ВИСКОЗИМЕТР Российский патент 2005 года по МПК G01N11/00 

Изобретение относится к области исследования свойств жидких сред в лабораторных и производственных условиях, а точнее к технике измерения условной вязкости с помощью капиллярных вискозиметров.

Известны капиллярные вискозиметры типа ВЗ-246 (ГОСТ 9070-75), широко применяемые в производственных условиях для определения условной вязкости лакокрасочных материалов и представляющие собой резервуар вместимостью 100 см³ и имеющие 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.

Известны капиллярные вискозиметры, использующие в качестве нагружающего элемента предварительно сжатую пружину и позволяющие частично автоматизировать процесс измерения вязкости, например устройство для измерения вязкости (Патент RU №2184362 С2, G 01 N 11/00, 2002).

Устройство состоит из цилиндрической емкости 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 корпуса с нанесенной на нем шкалой, поплавка и указателя, выполненного в виде поршня со штоком.

Измерение условной вязкости определяется по количеству жидкости, вытесненной в измерительный сосуд под постоянным давлением.

Недостатком данного вискозиметра является низкая производительность, сложность конструкции, недостаточная точность измерения.

Техническая задача: повышение производительности и точности измерения, уменьшение объема проб.

Это достигается тем, что вискозиметр, имеющий в качестве рабочего элемента пружину и содержащий цилиндрическую емкость, соединенную с измерительным капилляром, внутри которой помещен поршень со штоком и клапан, расположенный в верхней части цилиндрической емкости напротив калиброванного отверстия, выполненного в поршне, позволяет определить условную вязкость исследуемой жидкости по ее количеству, попавшей в измерительный капилляр за счет вакуума, созданного поршнем при воздействии на него пружины.

На чертеже приведена схема предлагаемого вискозиметра.

Вискозиметр включает в себя цилиндрическую емкость 1, внутри которой помещен поршень 2 со штоком 3. Цилиндрическая емкость 1 соединена с капилляром 5, с нанесенной на нем шкалой и имеющим торцевое отверстие. Поршень 2 имеет калиброванное отверстие 6 и в исходном положении под действием пружины 4 находится в верхнем положении. В верхней части цилиндрической емкости напротив калиброванного отверстия 6 выполнен клапан 7.

Вискозиметр работает следующим образом: в исходном положении поршень 2 под действием пружины 4 находится в верхнем положении.

Нажатием руки на шток 3 поршень 2 опускается в нижнее положение и удерживается в таком положении, при этом пружина 4 максимально сжимается. После чего измерительный капилляр 5 опускается в исследуемую жидкость до нулевого деления, обозначенного на капилляре.

Затем шток 3 отпускается. Поршень 2 начинается двигаться вверх под действием силы предварительного сжатия пружины 4.

Калиброванное отверстие 6 в поршне 2 позволяет ему достичь своего крайнего верхнего положения, при этом время движения поршня 2 в цилиндрической емкости 1 благодаря исходным условиям будет всегда одинаковым. Кроме того, когда поршень 2 достигнет крайнего верхнего положения, клапан 7 перекроет отверстие 6 в поршне 2, что будет препятствовать в дальнейшем самопроизвольному вытеканию исследуемой жидкости из измерительного капилляра 5.

При движении поршня 2 вверх под ним образуется вакуум, который заставляет двигаться исследуемую жидкость вверх по измерительному капилляру 5. Подъемная сила будет равна

где ω - поперечное сечение измерительного капилляра;

Р_вак - сила, созданная вакуумом.

Подъемная сила расходуется на преодоление силы трения Т исследуемой жидкости о стенки измерительного капилляра 5. Подъем жидкости закончится тогда, когда выровняются эти силы, т.е.

при этом

где d₀ - диаметр капилляра.

где τ - касательные напряжения, возникающие при движении жидкости по капилляру;

s - площадь соприкосновения жидкости с капилляром.

В свою очередь

где μ - динамический коэффициент вязкости.

При этом

где v - кинематический коэффициент вязкости;

р - плотность жидкости.

где h - высота подъема жидкости.

Тогда уравнение (1) примет вид

откуда

Из-за малого диаметра d₀ измерительного капилляра 5 изменением скорости по поперечному сечению можно пренебречь, тогда dv/dy=1 и связь высоты столба жидкости с ее вязкостью будет очевидной

Таким образом, количество жидкости, попавшей в измерительный капилляр, зависит от вязкости исследуемой жидкости.

Шкала, нанесенная на измерительном капилляре 5, 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 вискозиметра позволит повысить производительность процесса измерения вязкости, значительно уменьшить объемы проб, а также повысить точность измерения.

Использование: для исследования свойств жидких сред в лабораторных и производственных условиях. Сущность: вискозиметр имеет в качестве рабочего элемента пружину и содержит цилиндрическую емкость, соединенную с измерительным капилляром, внутри которой помещен поршень со штоком, причем поршень имеет калиброванное отверстие и в исходном положении под действием пружины находится в верхнем положении, а напротив калиброванного отверстия в верхней части цилиндрической емкости выполнен клапан. Технический результат - повышение производительности и точности измерений, уменьшение объема проб. 1 ил.

Вискозиметр, имеющий в качестве рабочего элемента пружину и содержащий цилиндрическую емкость, соединенную с измерительным капилляром, внутри которой помещен поршень со штоком, клапан, отличающийся тем, что поршень имеет калиброванное отверстие и в исходном положении под действием пружины находится в верхнем положении, а клапан выполнен в верхней части цилиндрической емкости напротив калиброванного отверстия.