Ротационный вискозиметр Советский патент 1986 года по МПК G01N11/14 

Изобретение относится к ротационным вискозиметрам и может быть использовано при исследованиях кинетики структурообразования тиксо- тропных жидкостей.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На фиг. 1 представлена кинематическая схема предлагаемого ротацион ного вискозиметра; на фиг. 2 и 3 - график 1 и ll зависимостей крутящих моментов М и Mj напряжения сдвига исследуемой и калибровочной жидкостей от относительных угловых скоростей вращения цилиндров (и),, и (.Afd) соответственно.

Ротационный вискозиметр включает в себя внутренний цилиндр 1, наружный цилиндр 2, причем первьй внутренний цилиндр 1 с вторым наружным цилиндром 3 посредством редуктора 4, содержащего валы 5-7, закрепленные в корпусе с возможностью свободного вращения, и шестерни 8-11, жестко установленные на соответствующих валах, второй внутренний цилиндр 12, соединенный жест ко с первым наружным цилиндром 2 посредством вала 13, установленного в корпусе с возможностью свободного вращения. Число зубьев шестерен 8- I1 редуктора 4 подобрано таким образом, что угловая скорость вращения наружного цилиндра 3 на небольшую величину превосходит угловую скорость вращения внутреннего цилиндра I . ,

Вискозиметр работает следующим образом.

Исследуемую жидкость помещают меж

ду цилиндрами 1 и 2. Между цилиндра

ми 3 и 12 помещают жидкость (ньютонская жидкость) с постоянным и известным коэффициентом динамической вязкoctи {калибровочная жидкость). двигателя (не показан) проводят во вращение вал 13 вместе с наружным цилиндром 2 и внутренним цилиндром 12, при этом на вал 13 (и на систем яоследовательных элементов: цилиндр 2, исследуемая жидкость, цилиндр , вал 5) воздействует крутящий момент Мд ОТ двигателя. Под воздействием сил трения (сдвигового напряжения исследуемой жидкости) приводится во вращение внутренний цилиндр 1 с угл.вой скоростью u) , который посред,-ством редуктора А приводит во враще

10

459471

ние цилиндр 3 с несколько большей угловой скоростью.

Угловая скорость вращения цилиндра 3 больше угловой скорости вращения цилиндра I на величину ()о оп- ределяем то угловой скоростью вращения цилиндра 3 и параметрами шестерен редуктора 4, причем гораздо меньшую по сравнению с самой скоростью вращения. Разность угловых скоростей fiWJo- делится между относительными скоростями вращения (. цилиндров 3 и 12 и (А CJ), цилиндров 2 и 1

((ла),(ш).

При этом последовательные элементы: вал 7, цилиндр 3, калибровочная жидкость , цилиндр 12, вал 13, цилиндр 2, исследуемая жидкость, цилиндр 1 и вал 5 оказываются дополнительно нагруженными крутящим моментом М. (моментом сит трения калибровочной жидкости) сдвигового напряжения ка- либровочной жидкости, причем

м

К- (AU)

2

где К

постоянная, определяемая геометрическими размерами полости между цилиндрами 3 и 12 и вязкостью калибровочной ж вдкости;

углов.ая скорость вращения цотиндров 3 и 12 отиоситель- но друг друга.

Крутящий момент М сдвигового напряжения исследуемой жидкости равен сумме крутящего момента М двигате(iOJ), ЛЯ и момента М

тр

0м

тр

отсюда

Предположим, что цилиндры 1 и 2 относительно друг друга не вращаются, т,е. (ли равна нулю. Тогда по закону сохранения энергии мощность дви- гателя В1яделяется в виде тепловой мощности в калибровочной жидкости между цилиндрами 3 и 12.

отсюда

W,

о.(йи) . М

тр

(лш)

tj.

г. м

тр

и (к

(ALjio

так как (ли} много меньше w , то

K- (iid)i.

Динамический коэффициент вязкости ис следуемой жидкости определяют делением крутящего момента М, рассчитанного по формуле fiW) , где К - известный калибровочный коэ фициент; Сду) - измеренная относительная скорость вращения цилиндров 3 и 12, на измеренную (например, тахометрами) относительную скорость вращения Ч)- цилиндров 2 и 1.

Статическое напряжение сдвига структуированной жидкости определя - ют следующим образом.

Исследуемую и калибровочную жидкости помещают в соответствующие межцилиндрические полости и двигателем приводят вал 13 во вращение с достаточно малой скоростью, при которой крутящий момент М исследуемой жидкости меньще статического напряжения сдвига. Непрерывно увеличивают скорость вращения вала 13, тем самым увеличивая крутящий момент М до начала относительного вращения цилиндров 2 и 1 (определяемого тахометрами), и по известному калибровочному коэффициенту К и измеренной скорости (tu) рассчитывают статическое напряжение сдвиг;а.

i После начала относительного вращения цилиндров 2 и,I (начала раз- рущения структуры исследуемой жидкости) происходит перераспределение относительных скоростей вращения (tUi цилиндров 2 и J и (лiJ)jцилиндров 3 и 12, а именно (aw) уменьшается, следовательно, уменьшается и крутящий момент М, что обеспечивает приостановку процесса разрушения структуры жидкости. При постоянной СКОРОСТИ вращения вала 13 (вращения

45947. Л

вала двигателя) между крутящими моментами напряжения сдвига М. иссле i

дуемой и Mj калибровочной Ж1щкостей наступает динамическое равновесие, определяемое точкой А пересечения графиков 1 2J II (фиг. 2). Динамичес- коеравновесие устойчидо, что можно показать следующими рассуждениями. Предположим, что с коросгк (ли я (

IQ относительного вращения цилиндров в сипу каких-либо причин изменились, например (tui увеличилась, (времен- . ное внешнее торможение вала 6), а (;t( уменьшалсь (фиг. 3, при этом

15 крутящие моменты и Mj, действующие на вал 6 (фиг. 1), также изменяются, причём MJ меньае Н{(фиг. 2), что приводит к увеличению скорости вращения вала 6, следовательно, к.

2Q увеличению скорости врацения ципинд- ра 3 и увеличению (tLli)i , т.е. войста- новлению равновесия. С течением времени в результате структуирования исследуемой жидкости ее напряжение

2J сдвига возрастает (4мг.2 , график 1), при этом крутящий момеит М увеличивается, а относительная скорость вращения (i(J) цилиндров 2 к I уменьшается. Зависимость от времени момента М и относительной скорости (t является наиболее полной характеристикой динамики структуирования тиксо- тропных жидкостей.

. 30

Формулаиэобретения 35

РотационньА вискозиметр, содержащий корпус и первые внутренний и наружный цилиндры, отличающийся тем, чго, с цепыр повьте НИЛ точности измерения, внутренний цилиндр посредством редуктора соединен с соосшм с першм и вторым наружным цилиндром, внутри которого соосно с ним расположен второй внут ренний цилиндр, жестко соединенный с первым наружным цилиндром.

м,

(Л(),

Фиг. 2

Изобретение относится к технике измерения вязкости и предназначено для повьшения точности ее измерений. Прибор содержит первый внутренний цилиндр 1, первый наружный цилиндр 2, причем цилиндр 1 соединен с вторым наружным цилиндром 3 посредством редуктора Д, содержащего валы 5, 6, 7 и шестерни 8,9, 10, 11. Второй внутренний цилиндр 12 соединен с цилиндром 2. 3 ил.

М,

м:

{AoJ)j

Фиг.З

Редактор О. Юрковецкая

Составитель В, Вощанкин

Техред rt.XpflaHtf4 Корректор Г. Решетник

Заказ 3990/34Тираж 778

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-33, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие j,-г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Подписное