УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ ВЯЗКОСТИ ЖИДКИХ СРЕД Российский патент 2004 года по МПК G01N11/16 

Изобретение относится к технике измерения вязкости (механических свойств жидкости), в частности может применяться для медицинских лабораторных исследований.

Известно аналогичное устройство для непрерывного определения вязкости и плотности жидкости [1] , содержащее помещаемый в исследуемую жидкость вибратор, подключенный к генератору колебаний, и блок регистрации и индикации, кроме того содержит омметр и вольтметр переменного напряжения, причем вибратор выполнен в виде поплавка, укрепленного на упругом эластичном подвесе, выполненном с виде петли из токопроводящего упругого эластичного материала, помещенного в оболочку из изоляционного упругого материала, при этом концы петли соединены со входами блока регистрации и индикации. Изоляционный материал выполнен из резины или латексного изделия.

Недостатком известного устройства является сложность и большой объем требуемой для измерения жидкости.

Наиболее близким по совокупности признаков заявленному изобретению является устройство для определения вязкости жидкости [2], состоящее из вискозиметра, обмотка возбуждения силовой катушки которого подключена к выходу генератора переменного напряжения, например ГЗ-110, управляемого через плату сопряжения персональным компьютером, например типа ДВК-2. Сигнал об амплитуде колебаний элемента вискозиметра лопатки пропорционален выходному напряжению, генерируемому измерительной обмоткой. Напряжение с измерительной катушки регистрируется вольтметром, выход которого через плату сопряжения подключен к компьютеру. Лопатка вискозиметра присоединена к пружине вискозиметра посредством двух постоянных магнитов цилиндрической формы, свинчиваемых между собой. Колебательная система вискозиметра присоединяется к основанию вискозиметра посредством гайки.

Недостатками известного устройства являются сложность, низкая чувствительность, невозможность измерения вязкости структурированных жидкостей из-за разрушения их лопаткой, измерение вязкости только при нормальной температуре.

Сущностью предлагаемой разработки является то, что в качестве рабочего органа используется струна с обтекаемым утолщением на конце, которое покрыто пеногасителем ANTIFOMSILANUM, дополнительно введено устройство управления нагревательным элементом и датчик температуры, а датчиком амплитуды и частоты колебаний является пьезоэлемент.

Техническим результатом разработки являются упрощение способа определения вязкости и расширение функциональных возможностей.

Устройство изображено на чертеже.

Устройство включает в себя основание 1, корпус 2, струну 3 с обтекаемым утолщением на нижнем конце, которое покрыто пеногасителем ANTIFOMSILANUM. Верхний конец струны жестко закреплен в корпусе 2. В струне 3 возбуждаются колебания с помощью устройства 4, на которое подается гармонический сигнал от ЭВМ 5, усиленный с помощью эталонного усилителя 6. ЭВМ 5 задает частоту колебаний. Нижний свободный конец струны помещается в емкость с исследуемой жидкостью 7. Скорость движения струны в жидкости составляет 0,5-1 мм/с, что наряду с особенностями ее устройства позволяет свести к минимуму разрушительное влияние на структуру жидкости. Амплитуда и частота колебаний струны контролируется ЭВМ 5 с помощью пьезоэлемента 8 и усилителя 9. Температура исследуемой жидкости может изменяться с помощью нагревательного элемента 10 и контролироваться ЭВМ 5 посредством датчика 11 и устройства управления нагревателем 12. Корпус 2 может перемещаться по основанию 1 таким образом, что струна погружается в исследуемую жидкость на требуемую глубину (5-12 мм). Точность контроля глубины погружения составляет 0,01 мм.

АНТИФОМСИЛАН (Antifomsilanum) - это раствор поли-[3-(диметил)-(метилоксиметил)] -силоксана в эфире. Обычно применяется в оксигенераторах аппаратов искусственного кровообращения для гашения пены крови.

Устройство работает следующим образом:
Емкость с исследуемой жидкостью 7 помещается в основание 1. Корпус 2 подают вниз и нижний свободный конец струны опускается в жидкость на необходимую глубину. Затем в струне 3 возбуждаются колебания с помощью устройства 4 и усилителя 6. ЭВМ 5 задает частоту колебаний струны 3 и контролирует амплитуду колебаний с помощью датчика 8 и усилителя 9. Далее методами математической обработки оцифрованного сигнала определяется наибольшая амплитуда колебаний, которая достигается на резонансной частоте. Для этого частота плавно изменяется в некотором первоначальном диапазоне с регулируемым шагом. На каждой частоте измеряется амплитуда и определяется частота, соответствующая наибольшей амплитуде, то есть резонансная частота.

Измеренная максимальная амплитуда сравнивается с эталонными калибровочными точками и пересчитывается в абсолютные единицы вязкости. Измерения можно проводить непрерывно (если необходимо отслеживание динамики процесса, например, при нагреве исследуемой жидкости).

Калибруется прибор следующим образом: в качестве контрольной жидкости используется дистиллированная вода или любая другая стабильная к вибрации жидкость. Далее по справочнику находится значение ее вязкости в зависимости от температуры, либо вязкость при данной температуре определяется на эталонном вискозиметре (например, ротационном).

Затем на устройстве определяется зависимость амплитуды колебаний в резонансе струны 3 от температуры. В результате строится экспериментальная зависимость коэффициента для пересчета амплитуды в единицы вязкости от температуры.

Таким образом, определяя вязкость любой жидкости, прежде измеряем амплитуду резонанса колебаний струны и температуру, затем соответствующий данной температуре коэффициент умножаем на измеренную амплитуду.

Время измерения может задаваться в зависимости от динамики исследуемого процесса и/или необходимой точности измерений.

Основными преимуществами предложенного устройства по сравнению с прототипом являются:
- высокая точность измерений;
- малый требуемый для измерения объем жидкости;
- рабочее тело обтекаемой формы и покрытое ANTIFOMSILANUM оказывает минимальное влияние на структурированные жидкости;
- возможность неоднократных измерений в течение длительного промежутка времени;
- возможность регистрации кривой зависимости вязкости от температуры жидкости.

Литература:
1. Патент РФ 2051374 БИ 36 от 27.12.1995 МКИ⁶ G 01 N 11/16 - аналог.

2. А.с. СССР 1800315 БИ 9 от 07.03.1993 МКИ⁵ G 01 N 11/16 - прототип.

Использование: для медицинских лабораторных исследований. Сущность: устройство включает в себя основание, корпус, струну с обтекаемым утолщением на нижнем конце, которое покрыто пеногасителем ANTIFOMSILANUM. Технический результат - упрощение способа определения вязкости и расширение функциональных возможностей. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для автоматического определения динамической вязкости жидких сред, включающее в себя корпус, рабочий орган, погружаемый в исследуемую жидкость, устройство возбуждения колебаний в рабочем органе и регистрации амплитуды и частоты его колебаний, ЭВМ, управляющую процессом, нагревательный элемент, отличающееся тем, что в качестве рабочего органа используется струна с обтекаемым утолщением на конце, которое покрыто пеногасителем ANTIFOMSILANUM.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно снабжено устройством управления нагревательным элементом и датчиком температуры.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчиком амплитуды и частоты колебаний является пьезоэлемент.