УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ Российский патент 2005 года по МПК G01N11/10 

Изобретение относится к устройствам измерения вязкости жидкости, в частности для экспресс-оценки качества моторного масла. Может быть использовано в нефтяной, автомобильной, сельскохозяйственной и других отраслях промышленности, где необходимо контролировать качество моторных масел.

Известен шариковый вискозиметр, содержащий шарик на нити фиксированной длины, подвешенный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в вертикальном направлении, помещенный в вертикальный цилиндр с затвором, коромысло, к одному из плеч которого подвешен шарик и прикреплен цилиндр, а к другому плечу - стрелка самописца для регистрации пути и времени его движения в исследуемой жидкости [1].

Но его недостаток в том, что устройство не обладает возможностью ультразвукового воздействия на масло с целью формирования областей сгущения, количество и плотность которых напрямую зависят от качества масла и по которым можно определить качество моторного масла.

Известен также вискозиметр, содержащий емкость для исследуемой жидкости, установленное внутри емкости с возможностью вертикального перемещения рабочее тело в виде диска, экран, перемещающийся вместе с рабочим телом, регистратор времени падения рабочего тела и нагревательный элемент со стабилизатором температуры [2].

Недостаток его заключается в том, что это устройство используется только для измерения вязкости и не дает четкой картины о содержании в исследуемых жидкостях механических примесей.

Задачей заявленного изобретения является создание устройства для экспресс-оценки качества моторного масла с использованием ультразвука.

В масле, находящемся в масляной системе двигателей, происходят непрерывные количественные и качественные изменения. Количественные изменения происходят за счет угара его в цилиндропоршневой группе двигателя. Качественные изменения, известные под общим названием «старение масла», складываются из целого ряда физических и химических процессов, протекающих в масляной системе. Показатели, характеризующие отрицательные свойства (такие, как содержание нерастворимых примесей размером 1...6 мкм), по мере старения масла увеличиваются [3].

Технический результат от использования изобретения связан с экспресс-оценкой качества моторного масла при эксплуатации его в двигателе, что позволяет более точно определять сроки замены масла в зависимости от старения и наличия в нем механических примесей.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для экспресс-оценки качества моторного масла, содержащем емкость для исследуемой жидкости, нагревательный элемент со стабилизатором температуры, рабочее тело с экраном, установленное внутри емкости с возможностью вертикального перемещения вниз под действием силы тяжести, и регистратор времени падения рабочего тела, нагревательный элемент выполнен в виде ультразвукового излучателя с генератором, а регистратор времени падения рабочего тела снабжен расположенными на вертикальной линии светодиодами, оптически связанными с экраном, перемещающимся вместе с рабочим телом.

Регистратор времени перемещения рабочего тела выполнен в виде двух пар светодиодов, подсоединенных к электронному секундомеру, что позволяет точно отслеживать время прохождения рабочего тела в исследуемой жидкости между светодиодами.

Снабжение устройства ультразвуковым излучателем позволяет достоверно судить о качестве масла из-за возможности использования эффекта остаточной вязкости, заключающегося в том, что масла, предварительно нагретые до одной и той же температуры различными способами, после отключения нагревателей остывают и, соответственно, меняют вязкость различными способами. Масло, нагретое ультразвуком, сохраняет остаточную вязкость, которая вызвана образованием контактов и перехлестов между молекулами присадок масла при прохождении фронта ультразвуковой волны, индуцированной ультразвуком. Таким образом, при прогревании масла ультразвуком наряду с чисто тепловым действием происходит пространственное перераспределение расположения и ориентации молекул присадок, что и приводит к эффекту остаточной вязкости.

Чем больше срок эксплуатации масла, тем больше в нем взвешенных частиц размером (1...6 мкм), которые при воздействии на диагностируемое масло ультразвуком начинают двигаться в слое масла и разрушать разветвленную структуру присадок, что влияет на вязкость масла.

По результатам исследований построены графики зависимости изменения вязкости от температуры для масла 15W40 («ТНК», Рязань): (фиг.2, график 1), где 1 - масло, обработанное ультразвуком; 2 - масло просто прогретое; 3 - масло (отработка), обработанное ультразвуком; 4 - масло (отработка) прогретое; 5 - масло (без химических присадок), обработанное ультразвуком; 6 - масло (без химических присадок) прогретое.

Из полученных данных по изменению вязкости (Δ%) масла, обработанного ультразвуком и без него в зависимости от температуры, следует, что наибольший эффект остаточной вязкости прослеживается при температуре 26,5°С (фиг.2, график 2).

На фиг.1 изображено устройство для определения вязкости жидкости, общий вид.

Устройство включает излучатель ультразвука 1 с подключенным к нему ультразвуковым генератором 2 и измерительную прозрачную емкость для исследуемой жидкости 3 (съемный стакан) с залитым в него маслом. Температуру масла измеряют терморезистором 6, подключенным к милливольтметру 7, и приводят к заданному значению при помощи ячейки 4 и термостата 5. Плоское рабочее тело 11 закреплено на штоке 13 с возможностью вертикального перемещения. На штоке неподвижно закреплен экран 12. В верхнем положении шток удерживается электромагнитом 14. Регистратор времени падения выполнен в виде электронного секундомера 8 и подключенных к нему верхнего светодиода 10 и нижнего светодиода 9.

Устройство работает следующим образом. Исследуемое масло заливают в емкость 3, температуру масла определяют терморезистором 6, подключенным к милливольтметру 7. Масло доводят до температуры 20°С в ячейке 4 при помощи термостата 5. Включают излучатель ультразвука 1, подключенный к генератору 2, и обрабатывают масло ультразвуком до температуры 26,5°С. При обработке масла шток фиксируют электромагнитом 14 в верхнем положении и удерживают до отключения ультразвука. В момент отключения ультразвукового генератора 2 плоское рабочее тело 11 вместе со штоком 13 опускается вниз под силой тяжести. Время падения тела измеряют электронным секундомером 8, который приводится в действие при прохождении экрана 12 мимо верхнего светодиода 10 и отключается при прохождении экрана мимо нижнего светодиода 9.

При проведении экспресс-оценки качества моторного масла из картера двигателя берется проба, которая делится на две части:

1. Одну часть масла заливают в устройство для определения вязкости жидкости и прогревают или охлаждают до температуры 26,5°С. Измеряют время падения рабочего тела t₁.

2. Вторую часть масла заливают в устройство для определения вязкости жидкости, измеряют температуру масла и доводят ее до температуры 20°С. Включают излучатель ультразвука и обрабатывают масло ультразвуком до температуры 26,5°С. Измеряют время падения рабочего тела t₂.

По разности времени падения плоского тела Δt=t₂-t₁ определяют загрязненность масла и решают вопрос о дальнейшей целесообразности его использования. Разность времени Δt зависит не только от загрязненности масла, но и от его марки.

К устройству прилагаются калибровочные кривые зависимости Δt от степени загрязненности наиболее распространенных марок масел, зависимость времени падения рабочего тела от величины пробега автомобиля (наличия в масле механических примесей). При использовании менее употребляемых марок масел требуется дополнительная калибровка. Например, для моторного масла 15W40 указанная зависимость имеет вид:

ПробегРазность времен, Δt, секСтепень загрязненностиДальнейшее использование в моторе1000км0,032НормальнаяВозможно5000 км0,108СредняяВозможно10000км0,148ВысокаяНеобходима замена

График зависимости Δt от величины пробега автомобиля УАЗ - «санитарка» имеет вид: (фиг.2, график 3).

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР N 579564, кл. G 01 N 11/10, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР N 1741019 А1, кл. G 01 N 11/10, 1992.

3. Полканов И.П., Холманов В.М. Применение моторных масел и смазочных материалов в сельском хозяйстве. Методические указания. Ульяновский сельскохозяйственный институт, 1985, с.72.

Использование: для определения качества моторного масла. Сущность: устройство содержит измерительную емкость для масла и снабжено нагревательным элементом, автоматическими системами регистрации времени перемещения рабочего тела и обеспечения контроля и стабилизации температуры исследуемого масла. Плоское тело закреплено на штоке с экраном, по которому измеряется время прохождения телом слоя масла. На дне измерительной емкости находится излучатель ультразвука, подключенный к ультразвуковому генератору. Технический результат: повышение точности определения в масле механических примесей. 2 ил., 1 табл.

Устройство для определения вязкости жидкости, содержащее емкость для исследуемой жидкости, нагревательный элемент со стабилизатором температуры, рабочее тело с экраном, установленное внутри емкости с возможностью вертикального перемещения вниз под действием силы тяжести, и регистратор времени падения рабочего тела, отличающееся тем, что нагревательный элемент выполнен в виде ультразвукового излучателя с генератором, а регистратор времени падения рабочего тела снабжен расположенными на вертикальной линии светодиодами, оптически связанными с экраном, перемещающимся вместе с рабочим телом.