Капиллярный вискозиметр с постоянным перепадом давления Советский патент 1983 года по МПК G01N11/06 

2. Вист озиметр по п. 1. о т л и ч а ю щ п и с я тем, что, с целью измерения вязкости при различных градиентах скорости в течение одного испытания, мерная емкость выполнена

1054740

« виде Чередующихся цилиндрических участков с постошшым внутренним диаметром и проточных камер, внутренний диаметр которых отличен от .диаметра цилиндрических участков.

1. КАПИЛЛЯРНЫЙ ВИСКОЗИМЕТР С ПОС1ОЯННЫМ ПЕРЕПАДОМ ДАВ ЛЕНИЯ, мерную емкость, со щающуюся через катшляр со сливной емк тью, и измерительную систему, отлич ющийся тем, что, с цепью ловьпиеиия точности измерения вязкости и упрощения методики измерения, мерная и сливная емкопи выполнены цилиндрическими и расположены друг к другу под утлом off , сятределяемым из выражения -т - внутрениие диаметры мерной где О и d и сливной емкостей, М ; 6 и р - коэффициент поверхностного натяжения и плотность жидкости, Н/м, кг/м ; - ускорение стол тяжести, м/с

1

Изобретение относится к приборам для измерения вязкости, преимущественно неньгатоновских жидкостей, и может найти применение, например, для определейия характеристической вязкости растворов полимеров.

Известен капиллярный вискозиметр для исследования реологических характеристик неньютоновских сред. Вязкость определяется по времени опорожнения мерного объема при истечении жидкости через капилляр и перепадом давления, под действием которого происходит истечение. Перед измерениями этот вискозиметр калибруют по жидкостям с известной вязкостью для определения калибровочной постоянной, которая используется во всех дальнейших вычислениях 1.

Вискозиметры этого типа являются наиболее простыми по конструкции, однако, они обладают ошгам ледостатком. По Мере истечения исследуемого раствора уменьшается перепад давления. Это вносит определенную оишбку в результаты .измерений. При исследовании неньютоновских жидкостей в области большой нелинейности градиентной зависимости вязкости ошибка возрастает.

Наиболее близким к предлагаемому является капиллярный вискозиметр с постряиным перепадом давления, включающий мерную емкость, сообщающуюся через капилляр со сливной емкостью, и измернтеяьную систему. Потеря гидростатического напора, вызванная опорожнением мерной емкости, компенсируется увеличением давле1шя в нем газа 2.

Однако использование зтой конструкции намного усложняет метотку проведения эксперимента, поскольку регулировка пода ш газа в вискозиметр производится вручную. А неточности, присущие всем ручным регулировкам, в данном случае являются источииком ошибок при определении перепада и, следовательно, вязкости.

Целью изобретения является повьпнение точности измерения вязкости и упрощения методики измерения.

Эта цель достигается тем, что в капиллярном вискозиметре с постоянным перепадом давления, включающем мерную емкость, сообщающуюся через капилляр со сливной емкостью, и измерительную систему, мертая и сливная емкости выполнены цилиндрическими и расположены друг к другу под углом

d

л агссо5- О)

П

W Pg

причём

(2)

где tj - внутренний диаметр мерной емкости, м;

D - внутренний диаметр сливной емкости, м ;

d

-поверхностное натяжение исследуемой жидкости, Н/м;

-плотность исследуемой жидкости,

Р g

-ускорение силы тяжести, м/с . Кроме того, с целью измерения вязкости

при различных градиентах скорости в течение одного испытания, мерная емкость выполнена в виде чередующихся цилиндрических участков с постоянным внутренним диаметром и проточных камер, внутренний диаметр которых отличен от диаметра цилиндрических участков.

На фиг. 1 показан вискозиметр, заполненный исследуемой жидкос1ью, общий вид; на фиг. 2 - конструкция вискозиметра, позволяющего при одной заправке снимать градиентную зависимость вязкости.

Мерная емкость 1 сообщается через калиброванный капилляр 2 со сливной емкостью 3. Данные емкости выполнены цилиндрическими и расположены Друг к другу под углом об . Вискозиметр работает следующим образом. Под действием гидростатического напора HO происходит истечение. Опорожняется мерная емкость 1 и заполняется сливная емкость 3. За некоторое время уровень жидкости в мерной емкости 1 перемещается из положе1гая АО в положение А. В сливной емкости 3 мениск жидкости за зто же время перемещается из положения Б в положение Б. За зто же время обьем жидкости в мерной емкоели 1 уменьшается, а в сливной емкости 3. увеличивается на одну и ту г же величину V

(А„-Л)(3)

ltd ..

(4) V,

- -л

соответственио.

Здесь X - длина сливной емкости, заполненной жидкостью за время измерения. Проекция этого отрезка на вертикальную ось .равна разности уровней Бд и Б

(Б - Б) cos«X Тогда равенство (4) перепишется, как

1 Л«5

(5)

(Б„ - Б)

Vв

cos oL

Так как bVj, bV) , то выражения (3) и (5)

дадут

(B«-B) f(Ao-A); cosot

(6)

(Б -Б)со8о1(Ао-А). Ьо

А

Но по условию ot, arccos или, что то же самое, cos oL - Тогда выражение (6)

запишется в виДё

(Бо- Б) (АО А).

Это Значит, что на сколько уровень жидкости понижается в .мерной емкости 1, на столько же он понижается и в сливной емкости 3; Следовательно, истечение в данном вискозиметре при соблюдении услойня (1) происходит при постоянном перепаде давления. Условие (2) получено эмпирически. Оно ограничивает диаметр приемной емкости с тем, чтобы исследуемая жидкость удерживалась в ней за счет сил поверхностиого натяжения в подвешенном положении.

Для того, чтобы при одной заправке снимать градиентную зависимость вязкости, мерную емкость выполняют в виде чередующихся цилиндров 4 с одинаковыми внутренними диаметрами и проточных камер 5 произвол ного диаметра.

Вискозиметр этой конструкции работает аналогично описанному.

При движении мениска в цилиндрах 4 истечение происходит с постоянной скоростью - при постоянном перепаде давления.

Однако при прохождении им проточных камер 5 условие (1) нарушается. Легко видеть, что если диаметр проточных камер 5 больше диаметра цилиндров 4, то каждьш последующий цикл истечения прохождение мениском цилиндрических участков - происходит под действием больщего перепада. В противном случае истечение в каждом последующем цикле происходит под действием все меньшего и меньшего перепада давлений. Рассмотрим первый случай

Д. Тогда условие (1) или, что то же самое.

изменяется

(7)

1)2 cos л;

где Д - диаметр проточной камеры, м.

Равенство расходов жидкости в мерной и сливной емкости запишется аналогично равенству (6) для варианта вискозиметра на фиг. 1

А7(Бо-Б)со5 (АО-А), учитьшая соотношение (7), получим

(БО-Б) (),

Иными словами, при прохождении мениском проточной камеры, уровень жидкости в сливной емкости снижается на большую величину. Вследствие этого увеличивается гвдростатиче-: ский напор.

Методика определения вязкости на описанных вискозиметрах аналогична используемой при работе на вискозиметрах Уббелоде и Эйгнера.

Время опорожнения мертого объема определяют благодаря измерительной системе в виде фотоэлектронного хронометра.

Благодаря выполнению в капиллярном вискозиметре с постоянным перепадом давления мерной и сливной емкостей 1шлиндрическими, расположенными друг к другу под углом А, определяемым из описанного соотношения, првьшшется точность измерения вязкости, и, кроме того, упрощается методика измерений по сравнению с методикой, употребляемой для известных вискозиметров с постоянным перепадом давления.