Вискозиметр Советский патент 1985 года по МПК G01N11/10 

- 11 Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано для измерения вязкостных свойств жидкости, в частности для определения вязкости буровых растворов. Целью изобретения является повышение точности измерения вязкости жидкостей, На фиг. 1 показан визкозиметр, общий вид; на фиг. 2 - рабочее тело на .фиг. 3 - вискозиметр в рабочем состоянии, общий вид. Вискозиметр состоит из емкости 1 цилиндрической формы с наклонным днищем 2, стержня 3 из немагнитного материала с запаянным нижним концом и заглушко 5 сверху, закрепленного вертикально в центре основания емкости Л. В емкость 1 помещена исследуемая хсидкостьб. В стержне 3 на расстоянии И установлены верхняя 7 и нижняя 8 .контактные группы, связанные соединительными проводами 9 с измерительной системой, в частност с таймером 10. Стержень 3 заполнен ферромагнитной жидкостью 11, в которую пoмea eнa коммутирующая жидкость 12 с электропроводнымисвойствами и плотностью больше плотности ферромаг нитной жидкости 11, например капля ртути, а на стержень 3 свободно наса жено и перемещается без трения рабочее тело 13. Рабочее тело 13 (фиг. 2) выполнен полым шарооб{)аэным со сквозным осевь каналом 14 по диаметру. В нижней сво ей части полость, рабочего тела 13 вокруг цилиндрического канала 14 заполнена сыпучим утяжелителем 15 (нап ример , .свин цовой дробью) , который покрыт слоем клеящего вещества 16 дл создания фиксированного положения ут желителя 15. Над утяжелителем 15 внутри рабочего тела 13 неподвижно размещен постоянный магнит 17. Для возврата рабочего тела 13 в исходное состояние используется вилка-захват 18. Сливной кран 19 исследуемой жидкости 18 установлен в нижней точке наклонного днища 2 емкости 1. Вискозиметр работает следую1цим образом. На днище. 2 дустой емкости 1 (фиг. 3) расположено рабочее тело 1 свободно насаженное на нижний конус стержня 3. При этом коммутирующая жидкость 12 (капля ртути) находится 2 на дне запаянного нижнего конца 4 стержня 3 благодаря тому, что плотность ртути больше,.чем плотность ферромагнитной жидкости 11. Место запайки нижнего конца 4 стержня 3 находится на высоте от днища 2, равной диаметру рабочего тела 13, что обеспечивает надежную и устойчивую работу вискозиметра и не позволяет капле ртути 12 проскочить полосу максимального магнитного поля, а также устраняет сложные операции подъема проскочившей или оброненной капли ртути, например, при смене одного рабочего тела на другое или при его профилактике. Ферромагнитная жидкость 11 заполняет в.сю остальную полость стержня 3 до заглушки, которая герметично закрывает полость сверху. Исследуемая жидкость 6 заливается сверху в емкость 1. С помощью вилки-захвата18 рабочее тело 13 поднимают н.а поверхность исследуемой жидкости 6. Таймер 10 устанавливают на нулевое значение. После того, как рабочее тело 13 опускается в исследуемую жидкость 6 и начинает свое свободное движение вдоль вертикального стержня 3, на него начинают действовать сила тяжести Р m-g Vp . РР . g, . . . выталкивающая сила; Vp,. p.,g, сила выбуренного трения (по закону Стокса) Fj б-iir; rV, где Vpt объем рабочего тела;. Ррт Р плотность рабочего тока и исследуемой жидкости соответственно;-ускорение свободного падения; -динамическая вязкость; г - радиус рабочего тела; V - скорость падения рабочего тела в жидкости. Силы Г и F( постоянны, а Р увеличивается по мере увеличения скорости V, Наступает момент равенства сил, .действующих на шарик Р , и рабочее тело двигается равномерно со скоростью Vo в соответствии с первым законом Ньютона., Скорость равномерного движения рабочего тела 13 невелика, ее можно определить с помощью таймера 10, измеряющего

время прохождения рабочим телом 13 определенного строго фиксированного расстояния И между верхней и нижней контактными группами 7 и 8. Контактные группы 7 и 8 установлены в стержне 3, заполненном ферромагнитной жидкостью 11. В ферромагнитную жидкость 11 помещена капля ртути 12 которая осуществляет коммутирующее действие, обусловленное свойством проводника, при равномерном движении рабочего тела 13 по стержню 3. Рабочее тело 13 благодаря утяжелителю 15 (свинцовой дроби, скрепленной клеящим веществом 16) и постоянному магниту 17, размещенных в нижней части полости рабочего тела 13, имеет смещенный книзу центр тяжести. Это обеспечивает устойчивое строго вертикальное положение рабочего тела 13 при движении по стержню 3 и полное отсутствие механического трения.

Капля ртути 12 в ферромагнитной жидкости 11 полностью отслеживает перемещение рабочего тела 13 благодаря тому, что ферромагнитная жидкость 11 меняет свои реологически свойства при действии на нее магнитного поля.

/

При внесении ферромагнитной жидкости J-1 в магнитное поле значение эффективного удельного веса ферромагнитной жидкости 11 увеличивается тем больше, чем сильнее магнитное поле, в которое помещена жидкость, Ферромагнитная- жидкость 11 с любым телом в ней, помещенная в магнитное поле, также изменяет свой эффективньй удельный вес. При условии равенства эффективного удельного веса ферромагнитной жидкости 11 и удельного веса тела, находящегося в ней, происходит всплытие тела - оно проклеивается. Если значение эффективного удельного веса ферромагнитной жидкости 11 превысит значение удельного веса помещенного в нее тела, то это тело.всплывает и находится над зоной ферромагнитной жидкости 11 с измененными реологическими свойствами.

Условия плавания капли ртути 12 в ферромагнитной жидкости 11 зависят от внутреннего диаметра стержня 3 и силы магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом 17: чем больше внутренний диаметр стержня 3, тем больший объем необходим

коммутирующей жидкости 12 для надежного замыкания контактов 7 и 8 и тем сильнее должно быть действие магнитного поля, удерживающее возросшую массу коммутирующей жидкости

12в плавающем состоянии. Условия плавления капли ртути 12

в предлагаемом вискозиметре над зоной ферромагнитной жидкости 11 с повышенным эффективным удельным весом создаются магнитным полем постоянного магнита 17, который размеще в полости рабочего тела 13, Поэтому удерживая каплю ртути 12 во взвешенном состоянии, рабочее тело 13 пр своем движении вдоль стержня 3 в исследуемой жидкости 6 перемещает магнитное поле, а следуя за магнитным полем, капля ртути 12 замыкает верхнюю контактную группу 7. Верх-. :няя контактная группа 7 расположена в стержне 3 на расстоянии от поверхности исследуемой жидкости 6, рав- ном не менее чем десяти диаметрам рабочего тела 13, что обеспечивает получение уже в этой точке скорости равномерного движения рабочего тела 13, тем самым увеличивается точность измерения вязкости исследуемой жидкости 6,

Верхняя контактная группа 7 изолированными проводами, проложенными в стержне 3, соединена с таймером 10, При замыкании контактов 7 таймер 10 включается и начинает отсчитывать время движения рабочего тела 13 в исследуемой жидкости 6 до нижней контактной группы 8, Достигнув нижней контактной группы 8, рабочее тел

13с помощью капли ртути 12 коммутирует его контакты. При этом происходит остановка таймера 10, Прохождение рабочим телом 13 строго определенного, расстояния Н между контактными группами 7 и В :зафиксирован;ное (по таймеру 10) время позволяет определить скорость движения рабочего тела и тем самым определить величину динамической вязкости исследуемой жидкости 6,

Контактные группы 7 и 8 представляют собой закрепленные в стержне 3 концы проводников без изоляции, приче оба проводника контактных групп расположены горизонтально, что обеспечивает их устойчивое замыкание

Для обеспечения слива исследуемой жидкости 6 емкость 1 выполнена с наклонным днищем 2 и сливным краном 1)

1. ВИСКОЗИМЕТР, содержащий емкость для испытуемой жидкости, рабочее тело в виде шара со сквозным осевым каналом, размещенное на соединительном стержне, и измерительную схему, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения вязкости, рабочее тело и стержень выполнены полыми из немагнитного материала, при этом рабочее тело установлено на стержне с возможностью перемещения и заполнено в нижней части утяжелителем, на котором помещен постоянный магнит, а стержень заполнен ферромагнитной жидкостью и электропроводной коммутирующей жидкостью с плотностью, большей плотности ферромагнитной жидкости, в верхней и нижней частях его расположены контактные группы, соединенные с измерительной схемой, причем стержень закреплен в центре днища емкости для испытуемой жидкости. 2.Вискозиметр по п. 1, о т л ича1Йщийся тем, что первая контактная группа установлена в с @ стержне на глубине, равной десяти диаметрам рабочего тела от уровня (Л испытуемой жидкости в емкости, 3.Вискозиметр по п. 1, отличающийся тем, что стержень в нижней своей части, равной диамётру рабочего тела, вьтолнен сплошным. 4. Вискозиметр по п. 1, отличающийся тем., что высота столбика коммутирующей жидкости в полости стержня равна его внутреннему диаметру.