Устройство для определения вязкости неньютоновских и дисперсных систем Советский патент 1984 года по МПК G01N11/14 

Изобретение относится к исследованию гидродинамических свойств неньютоновских и дисперсных систем, точнее к устройствам для измерения вязкости волокнистых суспензий целлюлозно-бумажной промышленности. Известно устройство для измерения вязкости неньютоновских жидкостей в потоке, Содержан 1,ее две поверхности, расположенные под острым углом друг к другу. Способ измерения в этом устройстве заключается в том, что одна из поверхностей - движуш,аяся лента натянута между двумя роликами, один из которых соединен с приводом. К ленте, снабженной слоем испытуемого раствора, под определенным углом прижата пластина из бронзы, которая образует с лентой клиновидный зазор. Вязкость измеряется в клиновидном зазоре при движении ленты с определенной скоростью. В клиновидном зазоре находится неподвижный относительно пластины и движушейся ленты слой раствора. Неподвижный слой располагается под углом f, по отношению к ленте. Вязкостные свойства находятся в зависимости от величины отношения jg/iX 1. Однако данное устройство характеризуется рядом существенных недостатков. Так, например, вязкостные характеристики имеют относительный характер. Определение параметра,g отличается сложностью и сопряжено с большими погрешностями. Неподвижный слой исследуемого раствора, располагающийся между бронзовой пластиной и движущейся лентой, зависит от скорости ленты, что вносит существенную погрещность в параметр/ . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения вязкости неньютоновских и дисперсных систем, содержащее продолговатую форму для помещения в нее исследуемого материала, внутри которой расположена деформирующая лента с направляющими роликами и чувствительный элемент в виде площадки, соединенный с тензометрическим датчиком 2. В данном устройстве соотношение поверхностей деформирующей ленты и измерительной площадки чувствительного элемента равно 1:1. Точность измерения этого устройства невелика. Так, например, касательные напряжения в зазоре возникают не только от движения ленты, но и под влиянием силы тяжести. Действительно, в указанном устройстве направление силы тяжести совпадает с направлением движения ленты, т.е. с направлением действия касательных напряжений, тем самым искажая истинное значение вязкости. Другим недостатком является искажение значений величин вязкости вследствие на личия концевых эффектов. Искажения обусловлены возникновением трубулентности непосредственно на. концах чувствительного измерительного элемента, особенно EI местах входа суспензии в зазор и выхода ее из зазора. Искажения фиксируются чувствительным измерительным элементом и, тем самым, вносят изменения в измеряемые величины вязкости. Целью изобретения является повышение точности измерения вязкости. Эта цель достигается тем, что в устройстве для определения вязкости неньютоновских и дисперсных систем, содержащем продолговатую форму для помещения в нее исследуемого материала, внутри которой расположена деформирующая лента с направляюш,ими роликами и чувствительный элемент в виде площадки, соединенный с тензометрическим датчиком, чувствительный элемент выполнен как часть формы, деформирующая лента и поверхности формы Расположены горизонтально, а площадь чувствительного элемента соотнесена к площади деформирующей ленты, как 1:100. На фиг. 1 схематично изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 - тарировочный график. Предлагаемое устройство включает продолговатую форму в виде кожуха 1 со штуцерами 2 и 3 соответственно для ввода и вывода волокнистой суспензии, деформирующую ленту 4, натянутую на направляющие ролики 5, один из которых соединен с приводом (не показан) и чувствительный элемент, содержащий измерительную площадку 6, установленную в кожухе заподлицо с его стенкой и соединенную с помощью балочек 7 с датчиками 8. Датчики 8 соединены с самопишущим электронным мостом 9. Верхний и нижний концы балочек 7 имеют механическую связь с измерительной площадкой 6. Измерение вязкости осуществляют посредством определения величины электрического сигнала тензометров-датчиков - Величины электрических сигналов тензометров пропорциональны величине касательных напряжений, возникающих при воздействии движущего потока ж.идкости на измерительную площадку 6. Вязкость определяется по формуле h/Сй.- Ь 3t -sTvгде k - тарировочный коэффициент, Н./мм; а - отклонение пера самопишущего .моста, мм; J1 - расстояние между движущейся лентой и рабочей (измерительной площадкой), м; 5 - площадь рабочей (измерительной) площадки, V-скорость движения ленты относительно рабочей (измерительной) площадки, м/с. Постоянные величины k, s, h, v после преобразований составляют постоянную прибора N. Определение вязкости2 сводится к измерению величины электрического сигнала по шкале прибора, выраженной в миллиметрах (а). Устройство работает следующим образом. В устройство через штуцер 2 вводят волокнистую суспензию небеленной сульфатной целлюлозы концентрацией 2,5°/о в количестве, достаточном для его заполнения. При строго заданной скорости ленты (длина горизонтального участка - 0,55 м, ширина - 0,45 м), равной 5,6 м/с, измеряют возникаюш,ие касательные напряжения на измерительной площадке 6 площадью 0,0025 м с размерами 0,05x0,05 м, соединенной с датчиками 8 посредством балочек 7. Электрический сигнал с датчиков 8 регистрируется самопищущим электронным мостом 9 со шкалой. Для нахождения величин вязкости исследуемой суспензии по приведенной формуле необходимо знать константы, связанные с характеристикой прибора: 1с, h, V, S. Величина k есть тарировочный коэффициент, который получен при тарировке балочек груза.ми. Грузы соответствуют величинам действующих касательных сил Р и преобразованы для удобства в миллиметры. Результаты тарировки представлены в виде графика на фиг. 2, согласно которому тарировочный коэффициент k равен тангенсу угла наклона d: k lgc(. и составляет величину 0,00272 Н/мм. Величина зазора определена конструкцией прибора и составляет 0,01 м. После соответствующих преобразований значение коэффициента для нашего прибора составляет величину 0,00192 При определении вязкости вышеуказанной волокнистой суспензии отклонение пера самописца было равно 56 мм (точка А на фиг. 2). Эффективная вязкость найдена по формуле и равна 7 N-a 0.00192-56 0,108 Па-с Из примера видно, что данное устройство позволяет получить абсолютные величины эффективной вязкости и свободно от погрешностей, вносимых концевыми эффектами и силой тяжести. Отсутствие концевых эффектов обусловлено тем, что чувствительный элемент расположен вдали от зон возникновения турбулентности ввиду того, что величина площади чувствительного элемента составляет 0,0025 см а величина площади деформирующей поверхности ленты равна 0,25 м т.е. их соотношение равно 1:100. Соотношение размеров нлощадкки чувствительного эле.мента и площади деформирующей поверхности ленты выбрано из условия обеспечения минимальной длины «входного участка деформируемой зоны L . Увеличение длины «входного участка ограничивается величиной прогиба ленты 2L , который пропорционален квадрату длины ленты -(21). Длину ленты 2L делают минимальной, чтобы избежать колебаний величины зазора вследствие прогиба ленты над измерительной площадкой. Уменьщение влияния силы тяжести на истинную величину касательных напряжений достигается тем, что направление действия силы тяжести в пред.тагаемом способе не совпадает с направлением действия касательных напряжений. Векторы сил тяжести и касательных сил расположены под углом 90° друг к другу, действием сил тяжести пренебрегают. В результате изменения направления вектора касательной силы исключается необходимость сложных вычислений для определения истинных скоростей сдвига в зазоре, так как профиль скорости становится близок к линейному, что упрощает процесс измерения вязкости. Использование данного устройства позволяет снизить расход сырья для получения изделий. Процесс измерения вязкости может быть выполнен также в автоматизированном непрерывном режиме.

0,245

аш

О го 40 60 80 юо

Отнои/ение пера самоп1 шу(его места а, мм

68Ю

Вымдное напря/кение мд

Фыг.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ НЕНЬЮТОНОВСКИХ и ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ, содержащее продолговатую форму для помещения в нее исследуемого материала, внутри которой расположена деформирующая лента с направляющими роликами и чувствительный элемент в виде площадки, соединенный с тензометрическим датчиком, отличающееся те.м, что, с целью повыщения точности измерения вязкости, чувствительный элемент выполнен как часть формы, деформирующая лента и повер.хность формы расположены горизонтально, а плопхадь чувствительности элемента соотнесена к площади деформирующей ленты, как 1:100. (Л СП tsD ////// ////// 1