Способ определения вязкости Советский патент 1985 года по МПК G01N11/08 

ч

о

д

УТТТт-

Ш7Л

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ с помощью капиллярного вискозиметра путем фиксации уровня среды при постоянном установившемся режиме истечения, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерения за счет учета капиллярного давления, дополнительно фиксируют высоту столба среды, соответствующую началу ее капельного истечения. 1 i (О

Фиг 1

Изобретение относится к области . исследования химических и физических свойств веществ, в частности к контрольно-измерительной технике, и может быть использовано для определения вязкости пшрокого круга жидкостей и газов.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет учета капиллярного давления.

На фиг.1 приведено устройство, реализующее предлагаемый способ, (для определения вязкости жидкости), на фиг.2 - то же, для определения вязкости газа.

Устройство (фиг.1) представляет собой прозрачную измерительную трубку. 1 с внутренним диаметром 1-3 см и длиной 30-50 см, на которую нанесена измерительная шкала с ценой деления 1 мм. Нижний конец трубки 1 герметично закрыт пробкой 2, в которую вмонтирован капилляр 3. Для проведения экспериментов с различными жидкостями, как обычными так и криогенными, предусмотрена возможность использовать несколько капилляров с различными (0,1-2 мм) внутренними диаметрами. Длина капилляра 3 1-5 см. Измерительную трубку 1 заполняют жидкостью посредством системы 4 подачи жидкости. Исследуемая жидкость из трубки 1 через капилляр 3 истекает в емкость 5 с нанесенной на нее шкалой для измерения установившегося расхода истечения.

Устройство для измерения вязкости газа, ( фиг.2) содержит прозрачную измерительную трубку 1 со шкалой. Верхний конец трубки герметично закрыт пробкой 2, в которую вмонтирова капилляр 3. Измерительную трубку 1 заполняют исследуемым газом посредством системы 4 подачи газа. Измерительная трубка 1 помещена в прозрачную емкость 5, заполненную жидкостью 6. Для измерения установившегося расхода струйного истечения газа отбор газа при истечении его из капилляра 3 осуществляется гибким пробоотборником 7, связанным с измерительной емкостью 8, заполненной эталонной жидкостью.

Для определения вязкости жидкости и мepитeльнyю трубку 1 устанавливак: вертикально и посредством системы 4 подачи жидкости заполняют

ее исследуемой жидкостью. При появлении на выходе капилляра 3 капли жидкости фиксируют высоту столба жидкости Нд, соответствующую началу капельного истечения, продолжая заполнять трубку 1 жидкостью. В момент перехода капельного истечения в струйное снова фиксируют высоту Н{; столба жидкости, вызывающую струйное истечение. Затем регулируя посредством системы 4 подачи жидкости подачу жидкости в измерительную трубку 1, добиваются постоянного установившегося режима струйного истечения таким образом, что происходит уравновешивание процессов заполнения измерительной трубки 1 и истечения жидкости через капилляр 3. При достижении системой установившегося режима, измеряют высоту Н столба жидкости, соответствующую этому режиму (значение ее Н как правило, превьш1а значение высоты Н,, соответствующей моменту перехода капельного истечени в струйное). Измерение высоты столба жидкости осуществляют, например, визуально по шкале, нанесенной на измерительной трубке 1.. Затем измеряют установившийся расход струйного истечения по шкале, нанесенной на емкость 5, которую размещают непосредственно под трубкой 1 с капилляро 3. После этого прекращают подачу жидкости, отключая систему 4, и включают счетчик времени. Фиксируют момент t свободного струйного истечения жидкости, когда уровень жидкости достигает заданной отметки Н. Затем в процессе свободного истечения жидкости из капилляра 3 измеряют моменты времени t, в которые уровень жидкости проходит заданные фиксированные отметки, соответствующие определенньм высотам столба жидкости И., вплоть до момента перехода струйного истечения в капельное. По полученным результатам измерений вычисляют вязкость /и.« в режиме установившегося струйного истечения по формуле (1) и в режиме свободного струйного истечения - несколько значений вязкости jUj по формуле (2)

.

().

N-веа

НгНо

-1

en

UI

где динамическая вязкость жид кости в установившемся режиме, кг/м-с; /7 - const 3,14; R - внутренний радиус капилля ра, м; - длина капилляра, MJ р - плотность жидкости, кг/м g - ускорение силы тяжести, М/СМ2; Q - объемньш расход жидкости в установившемся стациона ном режиме истечения, MVci Hj - высота установившегося столба жидкости в трубке, Н - высота столба жидкости, соответствующая началу капельного истечения, м; S - площадь поперечного сечения цилиндрической измери тельной трубки, t. - начальный момент отсчета 1 времени, С-, t. - последующие моменты отсче времени, с; Н. - высота столба жидкости пр ее свободном истечении в начальный момент времени t, м; Н. - высота столба жидкости при ее свободном истечении в последующие моменты времени t-,м |U... - частное значение вязкости определенное по скорости изменения высоты столба жидкости от до Н; в ре жиме свободного . струйног истечения, кг/м-с, Определяют среднее значение вязкости в свободного струйного истечения ((u,), а конечное значение вязкости определяют как среднее арифметическое f -. Измерение вязкости газа осущест вляют с помощью устройства, представленного на фиг.2, следующим образом. Прозрачную емкость 5 заполняют эталонной жидкостью 6, причем температура кипения последней должна быть значительно вьш1е температуры, при которой производят эксперимент При необходимости эксперимент проводят в термостате с ркнами. Затем в жидкость 6 погружают измерительную трубку 1, причем уромень жидкости 6 в емкости 5 должен лежать вьше выхода капилляра 3, и посредством системы подачи газа 4 заполняют трубку 1 исследуемым газом. При появлении на выходе капилляра 3 пузырька газа фиксируют высоту Нр газовой полости, соответствующую началу пузьфькового истечения, продолжая заполнять трубку 1 газом. После перехода пузырькового истечения газа в струйное регулируют , посредством системы 4 подачу газа в трубку 1 так, что происходит уравновешивание процессов заполнения и истечения газа, т.е. добиваются постоянного установившегося режима струйного истечения. При достижении установившегося режима струйного истечения замеряют высоту Н газовой полости, соответствующую этому режиму по шкале, нанесенной на трубке 1. Затем замеряют установившийся обьемный расход струйного истечения газа путем измерения вытесненной газом эталонной жидкости из емкости 8. После этого прекращают подачу газа в трубку 1, включают счетчик времени и последовательно фиксируют моменты времени t. свободного струйного истечения газа, в которые высота газовой полости проходит заданные точки отсчета Н. Измерения проводят вплоть до момента перехода струйного истечения в пузырьковое. По результатам измерений в установившемся режиме вычисляют значение вязкости по формуле (1) по результатам измерений в режиме свободного истечения вычисляют ряд значений вязкости jU.-- по формуле (2) и берут среднее значение fj.. Затем сопоставляют полученные значения вязкости газа в установившемся и свободном режимах струйного истечения и определяют вязкость газа как среднее арифметическое по формуле (3). . Для определения вязкости пользуются трубкой длиной 30 см и внутренним радиусом RQ 0,8см с капилляром длиной { 2 С1, внутренним радиусом R ;2,3 -10 см. Постоянный параметр такого устройства равен

. gy

8ея;ку

eis2,3-10 -980

(4) 8-2-0,64

2,68MO

Пример 1. Определение вязкости жидкости. Заполняют измерительную трубку с капилляром дистиллированной водой (при ).

Началу капельного истечения при заполнении и его прекращению при свободном истечении соответствует высота столба жидкости над входным отверстием капилляра, равная Н 3,2 см. Для установившегося расхода заполнения Q 0,12 установившаяся высота столба жидкости равна Н 25,5 см. При вы численной постоянной устройства формула (1) принимает вид

(5)

.i

jU,

Q

значение вязкости дистиллированной воды, определенное по данным измерений в установившемся режиме рав. но

22 3 У 2,68-10- -3,14-0,64 Q-f

1,03 --fO-z

см с

К-Г

1,03-10-3 м с

После прекращения заполнения трубки жидкостью, при достижении уровнем жидкости отметки Н. 25 см над выходом капилляра, включают секундомер и начинают отсчет времени истечения. Последовательно фиксируют время прохождения уровнем жидкости отметок Н 24 см, Н

23 см и т.д. (через каждый сантиметр начиная от Н 25 см). Результаты представлены в табл.1.

На высоте Н 19,7 см наблюдается переход струйного истечения в .капельное. Для интервалов H.-Hj 5 25-24 см и по формуле (2) последовательно определяют

,U..

- Н.-Н.

2,

Ч-Ц

н,-н,

en

Hf-H(

105

2,68-10

21,8 16,8

1,07-10-2

см-с

Среднее значение вязкости воды при свободном струйном истечении равно

, г-.е. (j г

I ,UJi -1U-2 м -с

По формуле (3) определяют значение вязкости дистиллированной воды

.ii:|iii.,,0325

кг м-с

Пример 2. Определение вязкости газа.

Определяют вязкость воздуха при погружении измерительной трубки в дистиллированную воду при 20°С. При заполнении измерительной трубки воздухом началу пуаьфькового истечения соответствует высота газовой полости Hj, 4 см. При установившемся струйном истечении газа расход заполнения составил Q

5,85 6м/с, высота газовой полости равна Н( 24,1 см. Согласно формуле (1) по данным установившегося режима

2,68-10 -3,14-0,64 1%

:з,о

-4 Г

2,05-10 СМ -с