УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТЕЙ Российский патент 2023 года по МПК G01N11/00 

Изобретение относится к области реологии, а именно к портативным устройствам для определения вязкостных свойств текучих сред, в частности жидкостей.

Известно устройство для измерения вязкости жидкости включающее стеклянный цилиндр, заполненный жидкостью, вязкость которой необходимо измерить и шарика, движущегося в цилиндре при его наклоне под углом 10°. Продолжительность движения шарика между двумя метками, нанесенными на цилиндре, зависит от вязкости исследуемой жидкости. Время прохождения шарика фиксируется оператором по секундомеру. [Малкин А.Я., Исаев А.И. Реология: концепции, методы, приложения / Пер. с англ. - СПб.: Профессия, 2007. - 560 стр., ил.].

Устройство отличается портативностью. Недостатком данного устройства является низкая точность результатов измерений вследствие их субъективности: на результаты влияет время реакции оператора, особенно при работе с неньютоновскими жидкостями, характеризующимися непостоянной вязкостью во времени.

Известно устройство для измерения вязкости жидкостей содержащее сопло над поверхностью жидкости, источник расхода газа, измеритель размеров углубления в виде емкостного преобразователя, измеритель емкости, блок управления, вычислительный, запоминающий и дифференцирующий блоки, регистратор [см. патент РФ №2323430, МПК G01N 11/10, G01N 27/22, заявлено 19.06.2006, опубликовано 27.04.2008]. Принцип действия устройства основан на измерении параметров образующегося под действием вытекающей из сопла струи газа углубления в поверхности жидкости, по которым вычисляется ее вязкость.

Точность результатов измерений в данном случае достаточно высокая, поскольку о величине вязкости судят инструментально - по значениям скорости изменения емкости преобразователя в совокупности с емкостью преобразователя, соответствующей невозмущенной поверхности жидкости, как во время образования углубления, так и во время восстановления поверхности жидкости.

Недостатком данного устройства является техническая сложность исполнения, в частности, необходимость работы с газообразным индентором и обеспечения постоянства расхода газа во время измерения.

Задачей, на решение которого направлено заявленное изобретение, является упрощение конструкции устройства для измерения вязкости жидкости с сохранением точности измерений и обеспечением портативности устройства.

Принцип действия заявляемого устройства основан на измерении амплитуды волн, образующихся на поверхности исследуемой среды (жидкости) под действием механического импульса, генерируемого активатором. Распространение колебаний по поверхности среды, в том числе скорость их затухания, зависит от вязкости среды (жидкости). В качестве характеристик вязкости жидкости используется сумма амплитуд волн за период от начала колебаний (подачи импульса) до полного затухания колебаний поверхности среды.

Указанный технический результат достигается тем, что зона распространения волны ограничивается ограничителем прямоугольной формы, что дает возможность генерировать волну линейной формы и тем самым обеспечить высокую точность измерений. Амплитуда волны на поверхности жидкости определяется величиной светового потока отраженного от падающего на поверхность исследуемой среды луча, имеющего форму плоскости, ориентированной перпендикулярно распространению волны, что существенно повышает точность измерений. Длина волны излучения составляет 900-1100 нм. Если использовать длину волны выше указанного диапазона, это приведет к отражению от поверхности жидкости и поглощению излучения, что резко снизит точность измерений. Если использовать длину волны ниже указанного диапазона, излучение перейдет из инфракрасного в оптический диапазон, появятся боковые «засветы», которые будут влиять на поток отраженного излучения света и искажать получаемые результаты измерений.

На Фиг. 1 представлено заявленное устройство для измерения вязкости жидкостей.

На Фиг. 2 - график, иллюстрирующий измерение вязкости жидкости с помощью заявляемого устройства.

На Фиг. 3 - график, иллюстрирующий процесс изменения вязкости молока под действием молокосвертывающих ферментов.

Устройство для измерения вязкости жидкостей крепится на стенке емкости 2 с исследуемой жидкостью 1 с помощью кронштейна 9 и включает активатор 3 и инфракрасную (ИК) систему, состоящую из ИК-излучателя 5 (источник инфракрасного излучения) и приемника отраженного ИК-излучения 11. На кронштейне 9 закреплен побудитель движения 7 рычага 8, совершающего малоамплитудные импульсы, приводящие в движение через шарнир 10 закрепленный на рычаге активатор 3. В качестве побудителя движения 7 применен электромагнит. Корпус активатора 3 выполнен в виде обечайки прямоугольной формы. В результате работы побудителя движения 7 корпус активатор 3 генерирует волну вертикально расположенной плоскостью, при этом получаемая волна имеет линейную форму. В верхней части активатора 3 установлены ИК-излучатель 5 из которого падает луч света 4 с длиной волны 900-1100 нм и приемник 11 отраженного от поверхности жидкости излучения 12, которые подключены к измерительному устройству 6. Луч света 4, падающий на волну, имеет форму плоскости, ориентированной перпендикулярно распространению волны (параллельно фронту волны). Анализ колебаний поверхности жидкости производится микропроцессорной системой (не показана) измерительного устройства 6 на основе метода БПФ (быстрые преобразования Фурье). В процессе измерения вязкости жидкости 1 данные отображаются на мониторе измерительного устройства 6 в виде графиков и цифр и могут быть транслированы в компьютер.

Устройство для измерения вязкости жидкостей работает следующим образом.

Пример 1. Работа устройства для измерения вязкости жидкости.

Устройство крепится на стенке емкости 2 таким образом, чтобы половина корпуса активатора 3 была погружена в жидкость 1. При этом ИК-излучатель 5 и приемник излучения 11 находятся на расстоянии от поверхности жидкости 1.

Пуск устройства осуществляется подачей на его вход электрического питания. В начальный момент времени побудитель движения 7 не осуществляет никаких движений (находится в неподвижном состоянии) и поверхность жидкости 1 остается спокойной. При этом из ИК-излучателя 5 падает луч света 4, который имеет форму плоскости, и который отражается от поверхности жидкости 1, отраженный поток света 12 попадает в приемник излучения 11 и данные передаются измерительному устройству 6. Таким образом, производится измерение исходных показаний интенсивности излучения.

Далее с помощью побудителя движения 7 (электромагнита) происходит резкое движение рычага 8, который через шарнир 10 передает импульс активатору 3. При этом на поверхности жидкости 1 возникают волны, интенсивность (амплитуда) которых зависит от вязкости жидкости. Колебания поверхности жидкости от единичного импульса имеют затухающий характер.

В это время из ИК-излучателя 5 падает луч света 4, который имеет форму плоскости, ориентированной перпендикулярно распространению волны, и который отражается от поверхности жидкости 1, отраженный поток света 12 попадает в приемник излучения 11 и передается измерительному устройству 6. Результаты измерений фиксируются измерительным устройством 6, которое по методу БПФ вычисляет сумму амплитуд за весь период затухающих колебаний до их полного прекращения (Фиг. 2). Продолжительность этого периода составляет от 1 с до 5 секунд в зависимости от вязкости жидкости. На этом этапе вязкость жидкости установлена.

Однако, вязкость может изменяться во времени, например, под действием высоких температур вязкость жидкости (растительное масло) будет падать, под действием молокосвертывающих ферментов вязкость жидкости (молока) будет увеличиваться. Рассмотрим этот случай в примере 2.

Пример 2. Исследование вязкости молока, коагулирующего под действием молокосвертывающего фермента.

Устройство крепится на стенке сыродельной ванны 2 таким образом, чтобы половина корпуса активатора 3 была погружена в молоко 1. При этом ИК-излучатель 5 и приемник излучения 11 находятся на расстоянии от поверхности молока 1. Без включения побудителя движения 7 из ИК-излучателя 5 падает луч света 4 света с длиной волны 900-1100 нм, который отражается от поверхности молока 1 и отраженный поток света 12 попадает в приемник излучения 11, таким образом производится измерение исходных показаний интенсивности излучения. В молоко, находящееся в сыродельной ванне, вносят молокосвертывающий фермент, например, сычужный фермент. При включении побудителя движения 7 происходит резкое движение рычага 8, которое через шарнир 10 передает импульс активатору 3. При этом на поверхности жидкости 1 возникают волны, амплитуда которых регистрируется приемником излучения 11. Результаты измерений интенсивности волн фиксируются измерительным устройством 6, которое вычисляет сумму амплитуд за весь период затухающих колебаний до их полного прекращения. Цикл измерений повторяют с периодичностью генерирования импульсов, задаваемой оператором и зависящей от свойств среды. В частности, для смеси молока и молокосвертывающего фермента, в зависимости от свойств и количественного соотношения компонентов смеси, периодичность генерирования импульсов задается от 3 до 30 секунд. Измерительное устройство 6 вычисляет сумму амплитуд по методу БПФ и отображает их на мониторе в виде цифр для каждого единичного измерения и сводного графика для всего процесса свертывания молока под действием ферментов (Фиг. 3).

Таким образом, конструктивные особенности заявленного устройства для измерения вязкости отличаются технической простотой, обеспечивают портативность устройства и позволяют оперативно получать данные о вязкости жидкостей с высокой точностью измерений.

Изобретение относится к области реологии, а именно к портативным устройствам для определения вязкостных свойств текучих сред, в частности жидкостей. Заявленное устройство для измерения вязкости жидкостей характеризуется тем, что оно крепится на стенке емкости с исследуемой жидкостью с помощью кронштейна, на котором закреплен побудитель движения рычага, совершающего малоамплитудные импульсы, приводящие в движение через шарнир закрепленный на рычаге активатор, который генерирует в жидкости волну линейной формы и выполнен в виде прямоугольной обечайки, над которой находится инфракрасная система, состоящая из излучателя и приемника отраженного излучения, подключенных к измерительному устройству. При этом излучатель испускает луч света с длиной волны 900-1100 нм, а луч света имеет форму плоскости, ориентированную перпендикулярно распространению волны на поверхности жидкости. Технический результат - упрощение конструкции устройства для измерения вязкости жидкости с сохранением точности измерений и обеспечением портативности устройства. 3 ил.

Устройство для измерения вязкости жидкостей, характеризующееся тем, что оно крепится на стенке емкости с исследуемой жидкостью с помощью кронштейна, на котором закреплен побудитель движения рычага, совершающего малоамплитудные импульсы, приводящие в движение через шарнир закрепленный на рычаге активатор, который генерирует в жидкости волну линейной формы и выполнен в виде прямоугольной обечайки, над которой находится инфракрасная система, состоящая из излучателя и приемника отраженного излучения, подключенных к измерительному устройству, при этом излучатель испускает луч света с длиной волны 900-1100 нм, а луч света имеет форму плоскости, ориентированную перпендикулярно распространению волны на поверхности жидкости.