Устройство для определения нормальных напряжений в жидкостях Советский патент 1984 года по МПК G01N11/14 

Изобретение относится к устройствам для определения упругих свойств жидкостей и может быть использовано для физико-химического и реодинамического анализа жидкостей при научных исследованиях, и в производственных условиях, например, на предприятиях химической, нефтехимической, пищевой промышленностей и в буровой технике.

Известно устройство для определения нормашьных напряжений в жидкостях - реогониометр Вейссенберга, В основе него лежит использование чувствительной пружины или тензоэлемента, воспринимающего осевое усилие, обусловленное нормальными напряжениями, возникающими в упруговязкой нсидкости при её движении в зазоре между неподвижным и вращающимся дисками Cl,

Однако такое устройство можно использовать лишь для измерений в концентрированных полимерных растворах, характеризующихся сравнительно высокими значениями разности нормальных напряжений. Кроме того, в узких зазорах возникают значительные напряжения, которые приводят к быстрой механической деградации полимерных растворов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для определения нормальных напряжений, содержащее осе :;имметричное тело (шар с. приводом вращения вокруг его о.си) / и систему регистрации разности нормальных напряжений. Оно работает следующим образом. При вращении в вязкоупругой жидкости за счет действия нормал ных напряжений изменяется характер течения около ее поверхности - изменяется меридианальная составляющая скорости жидкости непосредственно вблизи поверхности. Для того, чтобы определить такое изменение скорости в жидкость добавляют визуализирующие добавки (например, алюминиевый порошо.к или генерируют водородные пузырыд) , а затем фотографируют линии тока и путем расшифровки фотоснимков определяют скорость, а в конечном итоге и нормальные напряжения. При этом ограничения методов визуализации не позволяют использовать шаровые элементы малых размеров, при которых реализуется нужный режим течения () и влияние разности нормальных напряжений на кинематику течения выражено более сильно.

Однако известное устройство также не позволяет измерять малые значения нормальных напряжений, особенно, у малрвязких жидкостей с вязкостью ниже 0,1 Па,с. Кроме тосо.

недостатком устройства является трудность пол:чения и записи непрерывного сигнала, что не позволяет применять устройство в автоматизированных системах контроля параметров упруговязких жидкостей.

Цель изобретения - расширение диапазона измерений в сторону меньших значений нормальных напряжений.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее осесимметричное тело с приводом вращения вокруг его оси и систему регистрации разности нормальных напряжений, дополнительно содержит два электрода и источник питания, при этом первый электрод вмонтирован в полюс осесимметричного тела заподлицо с,поверхностью и подключен совместно с вторым электродом к источни;;у питания и- системе регистрации разности нормальных напряжений.

На чертеже представлено предлагамое устройство.

Устройство содержит привод 1, оссим«1етричное тело (например шар) 2 закрепленное на полом валу 3, В. полюс шара заподлицо с поверхностью вмонтирован электрод 4, выполненный из инертного металла, например платины. Этот электрод совместно со вспомогательным электродом 5 погружен в сосуд б с исследуемой жидкостью и подключен через токосъемник к источнику 8 питания с реостатом 9 и регистрирующим прибором - миллиамперметру 10 и вольтметру 11,

В основе работы устройства лежит следующее,

При вращении осесимметричного тела, например шара, около активного в диффузионном отношении полюса формируется диффузионный пограничный слой. Его основными особенностями являются малая толщина ба (бо 0,005 мм) и сильная зависимость Sqj от упругих свойств жидкости, в частности от разности нормальных напряжений. Причем с уменьшением диметра шара влияние упругих свойств становится более значительным. Кром того, расположение в полюсе активной в диффузионном отношении поверхности (в нашем случае поверхности электрода) обеспечивает очень важное свойство - равнодосгупность в диффузионном смысле. Это означает, что толщина диффузионного слоя (а следовательно, и локальная величина диффузионного тока), не зависят от продольной координаты, Такое свойство дает возможность определят разность нормальных напряжений VN ) за счет измерения диффузионного тока 3 (N) по простому соотношению и в условиях максимальной чувствительности по сравнению с иным расположением электрода

M t 40N/3v)l,

где р - плотность; R - радиус шара;

измеряемая плотность диффузионного тока;

ау/-йИ8912.РСй(1) Я§ /17,

f - число Фарадея;

2 - число электронов, прйнимгиощих участие в реакции;

0 - концентрация электрохимически активного вещества; .

D;- коэффициент диффузии;..

r - динамическая вязкость, и уменьшает ошибку определения У(4 поскольку исключено влияние размера электрода,истинную величину которого не всегда можно точно измерить, оаычно для измерения диффузионного. тока в случае использования водных растворов полимеров достаточно растворенного из воздуха электрохимичес ки активного кислорода. Однако величина диффузионного тока может быт повышена при добавлении в исследуемую жидкость в эквимолярных количествах 0,005-0,025 моль/л ферриферроцианидов калия.

Устройство работает следующим образом.

В сосуд б заливают исследуемую жидкость с добавками ферри-феррО1щанидов. Устанавливают на электродах разность потенциалов 0,6-0,8 В. Приводят во вращение ваш 3 с электродом 4.и измеряют величину предельно диффузионного тока. По формуле .определяют значение коэффициента разности нормёшьных напряжений )м «

Использование предлагаемого устройства существенно расширяет диапазон измерений по сравнению с известными устройствалш. Так, для растворов полиэтиленоксида (ПЭО) &Ш1и измерены нормальные напряжения при концентрации 0,01%, в то .время как на наиболее чувствительном приборе реогониометре Вейссенбёрга возможны измерения концентрации ПЭО не менее 0,3%, для которых нормальные напряжения намного выше. Кроме того, на основе непрерывной регистрации диффузионного тока становится возможным адтоматизация процесса контроля параметров упруговязких жидкостей.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ, АНОРМАЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ в жидкостях, .содержащее освсимметричное тело с приводом вращения вокруг его оси и систему регистрации разности нормальных напряжений отличающее с я тем, то, с целью расширен ния диапазона измерений в сторону меньших значений нормальных напряжений, оно дополнительно содержит два электрода и источник питания, при этом первый электрод вмонтирован, в полюс осесиммет ичного тела заподлицо с поверхностью и подключен совместно с вторым электродом к источнику питания и системе регистра- д ции разности нормальных напряжений. S (Л с: аь 00 VI 4