ВИСКОЗИМЕТР Российский патент 2006 года по МПК G01N11/10 

Изобретение относится к устройствам для измерения динамической вязкости жидких сред и может быть применено в химической, лакокрасочной промышленности, промышленности строительных материалов для исследования маловязких жидкостей повышенной плотности типа смазочных масел, ртути, лаков и др.

Известен вискозиметр, содержащий сплошной шарик, который помещают в измеряемую среду на дно сосуда, соединенный гибкой нитью, переброшенной через блок, с противовесом, масса которого больше массы шарика. Вследствие этого возникает прямолинейное движение вертикально вверх до поверхности измеряемой жидкости, при этом измеряют время движения шарика внутри жидкости в пределах заданного пути (т.е. скорость подъема шарика) [1].

Недостатками данного вискозиметра являются:

1. Низкая точность измерения вязкости, так как в процессе движения шарика внутри исследуемой жидкости его скорость изменяется от нуля до максимума, т.е. существенно от предполагаемой постоянной.

2. Большая трудоемкость процесса измерения из-за необходимости ручного точного замера времени движения шарика.

3. Ограниченная область применения вследствие невозможности измерения жидкостей малой вязкости из-за очень малого времени падения в них шарика (доли секунды) и существенно нелинейного экспоненциального закона скорости его движения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является вискозиметр, содержащий основание, емкость с исследуемой жидкостью и перемещаемый внутри нее чувствительный элемент, соединенный посредством перекинутой через блок гибкой нити с находящимся в воздухе противовесом, и устройство для регистрации пути и времени движения чувствительного элемента в исследуемой жидкости. Чувствительный элемент выполнен в виде сплошного шарика, причем масса противовеса больше массы шарика, а регистрирующее устройство представляет собой электропроводную шкалу со скользящим контактом, соединенным с соединенным с измерителем времени [2].

Недостатками указанного вискозиметра являются:

1. Сложность конструкции.

2. Необходимость установки электрической цепи для регистрирования времени прохождения грузом определенного отрезка пути.

3. Наличие электропроводной шкалы со скользящим контактом.

4. Ограниченная область для измерения вязкости маловязких жидкостей (неравномерная скорость шарика).

5. Высокая трудоемкость исследований и неуниверсальность установки, так как для исследования жидкостей с разной плотностью нужно подбирать свою массу противовеса (из-за того, что приложенная к шарику сила Архимеда прямо пропорционально зависит от плотности исследуемой жидкости).

Из анализа уровня техники (по состоянию на дату подачи данной заявки) известен способ измерения вязкости, использующий регистрирующее устройство, включающее шкалу перемещений, проградуированную в единицах вязкости, что позволяет сразу в процессе измерений по величине перемещений (например, противовеса, связанного гибкой нитью с чувствительным элементом в виде шарика, погружаемого в жидкость) определить величину вязкости исследуемой жидкости (заявка №2002109561/28(010294) от 15.04.2002 г., текст на стр. 4, схема вискозиметра со шкалой, проградуированной в единицах вязкости на фиг.1) [3].

Целью изобретения является упрощение конструкции вискозиметра и снижение трудоемкости исследований, отказ от использования электрических цепей и расширение области применения для исследования реологических характеристик маловязких жидкостей повышенной плотности.

Поставленная цель достигается за счет того, что в вискозиметре, содержащем основание, емкость с исследуемой жидкостью и перемещаемый внутри нее чувствительный элемент, соединенный посредством перекинутой через блок гибкой нити с находящимся в воздухе противовесом, и регистрирующее устройство, чувствительный элемент выполнен в виде пустотелого шарика, внутренняя полость которого заполнена исследуемой жидкостью, причем масса противовеса равна массе пустотелого шарика, а регистрирующее устройство выполнено в виде вертикальной шкалы для измерения перемещения противовеса после выхода шарика из исследуемой жидкости.

На фиг.1 и 2 представлены кинематические схемы вискозиметра с различными вариантами выполнения противовеса, соединенного посредством гибкой нити с чувствительным элементом. На фиг.3, 4 и 5 показаны варианты исполнения регистрирующего устройства.

Вискозиметр содержит основание 1, емкость 2 с исследуемой жидкостью 3 и перемещаемый внутри нее чувствительный элемент, соединенный с находящимся в воздухе противовесом 4 посредством перекинутой через блок 5 гибкой нити 6, и регистрирующее устройство 7. Чувствительный элемент выполнен в виде пустотелого шарика 8, внутренняя полость которого заполнена исследуемой жидкостью 3. Противовес 4 может быть выполнен в виде груза (фиг.1) или в виде пустотелого шарика, идентичного пустотелому шарику 8 (фиг.2).

На фиг.1 показан вариант выполнения противовеса 4 в виде груза, имеющего массу, равную массе пустотелого шарика 8.

На фиг.2 показан вариант выполнения противовеса 4 в виде пустотелого шарика, идентичного пустотелому шарику 8, причем внутренняя полость противовеса заполнена воздухом, а внутренняя полость пустотелого шарика 8 заполнена исследуемой жидкостью 3.

На фиг.3 показан вариант выполнения регистрирующего устройства 7 в виде вертикальной шкалы для измерения перемещения противовеса 4 после выхода шарика 8 с жидкостью 3 из емкости 2 с исследуемой жидкостью.

На фиг.4 показан вариант выполнения регистрирующего устройства 7 в виде вертикальной шкалы для измерения перемещения шарика 8 с жидкостью 3 в воздухе после его выхода из емкости 2 с исследуемой жидкостью.

На фиг.5 показан вариант выполнения регистрирующего устройства 7 в виде круговой шкалы угла поворота блока 5 после выхода шарика 8 с жидкостью 3 из емкости 2 с исследуемой жидкостью.

Вискозиметр работает следующим образом.

Чувствительный элемент в виде шарика 8, заполненного исследуемой жидкостью 3, помещают внутрь емкости 2 с исследуемой жидкостью на глубину h. После этого под действием силы Архимеда чувствительный элемент начинает разгоняться в исследуемой вязкой среде по направлению к ее поверхности. По достижении поверхности жидкости чувствительный элемент имеет определенную максимальную скорость, которая будет зависеть от вязкости исследуемой жидкости. Чем меньше вязкость исследуемой жидкости, тем меньше сила вязкого сопротивления встречного потока и, следовательно, будет больше скорость выхода разгоняемого чувствительного элемента из жидкости. Далее кинетическая энергия разогнанного чувствительного элемента начинает переходить в потенциальную энергию его подъема над уровнем жидкости и, когда она станет равна нулю, чувствительный элемент остановится, при этом высота его подъема L зафиксируется регистрирующим устройством, выполненным по одной из предложенных схем (фиг.3, 4, 5).

Достигаемый в предлагаемом вискозиметре положительный эффект заключается в следующем:

1. Упрощается конструкция устройства и повышается чувствительность и точность измерений при исследовании различных жидкостей вследствие уравнивания масс чувствительного элемента и противовеса.

2. Исчезает необходимость установки и настройки электронного регистрирующего устройства.

3. Появляется возможность измерения маловязких жидкостей типа ртути, смазочных масел, лаков.

4. Снижается трудоемкость процесса исследования.

5. Вискозиметр становится универсальным измерительным устройством, так как не приходится для каждой жидкости подбирать противовес необходимой массы.

Источники информации

1. Вискозиметр. SU 318854, G 01 N 11/10,1971 - аналог.

2. Вискозиметр. SU 40032, G 01 N 11/10, 1933 - прототип.

3. Способ определения вязкости. Заявка №2002109561/28 (010294) от 15.04.2002 г.

Изобретение относится к устройствам для измерения динамической вязкости жидких сред и может быть применено в химической, лакокрасочной промышленности, промышленности строительных материалов для исследования маловязких жидкостей повышенной плотности типа смазочных масел, ртути, лаков и др. Технический результат заключается в упрощении конструкции устройства, повышении точности и чувствительности измерений при исследовании различных жидкостей, исчезновении необходимости установки и настройки электронного регистрирующего устройства, появлении возможности измерения маловязких жидкостей типа ртути, смазочных масел и лаков, снижении трудоемкости процесса исследования, универсализации устройства. Устройство содержит основание 1, емкость 2 с исследуемой жидкостью 3 и перемещаемый внутри нее чувствительный элемент 8, соединенный посредством перекинутой через блок 5 гибкой нити 6 с находящимся в воздухе противовесом 4, и регистрирующее устройство 7. 5 ил.

Вискозиметр, содержащий основание, емкость с исследуемой жидкостью и перемещаемый внутри нее чувствительный элемент, соединенный посредством перекинутой через блок гибкой нити с находящимся в воздухе противовесом, и регистрирующее устройство, отличающийся тем, что противовес и чувствительный элемент выполнены в виде двух одинаковых пустотелых шариков равной массы, связанных между собой перекинутой через блок гибкой нитью, внутренняя полость шарика, погруженного в емкость с исследуемой жидкостью, заполнена этой жидкостью, а внутренняя полость шарика, находящегося за пределами емкости с исследуемой жидкостью, заполнена воздухом.