камера может быть и непрозрачным, что позволяет использовать материал более удобный по технологии изготовления, либо обладающий особыми химическими свойствами при работе, например, с агрессивными жидкостями.

Для возможности измерения одним вискозиметром вязкости жидкости в широком диапазоне значений крепление капилляра к камере истечения может быть выполнено с возможностью подсоединения капилляров различного диаметра. Так, для измерения низких значений вязкости, как у воды, необходим капилляр с диаметром ≈05 мм, а при измерении высоковязких жидкостей, например масел, он может быть заменен на капилляр диаметром ≈3 мм.

Размер и форма камеры истечения не имеет существенного значения. В простейшем случае камера может представлять собой параллелепипед, у которого расстояние между одной парой боковых граней на порядок меньше, чем между другими гранями. На поверхность этих граней и помещены обкладки конденсатора. Такое устройство камеры обеспечивает максимальную емкость, удобную для измерения. Принципиальная схема вискозиметра, имеющего камеру в виде параллелепипеда, представлена на чертеже, где 1 камера истечения, 2 - обкладка конденсатора, 3 капилляр, 4 устройство для его присоединения к камере, обеспечивающее его замену, 5 токопроводящие контакты, соединяющие конденсатор с блоком, измеряющим его электроемкость.

Однако в тех случаях, когда другая форма камеры является предпочтительнее, например, из-за технологии ее изготовления, можно применять камеры другой формы. Так, представляется вполне разумным использование камеры, представляющей два коаксиальных цилиндра, на поверхности которых нанесены обкладки конденсатора. Для проверки работоспособности предлагаемого устройства был изготовлен вискозиметр, представляющий собой камеру с размерами (100x100x3,5)мм³, снизу которой был присоединен капилляр диаметром 0,56 мм и длиной 100 мм. Камера и капилляр были изготовлены из стекла. На внешней поверхности стенок камеры была наклеена медная фольга, представляющая собой обкладки конденсатора, к которой были припаяны токопроводящие контакты. Измерение электроемкости конденсатора проводилось с помощью прибора Е8-4. Были проведены опыты с водой, ацетоном и этиловым спиртом. В процессе вытекания жидкости из камеры измерение электроемкости проводилось 20 раз, и емкость изменялась от 150 до 30 пФ. По полученным значениям зависимости электроемкости от времени были рассчитаны значения вязкости для этих жидкостей, которые оказались равными 1•10^-6 м²/с для воды, 1,52•10^-6м²/c для спирта и 4,17•10^-7м²/c для ацетона. Эти значения хорошо согласуются с табличными значениями вязкости для указанных жидкостей.

Использование: устройство для измерения вязкости жидкости. Сущность изобретения: устройство содержит камеру истечения, соединенную с капилляром. Камера истечения представляет собой конденсатор, к обкладкам которого подсоединены токопроводящие контакты, обеспечивающие его подключение к блоку измерения емкости. 6 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для измерения вязкости жидкости, содержащее камеру истечения, соединенную с капилляром, и систему регистрации, отличающееся тем, что система регистрации выполнена в виде конденсатора, обкладки которого установлены на стенках камеры и посредством токопроводящих контактов подсоединены к блоку измерения емкости. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что крепление капилляра выполнено с возможностью замены капилляра. 3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что камера выполнена в виде параллелепипеда, у которого расстояние между гранями, на поверхности которых находятся обкладки конденсатора, на порядок меньше расстояния между другими гранями. 4. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что камера выполнена в виде двух коаксиальных цилиндров, на поверхности которых находятся обкладки конденсатора. 5. Устройство по пп. 1 4, отличающееся тем, что обкладки расположены на внешней поверхности стенок камеры. 6. Устройство по пп. 1 4, отличающееся тем, что обкладки pacnoложены на внутренней поверхности стенок камеры. 7. Устройство по пп. 1 6, отличающееся тем, что обкладки конденсатора и токопроводящие контакты покрыты изоляционным материалом.