СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ Российский патент 2010 года по МПК G01N11/10 

Описание патента на изобретение RU2390757C1

Предлагаемый способ определения вязкости жидкости относится к приборостроению, а именно к области технологии пищевой промышленности, и может быть использован, например, при контроле и управлении технологическими процессами на предприятиях пищевой промышленности для оценки вязкости жидких оптически прозрачных растворов и непрозрачных суспензий, а так же при проведении научно-исследовательских работ.

Известен способ измерения вязкости жидкости [1], который осуществляется с помощью устройства, состоящего из шарового зонда, плотность которого больше плотности жидкости, ускорителя, измерителя параметров движения, вычислительного блока и измерительной емкости с исследуемой жидкостью. При реализации способа осуществляют разгон зонда до обусловленной скорости движения, обеспечивают его свободное всплытие по инерции, измерение времени и координат на участке всплытия, определяют постоянную времени и оценивают вязкость по соотношению:

где: R - радиус шарового зонда; Т - постоянная времени; ρ - плотность материала шарового зонда.

Однако недостатком известного способа является снижение точности измерения, связанное с необходимостью использования ускорителя и необходимостью установки шарового зонда в исходное положение для метрологического обеспечения многократного измерения, а так же вычисления системы многопараметровых уравнений.

Наиболее близким техническим решением является патент [2], из которого известен способ измерения вязкости жидкости, включающий движение газового пузырька-маркера, сформированного на границе раздела жидкой и газообразной фаз на выходе сопла, при этом измеряют время прохождения газового пузырька путем счета тактирующих импульсов, количество которых зависит от времени прохождения участка, расположенного вертикально на траектории его подъема, и определяют вязкость.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении точности измерения за счет использования шарового зонда, получаемого на выходе сопла, а так же за счет использования математических соотношений, описывающих этап математической обработки данных.

Это достигается тем, что в способе определения вязкости жидкости, включающем движение в ней шарового зонда, обеспечение его свободного всплытия, измерение времени его прохождения и определение вязкости, в отличие от прототипа, в качестве шарового зонда используют газовый пузырек-маркер, сформированный на выходе сопла, через которое газ поступает в цилиндрическую кювету, заполненную жидкостью, при этом диаметр сопла определяют из соотношения:

где: DК и DС - диаметры измерительной кюветы и сопла соответственно; ХК - коэффициент, зависящий от физических свойств жидкости и разрешающей способности устройств, регистрирующих перемещение пузырька-маркера, далее измеряют время прохождения газового пузырька-маркера путем счета тактирующих импульсов, количество которых зависит от времени прохождения участка, расположенного вертикально на траектории его подъема, и определяют вязкость жидкости по соотношению:

где: η - вязкость; t - время прохождения участка на траектории; А и В - параметры, зависящие от физических свойств жидкости и свойств измерительной системы.

Источники и приемники ультразвука, расположенные вдоль оси цилиндрической кюветы, образуют линию контроля прохождения пузырька с газом. Устройство определения длительности периодов смещения импульсов, поступающих от приемников ультразвука, и устройство счета осуществляют получение измерительной информации. Измерение осуществляется путем счета тактирующих импульсов, поступающих на счетное устройство, за время, равное длительности импульса. Это позволяет повысить точность, ограниченную только частотой тактирования.

Сущность способа поясняется чертежом и таблицей. На фиг.1 изображена функциональная схема устройства, поясняющая проведение измерения, на фиг.2 приведен график полученных экспериментальных значений и расчетной зависимости вязкости от времени прохождения пузырьком-маркером участка траектории. В таблице приведены экспериментальные значения времени прохождения пузырька-маркера между контрольными точками и метрологические оценки результатов в виде среднего значения (СР) и среднеквадратического отклонения (СКО).

Устройство включает: цилиндрическую кювету 1, заполненную вязкой жидкостью, источники ультразвукового излучения 2, пузырек газа 3, трубопровод и сопло для подачи газа 4, приемники ультразвукового излучения 5, устройство определения длительности времени смещения 6, устройство счета и управления измерительным процессом 7, пневмоделитель 8, компрессор 9.

Способ осуществляют следующим образом.

Газ через трубопровод и сопло 4 поступает в цилиндрическую кювету 1, заполненную вязкой жидкостью. Газ подается от компрессора 9 через управляемый клапан пневмоделителя 8. На границе раздела жидкой и газообразной фазы образуется пузырек-маркер, при этом его формирование осуществляется на выходе сопла, диаметр которого определяют из соотношения (2). На выходе сопла 4 образуется пузырек газа, который перемещается вдоль оси цилиндра. При движении пузырьки газа уменьшают слой вязкой жидкости, которая является проводящей средой для ультразвуковой волны, движущейся между источником ультразвука 2 и приемником ультразвука 5. Изменение слоя приводит к образованию импульсов, поступающих на устройство определения длительности времени смещения 6 и устройство счета и управления измерением 7.

В устройстве 6 измеряют и запоминают время смещения импульсов t от приемников ультразвука 5 при прохождении пути между ними.

Далее определяют и запоминают вязкость жидкости по формуле (3).

Пример. Измерение вязкости водного раствора сахара различной концентрации. Используем водные растворы сахара различной концентрации от 45 до 60%. Поочередно заливаем растворы в измерительную кювету. Полученные значения времени прохождения пузырька-маркера между контрольными точками заносим в таблицу. Вычисляем точечные оценки результатов измерения и тоже заносим их в таблицу.

Определяем значения динамической вязкости по зависимости:

Полученные экспериментальные значения вязкости и расчетная зависимость приведены на графиках, фиг.2.

Таким образом, предложенный способ определения вязкости за счет использования пузырька-маркера, применения средств измерения временных периодов, а так же использования математических соотношении, описывающих этап математической обработки данных, позволяет расширить возможности своего применения и повысить точность.

Источники информации

1. Патент №2263892, МПК G01N 11/10. Устройство для определения вязкости жидкости [Текст] / Колосов А.А., Пащенко В.М., Лунин Е.В., Табаков О.В. - Опубл. 10.11.2005, Бюл. №31.

2. United States Patent US 5289716, Monitoring and analyzing waste glass compositions [Text] / Schumacher; Ray F. (Aiken, SC) - Filed: August 21, 1992.

Похожие патенты RU2390757C1

название год авторы номер документа
УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ГАЗА 2008
  • Корндорф Сергей Фердинандович
  • Лунин Максим Викторович
RU2366902C1
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОСТИ И ПЛОТНОСТИ ЖИДКОСТИ 1994
  • Подживотов В.П.
  • Грузнов М.Л.
  • Грузнов Е.Л.
  • Грузнов Л.П.
RU2084865C1
Способ определения времени вспывания газового пузырька в металлических расплавах 1976
  • Еловиков Геннадий Николаевич
SU551598A1
Способ дегазации расплавов материалов 1976
  • Шиляев Алексей Семенович
  • Ивинский Василий Иванович
  • Коренькова Ольга Антоновна
  • Черныш Нина Борисовна
SU615146A2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПУЗЫРЬКОВОГО КЛАСТЕРА ЗАДАННОЙ КОНФИГУРАЦИИ 2023
  • Архипов Владимир Афанасьевич
  • Басалаев Сергей Александрович
  • Костюшин Кирилл Владимирович
  • Перфильева Ксения Григорьевна
  • Поленчук Сергей Николаевич
  • Усанина Анна Сергеевна
RU2796910C1
Способ генерирования ультрамелких пузырьков, устройство генерирования ультрамелких пузырьков и содержащая ультрамелкие пузырьки жидкость 2020
  • Кубота, Масахико
  • Ямада, Акитоси
  • Иманака, Йосиюки
  • Янаи, Юми
  • Аримидзу, Хироси
  • Исинага, Хироюки
  • Одзаки, Теруо
RU2748485C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ, ВЯЗКОСТИ И СМАЗЫВАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЖИДКИХ СРЕД 1999
  • Тетерин Е.П.
  • Тарасов И.Е.
  • Потехин Д.С.
RU2196976C2
ПУЗЫРЬКОВЫЙ ДАТЧИК ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ СЛАБЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ 2019
  • Монахов Анатолий Алексеевич
  • Полянский Виталий Александрович
RU2719271C1
СПОСОБ ОДНОВРЕМЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ И ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТЕЙ 2000
  • Тетерин Е.П.
  • Тарасов И.Е.
  • Потехин Д.С.
RU2196973C2
Способ определения электрокинетического потенциала пузырьков газа в жидкости 1984
  • Лопатенко Сергей Васильевич
  • Колпаков Александр Васильевич
  • Салов Владимир Андреевич
SU1187019A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 390 757 C1

Реферат патента 2010 года СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к способу и может быть использовано, например, при контроле и управлении технологическими процессами на предприятиях пищевой промышленности для оценки вязкости жидких оптически непрозрачных суспензий, а также при проведении научно-исследовательских работ. Способ определения вязкости жидкости включает движение в ней шарового зонда. При этом в качестве шарового зонда используют газовый пузырек-маркер. сформированный на выходе сопла, через которое газ поступает в цилиндрическую кювету, заполненную жидкостью. Диаметр сопла определяют из соотношения:

где: DK и DC - диаметры измерительной кюветы и сопла соответственно; ХК - коэффициент, зависящий от физических свойств жидкости и разрешающей способности устройств, регистрирующих перемещение пузырька-маркера. Затем измеряют время прохождения газового пузырька-маркера путем счета тактирующих импульсов, количество которых зависит от времени прохождения участка, расположенного вертикально на траектории его подъема. Далее определяют вязкость жидкости по соотношению:

где: η - вязкость; t - время прохождения участка на траектории; А и В - параметры, зависящие от физических свойств жидкости и свойств измерительной системы. Техническим результатом изобретения является повышения точности измерения за счет использования газового пузырька-маркера. 1 табл., 2 ил.

Формула изобретения RU 2 390 757 C1

Способ определения вязкости жидкости, включающий движение в ней шарового зонда, обеспечение его свободного всплытия, измерение времени его прохождения и определение вязкости, отличающийся тем, что в качестве шарового зонда используют газовый пузырек-маркер, сформированный на выходе сопла, через которое газ поступает в цилиндрическую кювету, заполненную жидкостью, при этом диаметр сопла определяют из соотношения

где DK и DС - диаметры измерительной кюветы и сопла соответственно;
ХК - коэффициент, зависящий от физических свойств жидкости и разрешающей способности устройств, регистрирующих перемещение пузырька-маркера, далее измеряют время прохождения газового пузырька-маркера путем счета тактирующих импульсов, количество которых зависит от времени прохождения участка, расположенного вертикально на траектории его подъема, и определяют вязкость жидкости по соотношению

где η - вязкость;
t - время прохождения участка на траектории;
А и В - параметры, зависящие от физических свойств жидкости и свойств измерительной системы.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2010 года RU2390757C1

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ 2003
  • Колосов А.А.
  • Пащенко В.М.
  • Лунин Е.В.
  • Табаков О.В.
RU2263892C2
US 5289716 А, 01.03.1994
JP 6109613 А, 22.04.1994
SU 4448060 А, 15.05.1984
SU 5167144 А, 01.12.1992.

RU 2 390 757 C1

Авторы

Лунин Максим Викторович

Бобров Андрей Владимирович

Черных Валерий Яковлевич

Артамонов Алексей Валерьевич

Даты

2010-05-27Публикация

2009-03-23Подача