Способ определения вязкости газов Советский патент 1984 года по МПК G01N11/00 

О1 Изобретение относится к измерениям теплофизических свойств газообразных веществ и может быть использовано для научных лабораторных исследований свойств газов и газовых смесей в широком дианазоне температур и давлений, а также для анализа качества сырья, готовой продукции и отходов на химико-технологических предприятиях. Известен способ определения вязкости газов, согласно которому исследуемый газ протекает через капилляр, а для создания разности давлений на его концах используется ртутный насос. Капилляр заполняется исследуемым газом в горизонтальном положении. Далее капилляр и трубку со ртутью быстро переводят в вертикальное положение, при этом ртуть в трубке опускается под действием собственной массы, заставляя газ течь через капилляр. Для определения вязкости нужно знать размеры капилляра и объем газа, протекающего через него за единицу времени 1. Однако использование в вискозиметрах ртути ограничивает температурнЕ ю пределы измерения вязкости, так как при высоких температурах начинает сильно расти и становится значительной по абсолютной величине упругость паров ртути, что оказывает заметное влияние на точность измерений, а при температуре - 38, 83 С ртуть замерзает, и измерения вязкости при более низких температурах становится невозможными. Использование ртути усложняет конструктивную реализацию способа измерения, требует дополнительных мер безопасности при проведении опытов, а при повыщенных температурах создает опасность заражения окружающей среды парами ртути. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ, заключающийся в том, что капилляр заполняют исследуемым газом и о вязкости судят по его перемещению. Перемещение газа осуществляют с помощью трубки, заполненной и соединенной с капилляром 2. Использование ртути также существенно ограничивает температурные пределы измерения и приводит к заражению окружающей среды парами ртути. Целью изобретения является расщирение температурных пределов измерений и обеспечение безопасности в процессе проведения измерений за счет исключения необходимости использования ртути. Цель достигается тем, что согласно способу опредения вязкости газов, заключающемуся в заполнении капилляра исследуемым газом и определении вязкости по его перемещению в капилляре, перпендикулярно к оси капилляра накладывают тепловой поток, возрастающий по величине во времени, измеряют его величину и разность температур в газе перпендикулярно к оси капилляра в момент возникновения конвекции исследуемого газа, а о вязкости судят по данной разности температур и величине теплового потока. На чертеже изображена схема установки, осуществляющей предлагаемый способ. Установка содержит капилляр 1, помеп1епную внутрь нее металлическую проволоку ,2 с потенциальными отводами 3, наружный термометр 4 сопротивления, источник 5 питания и магазин 6 сопротивления. Металлическая проволока является одновременно нагревателе.м и термометром сопротивления. Для опредения температуры наружной стенки капилляра служит платиновый наружный термометр 4 сопротивления, навитый на капилляр снаружи и имеющий свою измерительную схему (не показано) Исследуемый газ находится в капилляре между его стенкой и проволокой. Тепловой поток проходит от проволоки радиально через вещество. Капилляр помещается в автоклав, в который подается исследуемое вещество и который в свою очередь раз.мещается в термостате с заданной температ рой опыта. В процессе проведения эксперимента измеряются ток в цепи проволоки {I), падение напряжения на измерительном участке АВ проволоки (U), температура проволоки 1 f(R -j), Де R - сопротивление проволоки, температура наружной стенки капилляра Tj. Коэффициент теплопроводности исследуемого газа вычисляется по формуле д waл4 , (,) 2Si-L-&r где W IU - выделяе.мая проволокой мощность теплового потока; dg -внутренний диаметр капилляра;dj -диаметр проволоки; L .- длина измерительного участка АВ; T Tj-Tj-pa3HOCTb температур в слое Далее с по.мощью магазина сопротивления изменяется ток в цепи проволоки, а значит, и мощность теплового потока, выделяемого ею. Снова вычисляется коэффициент теплопроводности по формуле (1). Цри некотором значении мощности теп„1ового потока коэффициент теплопроводности начинает возрастать, так как в слое газа начинается конвекция. Измеряемая при этом разность температур (лТ) связана с коэффициентом кинематической вязкости через число Релея D п Р -(ja-AT Y ,9п Каир Up-4- 5 -,--,(Z)) ле Накр число Релея в начальной стадии возникновения конвекции; Gf -число Грасгофа; PJ, - число Црандтля; ,- dj - толщина слоя исследуемого газа; -коэффициент объемного расширения;У - коэффициент кинематической вязкости; а - коэффициент температуропроводности;5 -ускорение сободного падения. При этом а с, (3), где с и /, соответственно теплоемкость и плотность газа. Вычисляя коэффициент температуропроводности а для момента возникновения конвенции, используя формулу (1) для вычисления коэффициента теплопроводности Л, находим коэффициент кинематической вязкости У Y :L (4) Число - безразмерная величина, значение которой для данного устройства постоянно и может быть определено в предварительных опытах с хорошо изученными газами, например, воздухом или аргоном. При расчетах коэффициента вязкости должна быть учтена поправка на перепад температур в стенке капилляра. Для определения коэффициента кинематической вязкости воздуха, например при 293К и толщине исследуемого слоя ( мм, тепловой поток W 0,1 Вт, а разность температур в слое составит 32К. Подставляя эти величины и константы (Какр 1000) в приведенную формулу, получаемY 16,1-10 (5) Техническим преимуществом изобретения по сравнению с известным устройством является расширение температурного интервала измерений коэффициентов вязкости газов, что позволяет получить на одной установке гораздо больще достоверной экспериментальной информации о свойствах газов. Кроме того, отказ от применения ртути устраняет возможность заражения окружающей среды ее парами, которые оказывают вредное влияние на здоровье человека.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ ГАЗОВ, заключающийся в том, что капилляр заполняют исследуемым газом и о вязкости судят по его перемещению в капилляре, отличающийся тем, что, с целью расширения температурных пределов измерений и обеспечения безопасности в процессе проведения измерений за счет исключения необходимости использования ртути, перпендикулярно к оси капилляра накладывают тепловой поток, возрастающий по величине во времени, измеряют его величину и разность температур в газе перпендикулярно к оси капилляра в момент возникновения конвекции исследуемого газа, а о вязкости судят по данной разности температур и величине теплового потока. с