Способ определения вязкости высоковязких жидкостей и устройство для его реализации Российский патент 2018 года по МПК G01N11/14 G01N11/10 

Описание патента на изобретение RU2653175C2

Изобретение относится к технике измерения абсолютного коэффициента вязкости жидкостей, а более конкретно к измерению вязкости методом вращающихся цилиндров, между которыми помещается исследуемая жидкость. Изобретение может быть использовано для определения вязкости высоковязких жидкостей.

Известны способы определения вязкости жидкостей с использованием ротационного вискозиметра. Измерение можно проводить двумя способами:

1) прикладывая постоянный момент и измеряя скорость вращения цилиндров относительно друг друга (ГОСТ 33155-2014, ASTM D 4684-08);

2) придавая определенную скорость вращения цилиндрам относительно друг друга и измеряя момент вращения (ГОСТ 33137-2014, ГОСТ 19832-87, ISO 3219: 1993).

При первом способе момент обычно задается с помощью груза, закрепленного на нити, намотанной на шкив, закрепленный на оси внутреннего цилиндра, и замеряется скорость вращения внутреннего цилиндра вокруг оси (или скорость опускания груза). При этом оси цилиндров располагаются вертикально.

При втором способе ось внутреннего цилиндра закрепляется на валу электродвигателя и, при задании определенной скорости вращения, измеряют мощность на валу двигателя, которая связана с моментом вращения.

Оба конструктивных варианта имеют существенный недостаток. В случае определения вязкости высоковязких жидкостей при криогенных температурах необходимо обеспечить ввод вала в криогенный термостат или изготавливать криогенный термостат большого размера для возможности опускания груза на значительное расстояние. Кроме того, работа узлов трения, входящих в конструкцию подобных вискозиметров, затруднена при криогенных температурах, что вносит ошибки в определение вязкости.

Известен способ определения вязкости высоковязких жидкостей по патенту RU 2075056, опубл. 10.03.1997 (МПК: G01N 11/14 (2006.01)). Способ включает измерение параметра, характеризующего вращение в исследуемой жидкости внутреннего цилиндра ротационного вискозиметра, укрепленного на нити подвеса, и определение вязкости расчетным путем. В качестве измеряемого параметра используют величины времени запаздывания, а для их измерения используют два соосно размещенных на концах нити подвеса магнита, напротив которых размещают магнитоуправляемые герметические контакты, один из которых включен в цепь включения электросекундомера, а другой - в цепь его выключения.

Недостатком данного способа является необходимость проведения двух измерений времени запаздывания при двух длинах внутреннего цилиндра, большой объем емкости для исследуемой жидкости и необходимость определения модуля кручения нити при температуре испытания.

Известен ротационный вискозиметр (патент РФ №2424500, опубл. 20.07.2011, МПК: G01N 11/10 (2006.01)), содержащий привод, на валу которого закреплен вращающийся цилиндр, соосный с ним воспринимающий цилиндр, соединенный с упругим элементом, и датчик угла поворота воспринимающего цилиндра. Упругий элемент содержит поворотный и неподвижный диски, воспринимающий цилиндр выполнен в виде стакана и соосно закреплен на поворотном диске упругого элемента, причем поворотный диск посредством П-образных плоских пружин, размещенных равномерно вокруг вала, связан с неподвижным диском упругого элемента, при этом П-образные плоские пружины закреплены радиально по периферии дисков, снабженных осевыми отверстиями для прохода вала привода.

Недостатком известного ротационного вискозиметра является значительная зависимость трения в узлах вращения двигателя от температуры при криогенных температурах и влияние низких температур на характеристики тензометров, регистрирующих угол поворота наружного цилиндра.

Задачей изобретения является определение вязкости высоковязких жидкостей при криогенных температурах.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции устройства и возможность определения вязкости высоковязких жидкостей при криогенных температурах с минимальными погрешностями.

Технический результат достигается тем, что способ определения вязкости высоковязких жидкостей включает помещение исследуемой жидкости в емкость, образованную зазором постоянного размера между стенками коаксиальных цилиндров, до полного заполнения ее объема, осуществление поворота наружного цилиндра относительно внутреннего цилиндра, причем поворот наружного цилиндра относительно внутреннего цилиндра осуществляют под действием груза, закрепленного на связанном с наружным цилиндром рычаге, между ограничителями на угол от +α до -α относительно горизонтальной плоскости, проходящей через ось вращения коаксиальных цилиндров, при этом измеряют секундомером время поворота упомянутого наружного цилиндра Т(η), а вязкость исследуемой жидкости η определяют по формуле:

где KG - коэффициент, определяемый размерами наружного и внутреннего цилиндров и рассчитанный по формуле: ,

K(α) - коэффициент, определяемый углом поворота наружного цилиндра и рассчитанный по формуле: ,

Т(η) - время поворота наружного цилиндра;

α - половинный угол поворота наружного цилиндра;

η - вязкость исследуемой жидкости;

L - длина рычага;

М - вес груза;

g - ускорение свободного падения;

Н - высота цилиндров;

Rнар - радиус наружного цилиндра;

Rвн - радиус внутреннего цилиндра.

Технический результат достигается тем, что в устройство для определения вязкости высоковязких жидкостей, включающее коаксиальные цилиндры равной высоты, емкость, образованную зазором постоянного размера между стенками коаксиальных цилиндров, введены рычаг с элементами фиксации, груз, закрепленный подвижно на одном конце рычага с возможностью изменения момента вращения, другой конец которого жестко закреплен на наружном цилиндре, боковые опоры с установленными на них ограничителями угла поворота рычага, причем оси вращения упомянутых коаксиальных цилиндров расположены горизонтально.

Сущность изобретения заключается в определении времени поворота на определенный угол наружного цилиндра предлагаемого устройства относительно соосного внутреннего цилиндра с малым зазором между ними, в который помещена исследуемая высоковязкая жидкость. Оси вращения цилиндров расположены горизонтально. Поворот осуществляется под воздействием груза, установленного на рычаге, который закреплен подвижно на наружном цилиндре с возможностью изменения момента вращения. Время поворота наружного цилиндра на угол от +α до -α относительно горизонтальной плоскости, проходящей через оси цилиндров под действием груза, определяется вязкостью исследуемой жидкости, находящейся в зазоре между цилиндрами, которая за счет вязкого трения оказывает сопротивление повороту наружного цилиндра под воздействием груза. Для высоковязких жидкостей скорость поворота наружного цилиндра устанавливается так, чтобы момент вращения, прилагаемый к наружному цилиндру, был равен противодействующему моменту вязкого трения в жидкости, который растет с увеличением скорости сдвига.

Само устройство выполнено симметрично, что позволяет после цикла измерения его перевернуть на 180° и провести следующий цикл измерения без необходимости поворота рычага в исходное положение.

Сущность изобретения поясняется чертежами (фиг. 1, 2).

На фиг. 1 и 2 представлена принципиальная схема предложенного устройства для осуществления способа определения вязкости высоковязких жидкостей (разрезы спереди и сбоку).

На фиг. 1, 2 приняты следующие обозначения:

1 - внутренний цилиндр;

2 - наружный цилиндр;

3 - зазор между стенками коаксиальных цилиндров;

4 - рычаг;

5 - груз;

6 - боковые опоры;

7, 8 - ограничители угла поворота рычага 4;

9, 10 - отверстия для скобы-фиксатора.

Устройство для определения вязкости высоковязких жидкостей включает коаксиальные цилиндры равной высоты - внутреннего 1 и наружного 2, емкость, образованную зазором 3 постоянного размера между стенками коаксиальных цилиндров, рычаг 4, груз 5, закрепленный подвижно на одном конце рычага 4 с возможностью изменения момента вращения, другой конец рычага 4 жестко закреплен на наружном цилиндре 2, боковые опоры 6 с установленными на них ограничителями угла поворота 7 и 8 рычага 4, причем оси вращения коаксиальных цилиндров 1, 2 расположены горизонтально. Вблизи ограничителей 7 и 8 в опорах 6 имеются отверстия 9 и 10 для скобы-фиксатора (на схеме не показана), которая перед началом измерения удерживает рычаг 4 в верхнем положении.

Конструкция устройства симметрична, что позволяет переходить к следующему циклу измерения без перемещения рычага 4 в исходное положение поворотом устройства на 180°.

Способ определения вязкости высоковязких жидкостей реализуется с помощью предложенного устройства (фиг. 1, 2) следующим образом.

Исследуемую высоковязкую жидкость помещают в емкость, образованную зазором 3 постоянного размера между стенками коаксиальных цилиндров равной высоты - внутреннего 1 и наружного 2, до полного заполнения ее объема, рычаг 4 поднимают в верхнее положение до ограничителя 7 и фиксируют скобой-фиксатором (не показана) через отверстие 9. Собранное устройство помещают в криогенную камеру (не показана) с установленной температурой испытания. Для проведения измерения вязкости исследуемой жидкости вынимают скобу-фиксатор, освобождая рычаг 4, и осуществляют поворот наружного цилиндра 2 относительно внутреннего цилиндра 1 под действием груза 5, закрепленного на рычаге 4, связанном с наружным цилиндром 2, от верхнего ограничителя 7 до нижнего ограничителя 8 на угол от +α до -α относительно горизонтальной плоскости, проходящей через ось вращения коаксиальных цилиндров (угол отсчитывается по ограничителям угла поворота 7, 8 рычага 4 на опорах 6), при этом через окно в криогенной камере наблюдают поворот рычага 6 и секундомером измеряют время поворота. После поворота в отверстие 10 вставляют скобу-фиксатор, закрепляя рычаг 4, и переворачивают устройство на 180° для следующего измерения.

Затем по формуле (1) определяют вязкость исследуемой высоковязкой жидкости.

Время поворота наружного цилиндра на угол от +α до -α относительно горизонтальной плоскости, проходящей через оси цилиндров под действием груза, определяется вязкостью исследуемой жидкости, находящейся в зазоре между цилиндрами, которая за счет вязкого трения оказывает сопротивление повороту наружного цилиндра под воздействием груза. Для высоковязких жидкостей скорость поворота наружного цилиндра устанавливается так, чтобы момент вращения, прилагаемый к наружному цилиндру, был равен противодействующему моменту вязкого трения в жидкости, который растет с увеличением скорости сдвига.

Пример реализации

Исследуемую высоковязкую жидкость - термостойкую смазку ЦИАТИМ-221 (ГОСТ 9433-80) с рабочим диапазоном температур от -60°С до +150°С помещают в емкость, образованную зазором 3 постоянного размера между стенками коаксиальных цилиндров равной высоты Н=9,9 мм - внутреннего цилиндра 1 с радиусом Rвн=15,95 мм и наружного цилиндра 2 с радиусом Rнар=16 мм, до полного заполнения ее объема, рычаг 4 длиной L=87 мм поднимают в верхнее положение до ограничителя 7 и фиксируют скобой-фиксатором (не показана) через отверстие 9. Собранное устройство помещают в криогенную камеру ЕС2071 (не показана) с установленной температурой испытания -60°С. Для проведения измерения вязкости исследуемой жидкости вынимают скобу-фиксатор, освобождая рычаг 4, и осуществляют поворот наружного цилиндра 2 относительно внутреннего цилиндра 1 под действием груза 5 массой М=120 г, закрепленного на рычаге 4, связанном с наружным цилиндром 2, от верхнего ограничителя 7 до нижнего ограничителя 8 на угол от +α=30° до -α=30°; при этом через окно в криогенной камере наблюдают поворот рычага 6 и секундомером измеряют время поворота Т=80 с. После поворота в отверстие 10 вставляют скобу-фиксатор, закрепляя рычаг 4, и переворачивают устройство на 180° для следующего измерения. Затем по формуле (1) определяют вязкость исследуемой высоковязкой жидкости, которая в данном случае составит 1470 Па⋅с.

Похожие патенты RU2653175C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ И СЫПУЧИХ ТЕЛ 2019
  • Галеев Ахметсалим Сабирович
  • Бикбулатова Голия Ильдусовна
  • Сулейманов Раис Насибович
  • Нурмухамедов Артур Мансурович
  • Филимонов Олег Владимирович
  • Сабанов Сергей Леонидович
RU2740342C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ С ТРАПЕЦЕИДАЛЬНЫМИ КОЛЬЦЕВЫМИ ГОФРАМИ 2000
  • Сизов Е.С.
  • Сизов В.С.
RU2161543C1
Ротационный вискозиметр 1977
  • Шульман Зиновий Пинхусович
  • Городкин Рафаил Геннадьевич
  • Марутян Моис Погосович
  • Глеб Владимир Константинович
SU640176A1
УСТРОЙСТВО ВИСКОЗИМЕТРИИ 2009
  • Апухтин Александр Федорович
  • Стаценко Михаил Евгеньевич
RU2390758C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ 2005
  • Шахов Сергей Александрович
RU2279058C1
Вискозиметр 1988
  • Назиев Яшар Мовлуд Оглы
  • Шахвердиев Астан Нушраван Оглы
SU1578585A1
АДАПТИВНЫЙ МОБИЛЬНЫЙ ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ РОБОТ-МАНИПУЛЯТОР ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В МЕЖТРУБНОМ ПРОСТРАНСТВЕ 2022
  • Саяпин Сергей Николаевич
RU2786065C1
Ротационный вискозиметр 1976
  • Иванова Лидия Васильевна
  • Макарова Евгения Васильевна
  • Никифоров Виктор Петрович
  • Карсетов Юрий Семенович
SU602824A1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОСТИ МАТЕРИАЛА 2006
  • Смирных Александр Александрович
  • Серегин Дмитрий Николаевич
  • Шутилин Юрий Федорович
  • Кузнецова Елена Владимировна
  • Родионова Наталья Сергеевна
RU2324919C1
Вискозиметр 1984
  • Бакаев Юрий Викторович
  • Бодрова Алла Вячеславовна
  • Дьяченко Борис Павлович
SU1226167A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 653 175 C2

Реферат патента 2018 года Способ определения вязкости высоковязких жидкостей и устройство для его реализации

Изобретение относится к технике измерения абсолютного коэффициента вязкости жидкостей, а более конкретно к измерению вязкости методом вращающихся цилиндров, между которыми помещается исследуемая жидкость. Изобретение может быть использовано для определения вязкости высоковязких жидкостей. Заявлен способ определения вязкости высоковязких жидкостей, включающий помещение исследуемой жидкости в емкость, образованную зазором постоянного размера между стенками коаксиальных цилиндров, до полного заполнения ее объема, осуществление поворота наружного цилиндра относительно внутреннего цилиндра, причем поворот наружного цилиндра относительно внутреннего цилиндра осуществляют под действием груза, закрепленного на связанном с наружным цилиндром рычаге, между ограничителями на угол от +α до -α относительно горизонтальной плоскости, проходящей через ось вращения коаксиальных цилиндров. При этом измеряют секундомером время поворота упомянутого наружного цилиндра Т(η), а вязкость исследуемой жидкости η определяют по формуле:

где KG - коэффициент, определяемый размерами наружного и внутреннего цилиндров и рассчитанный по формуле: ,

K(α) - коэффициент, определяемый углом поворота наружного цилиндра и рассчитанный по формуле: ,

Т(η) - время поворота наружного цилиндра;

α - половинный угол поворота наружного цилиндра;

η - вязкость исследуемой жидкости;

L - длина рычага;

М - вес груза;

g - ускорение свободного падения;

Н - высота цилиндров;

Rнар - радиус наружного цилиндра;

Rвн - радиус внутреннего цилиндра.

Также предложено устройство для определения вязкости высоковязких жидкостей, включающее коаксиальные цилиндры равной высоты, емкость, образованную зазором постоянного размера между стенками коаксиальных цилиндров, в него введены рычаг с элементами фиксации, груз, закрепленный подвижно на одном конце рычага с возможностью изменения момента вращения, другой конец которого жестко закреплен на наружном цилиндре, боковые опоры с установленными на них ограничителями угла поворота рычага, причем оси вращения упомянутых коаксиальных цилиндров расположены горизонтально. Технический результат - упрощение конструкции устройства и возможность определения вязкости высоковязких жидкостей при криогенных температурах с минимальными погрешностями. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения RU 2 653 175 C2

1. Способ определения вязкости высоковязких жидкостей, включающий помещение исследуемой жидкости в емкость, образованную зазором постоянного размера между стенками коаксиальных цилиндров, до полного заполнения ее объема, осуществление поворота наружного цилиндра относительно внутреннего цилиндра, отличающийся тем, что поворот наружного цилиндра относительно внутреннего цилиндра осуществляют под действием груза, закрепленного на связанном с наружным цилиндром рычаге, между ограничителями на угол от +α до -α относительно горизонтальной плоскости, проходящей через ось вращения коаксиальных цилиндров, при этом измеряют секундомером время поворота упомянутого наружного цилиндра Т(η), а вязкость исследуемой жидкости η определяют по формуле:

где KG - коэффициент, определяемый размерами наружного и внутреннего цилиндров и рассчитанный по формуле: ,

K(α) - коэффициент, определяемый углом поворота наружного цилиндра и рассчитанный по формуле: ,

Т(η) - время поворота наружного цилиндра;

α - половинный угол поворота наружного цилиндра;

η - вязкость исследуемой жидкости;

L - длина рычага;

М - вес груза;

g - ускорение свободного падения;

Н - высота цилиндров;

Rнар - радиус наружного цилиндра;

Rвн - радиус внутреннего цилиндра.

2. Устройство для определения вязкости высоковязких жидкостей, включающее коаксиальные цилиндры равной высоты, емкость, образованную зазором постоянного размера между стенками коаксиальных цилиндров, отличающееся тем, что в него введены рычаг с элементами фиксации, груз, закрепленный подвижно на одном конце рычага с возможностью изменения момента вращения, другой конец которого жестко закреплен на наружном цилиндре, боковые опоры с установленными на них ограничителями угла поворота рычага, причем оси вращения упомянутых коаксиальных цилиндров расположены горизонтально.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2018 года RU2653175C2

РОТАЦИОННЫЙ ВИСКОЗИМЕТР 2010
  • Миньков Дмитрий Васильевич
  • Никитенко Николай Федорович
  • Винник Роман Николаевич
  • Костин Виктор Григорьевич
RU2424500C1
RU 2075056 C1, 10.03.1997
РОТАЦИОННЫЙ ВИСКОЗИМЕТР 1988
  • Габриэльянц А.А.
  • Евстафиади В.А.
SU1649906A1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНСТАНТЫ СВЯЗЫВАНИЯ ВЫСОКОАФФИННЫХ СОЕДИНЕНИЙ 2011
  • Ассмус Фрауке
  • Фишер Хольгер
RU2573505C2
Приспособление к пишущей машине для назначения и указания последней строки страницы 1925
  • Алексеев И.А.
SU1951A1
Ротационный вискозиметр 1981
  • Осипов Евгений Геннадиевич
  • Стреленя Леонид Сафронович
  • Разуваевский Владимир Владимирович
SU972328A1
Ротационный вискозиметр 1980
  • Богомольный Григорий Исаакович
  • Гвоздев Юрий Алексеевич
  • Гинзбург Эдуард Самуилович
  • Кузнецов Павел Борисович
  • Любавин Александр Васильевич
SU949416A1

RU 2 653 175 C2

Авторы

Водолажский Александр Владиславович

Герасимова Татьяна Ивановна

Давыдов Дмитрий Ярославович

Плотников Андрей Дмитриевич

Федотенко Алексей Викторович

Даты

2018-05-07Публикация

2016-10-10Подача