УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОСТИ Российский патент 2002 года по МПК G01N11/00 

Изобретение относится к области исследования условной вязкости жидких лакокрасочных материалов в производственных условиях, а точнее к технике измерения вязкости с помощью капиллярных вискозиметров.

Вязкость лакокрасочных материалов при распылении в производственных условиях оказывает значительное влияние на качество формируемой поверхности. Вследствие этого, перед распылением лакокрасочных материалов необходимо контролировать их вязкость.

Известен капиллярный вискозиметр ВЗ-246 (ГОСТ 9070-75), представляющий собой резервуар вместимостью 100 см³ и имеющий в основании сопло диаметром 2, 4 или 6 мм. Измерение условной вязкости определяется по времени истечения жидкости из данного резервуара и замеряется с помощью секундомера.

К недостаткам данного вискозиметра следует отнести низкую производительность, определение вязкости лакокрасочных материалов с объемами не менее 100 см³, а также наличие ряда погрешностей при измерении, такие как: 1) погрешность измерения времени, связанная с реакцией наблюдателя, погрешностью секундомера, визуальных ошибок; 2) неправильная установка прибора; 3) из-за поверхностного натяжения и т.д.

Известен вискозиметр Хеплера [Испытание полиграфических материалов/ Под ред. Семионова А.А./ 4.2 - М..; 1964, стр.32б.], представляющий собой станину с поворотным механизмом и прибор, состоящий из трубки, установленной под постоянным углом, в которой перемещается шарик, на трубке нанесены две метки - ограничивающие отрезок падения шарика, термостата с термометром - для поддержания заданной температуры исследуемой жидкости во время проведения опытов. Измерение условной вязкости определяется по времени падения шарика в трубке, наполненной испытуемой жидкостью.

К недостаткам данного вискозиметра следует отнести низкую производительность при исследовании большого количества проб, сложность конструкции, а также наличие погрешности измерения времени, связанной с реакцией наблюдателя, погрешностью секундомера, визуальных ошибок.

Техническая задача: частичная автоматизация процесса измерения, повышение производительности, возможность работы с малыми объемами проб, повышение точности измерения за счет исключения временного фактора.

Предлагаемое устройство для измерения вязкости позволяет определять условную вязкость жидкой среды без учета временного фактора за счет того, что исследуемую жидкую среду определенного объема помещают в основной сосуд, соединенный с измерительным сосудом через систему трубок со свободным выходом. При вытеснении жидкости из основного сосуда под постоянным давлением часть жидкости будет выталкиваться через свободный выход, а часть - в измерительный сосуд. По количеству жидкости, вытесненной в измерительный сосуд, и определяется условная вязкость исследуемой жидкой среды.

На чертеже приведена схема устройства для измерения вязкости.

Устройство включает в себя емкость 1, внутри которой помещен поршень 2 со штоком 3. Поршень 2 имеет уплотнительное резиновое кольцо 4 и в исходном положении под действием пружины 5 находится в нижнем положении.

Емкость 1 через систему трубок соединена с патрубком, имеющим торцевое отверстие 6, и с поплавковой камерой 7, которая состоит из прозрачного цилиндрического корпуса с нанесенной на нем шкалой, поплавка 9, выполненного в форме шара, указателя 10, выполненного в виде узкого поршня со штоком, легко перемещающегося в корпусе 8 и имеющего возможность удерживаться в любом положении (в том числе и вертикальном) за счет сил трения.

Для фиксации поршня 2 в верхнем положении при сжатой пружине 5 служит фиксирующая скоба 11.

Устройство работает следующим образом: в исходном положении поршень 2 под действием пружины 5 находится в нижнем положении, поплавок 9 под действием силы тяжести перекрывает отверстие внизу корпуса 8, указатель 10 устанавливается в крайнее нижнее положение до соприкосновения с поплавком 9.

После погружения патрубка с торцовым отверстием 6 в исследуемую жидкость, поршень 2 за шток 3 усилием руки поднимается в верхнее положение и, преодолевая усилие пружины 5, фиксируется скобой 11.

Жидкость под действием разрежения, созданного поршнем 2, заполняет емкость 1. При спуске фиксирующей скобы 11 поршень 2, под действием пружины 5, перемещается вниз, выталкивая жидкость. Часть жидкости под давлением проходит через отверстие 6, а часть проходит в измерительный сосуд 7 и поднимает поплавок 9 с указателем 10 на определенную высоту, зависящую от напора, созданного исследуемой жидкостью.

При этом, поскольку поток разделяется на два, то будет выполняться условие: потери напора для потока, ушедшего в измерительный сосуд (Δh₁), должны равняться потерям напора потока, проходящего через торцовое отверстие (Δh₂), т.е.

Δh₁= Δh₂ (1)
Распишем уравнение (1) более подробно,

где ξ_вх1- коэффициент гидравлического сопротивления бокового входа;
ξ_пов- коэффициент гидравлического сопротивления поворота;
ξ_шар- коэффициент гидравлического сопротивления шарнирного клапана;
ξ_вх2- коэффициент гидравлического сопротивления торцового отверстия;
υ₁- скорость движения бокового потока;
υ₂- скорость движения прямого потока,
т.к.

υ₁ = Q₁/f₁, (3)
υ₂ = Q₂/f₂, (4)
где Q₁ и Q₂ - расходы рассматриваемых потоков;
f₁ и f₂ - площади живых сечений этих потоков.

Поскольку время для этой системы константа, то можно в уравнении (2) расходы заменить объемами W₁ и W₂, а сумму коэффициентов сопротивлений боковой ветки записать Σξ₁, тогда получим:

При этом Σξ₁ и ξ_вх2 - величины, зависящие от числа Re, а следовательно, от вязкости.

Следовательно, объем W₂ = f(ν).
Шкала, нанесенная на цилиндрическом корпусе 8 поплавковой камеры 7, предварительно градуируется по показаниям условной вязкости контрольных жидкостей.

Результаты измерения принимаются с учетом поправочного коэффициента К по ГОСТ 8240-74 (СТСЭВ 1443-78).

Применение данного устройства в производственных условиях позволит повысить производительность, уменьшить объем проб, исключить погрешности измерения времени, связанные с реакцией наблюдателя, погрешностью секундомера, визуальных ошибок.

Использование: для исследования вязкости жидких лакокрасочных материалов в производственных условиях. Устройство для измерения вязкости содержит цилиндрическую емкость с поршнем, патрубок с торцевым отверстием и сжатую пружину, используемую в качестве нагружающего элемента. Цилиндрическая емкость соединена через систему трубок с измерительным сосудом, состоящим из прозрачного цилиндрического корпуса с нанесенной на нем шкалой, имеющим поплавок и указатель, выполненный в виде поршня со штоком. По количеству жидкости, вытесненной в измерительный сосуд, и определяется условная вязкость исследуемой жидкой среды. Технический результат: частичное автоматизирование процесса измерения, повышение производительности, возможность работы с малыми объемами проб, повышение точности измерения за счет исключения временного фактора. 1 ил.

Устройство для измерения вязкости, имеющее в качестве нагружающего элемента предварительно сжатую пружину, отличающееся тем, что содержит цилиндрическую емкость с поршнем и патрубком с торцовым отверстием для забора и сброса испытуемой жидкости, соединенный с цилиндрической емкостью через систему трубок измерительный сосуд, состоящий из прозрачного цилиндрического корпуса с нанесенной на нем шкалой, поплавка и указателя, выполненного в виде поршня со штоком.