СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ Российский патент 1998 года по МПК G01N11/02 

Изобретение относится к приборостроению, связанному с измерением свойств жидкостей техникой акустических измерений, и может быть использовано для измерения свойств жидких сред в различных областях техники, особенно в медицине и биологии.

В настоящее время известны способы измерения вязкости жидких сред по времени истечения исследуемой жидкости через капилляр [1], с помощью шаровых зондов [2], ротационных вискозиметров [3] и т.д., позволяющих измерять вязкость жидкости.

Недостатками этих методов являются необходимость изъятия из потока или емкости некоторого количества среды для проведения измерений или расположение внутри потока элементов измерительной системы устройств, что не всегда допускается. В случае работы с биологически активными жидкими средами (биореакторы) измерение параметров должно проводиться непрерывно, возврат взятых проб не допускается, что может привести к увеличению расхода жидких сред. В случае необходимости проведения анализов крови возникает комплекс проблем, связанных со стерильностью при взятии крови и последующей ее утилизацией.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и лишенным указанных выше недостатков является способ, основанный на излучении в среду ультразвуковой волны, приеме ультразвукового сигнала, отраженного от неоднородностей среды, выделении сдвига частоты этого сигнала, и определении вязкости с использованием результатов измерения скорости контролируемого потока [4].

Недостатками прототипа являются неудобства проведения исследований этим способом, а именно обязательное согласование зондирующего и принимающего устройства, необходимость проведения подготовительных работ для установки и закрепления на поверхности магистрали приемо-передающих устройств, отсутствие возможности контролировать параметры потока в произвольном месте по потоку.

Задача изобретения - создание метода измерения вязкости жидкой среды в любой области потока с минимальным воздействием на состав потока без изъятия жидкой среды из системы обращения без внедрения в систему магистралей.

Технический результат изобретения заключается в обеспечении возможности (применительно к медицине и биологии) проводить мониторинг воздействия препаратов или физиотерапевтических воздействий на кровь или биологически активные жидкие среды, обеспечении удобства проведения измерений, неинвазивности, сокращении временных затрат на проведение измерения вязкости.

Способ позволяет отслеживать изменения вязкости без внесения каких либо нарушений в состав контролируемого потока.

Это достигается за счет того, что в способе измерения вязкости жидкости, протекающей по магистрали, заключающемся в зондировании потока импульсами ультразвуковых колебаний, приеме отраженных сигналов, выделении спектра доплеровского сдвига частоты, определении по его характеристикам скорости потока и вычислении вязкости жидкости, магистраль пережимают выше или ниже от места проведения измерения скорости, по характеру спектрограммы потока жидкости определяют скорость, соответствующую переходу от ламинарного потока к турбулентному, а вязкость определяют по формуле

где ν - вязкость жидкости;
V - скорость потока;
d - диаметр сосуда;
Re_кр - критическое число Рейнольдса.

Способ заключается в следующем. Генератор ультразвуковых колебаний формирует импульсы зондирующего излучения с заданной частотой повторения импульсов, принимаемый отраженный сигнал преобразуется в электрический и передается в блок обработки доплеровского сигнала. Ультразвуковое воздействие и прием сигнала происходят непрерывно, что позволяет фиксировать всю поступающую информацию в виде спектрограммы и в зависимости от ее характера вырабатывать сигнал выделения значения скорости, соответствующей переходу от ламинарного потока к турбулентному. После этого вязкость жидкости вычисляют по указанной формуле.

Поставленная в изобретении задача известными способами не решалась.

Сопоставительный с прототипами анализ позволяет сделать вывод, что предлагаемый способ измерения вязкости жидкости, заключающийся в зондировании потока жидкости импульсами ультразвуковых колебаний, приеме отраженных сигналов, выделении спектра доплеровского сдвига частоты, определении по его характеристикам скорости потока и вычислении вязкости жидкости, отличается тем, что магистраль пережимают выше или ниже от места проведения измерения скорости, по характеру спектрограммы потока жидкости определяют скорость, соответствующую переходу от ламинарного потока к турбулентному, а вязкость определяют по формуле
ν = (V×d)/Re_кр′,
где
ν - вязкость жидкости;
V - скорость потока;
d - диаметр сосуда;
Re_кр - критическое число Рейнольдса.

Таким образом создан действующий образец устройства, подтверждающий работоспособность и эффективность предлагаемого способа, который позволяет проводить измерение вязкости жидкой среды в любой области потока с минимальным воздействием на состав потока, без изъятия жидкой среды из системы обращения, без внедрения в систему.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1402847, кл. G 01 N 11/02, 1986.

2. Авторское свидетельство СССР N 2061216, кл. G 01 N 11/12, 1989.

3. Авторское свидетельство СССР N 648883, кл. G 01 N 11/00, 1976.

4. Unated States Patent N 4,331,025, кл. G 01 F 1/66, 1982.

Способ включает зондирование потока жидкости, протекающей по магистрали, импульсами ультразвуковых колебаний, прием отраженных сигналов, выделение спектра доплеровского сдвига частот, определение по его характеристикам скорости потока, с использованием которой рассчитывают вязкость. При этом осуществляют пережатие магистрали выше или ниже от места зондирования, а измерение скорости потока осуществляют в момент времени перехода от ламинарного течения к турбулентному, который определяют по спектру доплеровского сдвига частот. Это позволяет измерять вязкость жидкой среды в любой области потока с минимальным воздействием на состав потока без изъятия среды из системы обращения.

Способ измерения вязкости жидкости, включающий зондирование потока жидкости, протекающей по магистрали, импульсами ультразвуковых колебаний, прием отраженных сигналов, выделение спектра доплеровского сдвига частот, определение по его характеристикам скорости потока с использованием которой рассчитывают вязкость, отличающийся тем, что осуществляют пережатие магистрали выше или ниже от места зондирования, измерение скорости потока осуществляют в момент времени перехода от ламинарного течения к турбулентному, который определяют по спектру доплеровского сдвига частот, а вязкость рассчитывают по формуле

где ν - вязкость жидкости;
V - скорость потока;
d - диаметр магистрали;
R_eкр - критическое число Рейнольдса.