СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ Российский патент 2003 года по МПК G01N11/10 

Изобретение относится к способам измерения вязкости жидкостей, которые находят применение в химической и лакокрасочной промышленностях.

Известен способ измерения кинематической вязкости жидких сред, согласно которому создают в исследуемой среде упругие волны, фиксируют сдвиг и амплитуду упругих волн, по величине которых судят о вязкости жидкости (авт. св. 265549, СССР, МКИ G 01 N 11/08. Способ измерения кинематической вязкости жидких сред / И.Ф. Чуприн. Опубл. 09.03.70. Бюл. 10). Недостатком указанного способа является необходимость контактного воздействия на жидкость.

Известен способ измерения вязкости жидкости путем воздействия газовой струей на жидкость с образованием углубления на ее поверхности, изменяют частоту автоколебаний углубления на постоянную величину путем изменения давления подаваемой струи газа и по этому изменению определяют вязкость исследуемой жидкости (авт. св. 492787, СССР, МКИ G 01 N 11/08. Способ измерения вязкости исследуемой жидкости по ее колебаниям. / М.М. Мордасов, Ю.С. Шаталов. Опубл. 25.11.75. Бюл. 43). При исследовании жидкостей со значительной вязкостью процесс образования устойчивых автоколебаний затруднен. Происходит насыщение жидкости пузырьками воздуха. Параметры образуемых в таких случаях автоколебаний определяются свойствами смеси жидкость-газ, а не свойствами исследуемой жидкости.

За прототип выбран способ определения вязкости жидкости, согласно которому импульсно воздействуют газовой струей на жидкость с образованием углубления на ее поверхности, фиксируют временной интервал с момента подачи газовой струи до момента достижения углублением заданного объема, по величине этого временного интервала судят о вязкости жидкости (Трофимов С.А. Микропроцессорная система контроля свойств жидкостей со взаимодействием газовой струи с поверхностью жидкости / Международная 1 НТК "Информационные технологии в проектировании микропроцессорных систем ИТ ПМС-2000". - Тамбов, ТГТУ, 2000. Тезисы докладов, с.134-135).

Такие признаки прототипа, как импульсное воздействие газовой струей на жидкость с образованием углубления на ее поверхности, фиксация временного интервала с момента подачи газовой струи до момента достижения углублением заданного объема, суждение о вязкости жидкости по величине временного интервала, совпадают с существенными признаками заявляемого способа.

Недостатком прототипа является относительно низкая точность определения вязкости жидкости, которая обусловлена низкой точностью определения момента достижения углублением заданного объема.

Технической задачей является увеличение точности определения вязкости исследуемых жидкостей, обладающих большой вязкостью.

Данная техническая задача решается тем, что импульсно воздействуют газовой струей на жидкость с образованием углубления на ее поверхности, фиксируют временной интервал с момента подачи газовой струи до момента достижения углубления заданного объема, по величине этого временного интервала судят о вязкости жидкости, разбивают клиновой перегородкой газовый поток, выходящий из углубления, на две части, а момент достижения углублением заданного объема определяют по моменту возникновения максимальной амплитуды акустических колебаний. Разбиение клиновой перегородкой газового потока, выходящего из углубления, на две части позволяет свести определение достижения углублением заданного объема к определению положения перемещающегося слоя жидкости, которое определяется по положению газового потока, выходящего из углубления.

При равенстве двух частей потока можно констатировать тот факт, что середина газового потока достигла заданного положения, т.е. той точки, где располагается перегородка.

На клиновой перегородке две части газового потока создают акустические колебания. Экспериментально выявлено, что максимальная амплитуда акустических колебаний возникает при равенстве частей потока.

Увеличение точности определения вязкости жидкости происходит за счет того факта, что более точно определяют момент достижения углублением заданного объема.

На чертеже приведена схема измерительного устройства, реализующего предлагаемый способ.

Измерительное устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит питающее сопло 1, вход которого через клапан 2 соединен с источником расхода газа 3. Питающее сопло 1 располагается наклонно к поверхности жидкости. Ось приемной трубки 4, расположенной перпендикулярно невозмущенной поверхности жидкости, располагается в плоскости питающего сопла 1. Перегородка 5 располагается по оси приемной трубки 4 перпендикулярно плоскости питающего сопла 1. Перегородка 5, имеющая форму клина, располагается на заданном расстоянии от питающего сопла 1 (точка x₁ на оси X).

Ось Х лежит на линии пересечений плоскости невозмущенной поверхности жидкости и плоскости, в которой лежит питающее сопло 1 и ось приемной трубки 4.

Датчик акустических колебаний 6 расположен вблизи нижнего края приемной трубки 4 и соединен с преобразователем 7, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока 8, выход которого соединен с блоком управления 9. Первый выход блока управления 9 соединен с клапаном 2, а второй выход соединен с вычислительным блоком 8.

Определение вязкости исследуемой жидкости происходит следующим образом. По команде блока управления 9 запускается вычислительный блок 8 и открывается клапан 2. Газ от источника 3 подается в питающее сопло 1. Газовая струя, выходящая из сопла 1, образует углубление в поверхности жидкости. Угол наклона питающего сопла 1 выбирается таким, чтобы с течением времени углубление росло в направлении оси X. Описываемое устройство момент достижения углублением заданного объема определяет как момент достижения углублением заданного размера (положения отсчитываемого по оси X).

Для упрощения конструкции и создания устройства, работающего в условиях потенциально опасных производств, положение перемещающегося слоя жидкости определяют по положению газового потока, выходящего из углубления в поверхности жидкости.

Скорость роста углубления вдоль оси Х (перемещения слоя жидкости) в основном определяется вязкостью жидкости. Искомая вязкость жидкости определяется по интервалу времени с момента подачи газовой струи до момента достижения перемещающимся слоем жидкости заданного положения на оси Х (точка х₁).

В некоторый момент времени, отсчитанный от момента подачи газовой струи на поверхность жидкости, газовый поток достигает приемной трубки 4, которая с помощью перегородки 5 делит поток на две части. Части потока создают на клиновой перегородке 5 акустические колебания.

Экспериментально выявлено, что именно в тот момент времени, когда части газового потока равны между собой, амплитуда акустических колебаний максимальна.

Датчик 6 преобразует акустические колебания в электрический сигнал, поступающий через преобразователь 7 в вычислительный блок 8, который фиксирует величины амплитуд колебаний через заданные интервалы времени.

Сигнал, поступающий на блок 8, представляет собой временную функцию, имеющую максимум. После того, как сигнал достигнет максимума и пойдет на уменьшение, блок 8 выдает сигнал блоку 9, который закроет клапан 2.

Искомую вязкость исследуемой жидкости вычисляют по моменту времени возникновения максимальной амплитуды акустических колебаний. Увеличение точности определения вязкости исследуемой жидкости происходит за счет более точного определения момента достижения углублением заданного объема, который определяется по моменту достижения перемещающегося слоя жидкости заданного положения, именно как момент возникновения максимальной амплитуды акустических колебаний, создаваемых двумя частями газового потока на клиновой перегородке.

Предлагаемый способ обеспечивает проведение в автоматическом режиме неоднократных определений вязкости одной жидкости при постоянной температуре поверхности и постоянном расходе газовой струи. Это позволяет исключить случайную составляющую ошибки измерения.

Использование: в химической и лакокрасочной промышленности. Сущность: в способе импульсно воздействуют газовой струей на жидкость с образованием углубления на ее поверхности, фиксируют временной интервал с момента подачи газовой струи до момента достижения углублением заданного объема, по величине этого временного интервала судят о вязкости жидкости, причем разбивают клиновой перегородкой газовый поток, выходящий из углубления, на две части, а момент достижения углублением заданного объема определяют по моменту возникновения максимальной амплитуды акустических колебаний. Технический результат - увеличение точности определения вязкости исследуемых жидкостей, обладающих большой вязкостью. 1 ил.

Способ определения вязкости жидкости, согласно которому импульсно воздействуют газовой струей на жидкость с образованием углубления на ее поверхности, фиксируют временной интервал с момента подачи газовой струи до момента достижения углублением заданного объема, по величине этого временного интервала судят о вязкости жидкости, отличающийся тем, что разбивают клиновой перегородкой газовый поток, выходящий из углубления, на две части, причем клиновая перегородка располагается по оси, перпендикулярной невозмущенной поверхности жидкости, а момент достижения углублением заданного объема определяют по моменту возникновения максимальной амплитуды акустических колебаний, которые создают части потока на клиновой перегородке.