Способ определения реологических параметров сред Советский патент 1986 года по МПК G01N11/00 

I

Изобретение относится к области исследования физических характеристик жидких сред, в частности реологических параметров сред.

Цель изобретения - расширение диапазона измерений вязкости и модуля сдвига сред, а также расширение возможностей способа путем обеспечения совместных измерений реологических параметров нескольких сред.

Способ осуществляют следующим образом.

Исследуемую реологическую среду располагают в виде плоского тонкого слоя толщиной h - 1 мкм на проводящей заземленной подложке. На свободную поверхность слоя наносят электрический заряд, например, с помощью коронного разряда. При этом непрерывЕсли среда описывается моделью Кельвина-Фойгта, указанное соотношение имеет вид:

10

15

Z khJtik - Yo cth(kh) + Lh

i-pcj I sh (2z) - z + 2G z +

+ 0,(2)

где G - модуль сдвига среды.

Из соотношения (2) можно определить, например, модуль сдвига G среды, если известны величины об, h, , Vo, d, р .

В качестве примера осуществления предлагаемого способа измерения механических параметров было выполнено их измерение для сред с известными некоторыми значениями параметров, по,„ скольку, если среда характеризуется но в течение всего промежутка време- 20 реологическими параметрами и известен

ни нанесения заряда на свободную поверхность измеряют потенциал заряженной свободной поверхности и непрерывно в течение этого промежутка времени ведут наблюдение за началом возник-25 ..::° ™ „« °Р: Ц™: : Ц - новения деформации свободной поверхности, например, с помощью измерения рассеивающей способности поверхности. В момент возникновения , ,

деформации измеряют потенциал V, сво- 30 ,,.Р:„.. бодной поверхности слоя среды и предельные размеры d деформационных .зон на поверхности. Исходя из типа исследуемой среды зависимость между механическими параметрами и потенциалом

вид функционального соотношения между N реологическими параметрами, величиной деформации и критическими значеональное соотношение представляет собой одно уравнение с N+2 неизвестными. Если известны значения потенциала деформации, размеры деформации

ного уравнения можно найти значение одного -неизвестного параметра.

Предлагаемый способ позволяет определить несколько механических и электрических параметров следукнцим

образом. В уравнение, определяющее начало развития деформации, входят в качестве измеряемых параметров толщина исследуемого образца h, значение поверхностного потенциала V (при котором начинается деформация), продольные размеры возникшей деформгщин d и некоторое число N неизвестных механических параметров (|li, ,uj,... .р ). Тогда в общем случае определяющее уравнение можно записать в виде:

V. свободной поверхности слоя в момент возникновения деформации Up от ее продольных размеров об различна. Так, .цля ньютоновской жидкости эта зависимость имеет вид:

у

oik - 7- cth(kh) +pg 0,

h

(1)

де k

cth (kh)

11 d

h - толщина слоя;

d - коэффициент поверхностного натяжения;

р - плотность жидкости;

g - ускорение свободного падения;

- диэлектрическая проницаемость жидкости; - гиперболический котангенс от kh.

тивоположную подложке, заряжают элект- Из выражения (1) можно определить, 55 рическим зарядом. В процессе зарядки

например, коэффициент поверхностного натяжения, если известны величины h,

е. v, d,p.

поверхности слоя ведут непрерывное измерение потенциала поверхности и контролируют момент возникновения дек

257464г

Если среда описывается моделью Кельвина-Фойгта, указанное соотношение имеет вид:

Z khJtik - Yo cth(kh) + Lh

i-pcj I sh (2z) - z + 2G z +

+ 0,(2)

где G - модуль сдвига среды.

Из соотношения (2) можно определить, например, модуль сдвига G среды, если известны величины об, h, , Vo, d, р .

В качестве примера осуществления предлагаемого способа измерения механических параметров было выполнено их измерение для сред с известными некоторыми значениями параметров, повид функционального соотношения между N реологическими параметрами, величиной деформации и критическими значе™ ::..::° ™ „« °Р: Ц™: : Ц - , ,

ональное соотношение представляет собой одно уравнение с N+2 неизвестными. Если известны значения потенциала деформации, размеры деформации

,,.Р:„..

ного уравнения можно найти значение одного -неизвестного параметра.

Предлагаемый способ позволяет определить несколько механических и электрических параметров следукнцим

образом. В уравнение, определяющее начало развития деформации, входят в качестве измеряемых параметров толщина исследуемого образца h, значение поверхностного потенциала V (при котором начинается деформация), продольные размеры возникшей деформгщин d и некоторое число N неизвестных механических параметров (|li, ,uj,... .р ). Тогда в общем случае определяющее уравнение можно записать в виде:

(h,Vo,d,n,,p2,...,) О. Для определения значения неизвестных механических параметров /ц,, т,..,, изготовляют N тонких слоев исследуемого материала различной толщины hj (i 1,2,...,N). Каждый из образцов располагают отдельно на заземленной подложке, а их поверхность, про

поверхности слоя ведут непрерывное измерение потенциала поверхности и контролируют момент возникновения деформа1щи поверхности. В момент возникновения деформации фиксируют значение поверхностного потенциала и измеряют продольные размеры возникшей деформации d;. Их значения V , d; зависят от толщины исследуемого слоя. Выполняя подобные измерения для каждого из исследуемых образцов, можно записать N определяющих уравнений (Ь; . Vgi, d; ,ш, ,JUJ,...,/HN) О;

i 1,2N(3)

Система N данных уравнений содержит N неизвестных механических параметров u,,u,- ,|U. Решение данной

вением деформации на поверхности .-В момент возникновения деформации фик сируют значение поверхностного потенциала Vg и измеряют размеры де5 формации. -Получают: d 3,8-10 м; УО 104,2 В. Зная параметры V , d, h, ,oi , по формуле (2) определяют значение модуля сдвига G 3,92 10 H/м

О Пример 3. Берут два тонких плоских слоя глицерина толщиной h.

л

210 м и h2 4-10 м соответсткоронирующей нити, расположенной на

2

расстоянии 2.16 м от заряжаемой повенно. Каждый из слоев располагают на заземленной подложке, а их сторосистемы позволяет определить значения 5 ну, противоположную подложке, заря- N неизвестных параметров.жают электрическим зарядом с помощью

Пример 1. Определяют коэффициент поверхностного натяжения глицерина. Измерения проводят на тонком верхности. Потенциал коронирующей слое площадью 2 см и толщиной h 20 нити 6 кВ. Одновременно с зарядкой 2 мкм, нанесенном на слой.металла. поверхности с помощью отраженного от Диэлектрическая проницаемость гли- заряженной поверхности луча света

ведут наблюдение за возникновением деформации на поверхности. В момент

церина при 20 С составляет 6,51. Исследуемый слой помещают в разрядной

промежуток устройства коронного заря-25 возникновения деформации измеряют да и на свободную поверхность заземленного слоя наносят электрические заряды при потенциале на коронируюпцях электродах 6 кВ. Одновременно измерязначение поверхностного потенциала Vgj и продольные размеры деформации d; . Дпя слоя толщиной h, 2-10 м УО, 85 В, d, 3, для слоя

ют поверхностный потенциал слоя. Под 30 толщиной h Vg, 19,9 В, действием электрических зарядов .проис- - 8 10 м. Подставляя значения ходит деформация слоя, продольные раз- у,, d, , h,, , d, , h в уравнение меры d которого равны 3,9 мкм при по- (1), получают два уравнения с разны- тенциапе поверхности УО в де- ми значениями и dj, h,- и неиз- формации 85 В.Из соотношения (l)pac- 3 вестными значениями проницаемости 8 считьшают коэффициент поверхностного и коэффициента поверхностного натя- натяжения od 6,53 .

Пример 2. Берут то нкий плоский слой термопластического материала теломера стирола с дивинилом тол- 40 чения: об 6,58-10 Дж/м ; сГ 6,48. щиной h 2 -10 м и мол.весом (1,3-2,2) -10 , который располагают на заземленной металлической подложке. Диэлектрическая проницаемость

слоя 8 2,1, значение его коэффици- 45 кости и модуля сдвига. ента поверхностного натяжения «i

2,88.10- Sf . Сторону слоя, про-Формула изобретения

м

тивоположную подложке, заряжают с помощью коронного разряда электрическим зарядом. Потенциал коронирующей нити 7 кВ, расстояние нити от

жения oi глицерина. Решая системы двух уравнений относительно неизвестных , oi получают их следующие зна- 2 тт / 2.

Таким образом, предлагаемым способом можно определить реологические параметры широкого круга сред, в том числе сред с большим значением вяз1 . Способ определения реологкчес- 50 ких параметров сред путем деформации свободной хговерхности слоя исследуемой среды под действием электричесзаряжаемой поверхности равно 15-10 м . кого поля и измерения величины де- Одновременно с зарядкой поверхности формации, отличающийся непрерьшно измеряют ее поверхност- 55 тем, что, с целью расширения диапазоный потенциал и с помощью отраженного от заряжаемой поверхности луча света ведут наблюдение за возникнона измерений вязкости и модуля сдвига сред, электрическое поле создают нанесением на свободную поверхность

вением деформации на поверхности .-В момент возникновения деформации фик сируют значение поверхностного потенциала Vg и измеряют размеры деформации. -Получают: d 3,8-10 м; УО 104,2 В. Зная параметры V , d, h, ,oi , по формуле (2) определяют значение модуля сдвига G 3,92 10 H/м

Пример 3. Берут два тонких плоских слоя глицерина толщиной h.

л

210 м и h2 4-10 м соответсткоронирующей нити, расположенной на

2

расстоянии 2.16 м от заряжаемой поверхности. Потенциал коронирующей нити 6 кВ. Одновременно с зарядкой поверхности с помощью отраженного от заряженной поверхности луча света

возникновения деформации измеряют

значение поверхностного потенциала Vgj и продольные размеры деформации d; . Дпя слоя толщиной h, 2-10 м УО, 85 В, d, 3, для слоя

толщиной h Vg, 19,9 В, - 8 10 м. Подставляя значения у,, d, , h,, , d, , h в уравнение (1), получают два уравнения с разны- ми значениями и dj, h,- и неиз- вестными значениями проницаемости 8 и коэффициента поверхностного натя-

толщиной h Vg, 19,9 В, - 8 10 м. Подставляя значения у,, d, , h,, , d, , h в уравнение (1), получают два уравнения с разны- ми значениями и dj, h,- и неиз- вестными значениями проницаемости 8 и коэффициента поверхностного натя-

чения: об 6,58-10 Дж/м ; сГ 6,48.

жения oi глицерина. Решая системы двух уравнений относительно неизвестных , oi получают их следующие зна- 2 тт / 2.

чения: об 6,58-10 Дж/м ; сГ 6,48.

Таким образом, предлагаемым способом можно определить реологические параметры широкого круга сред, в том числе сред с большим значением вяз1 . Способ определения реологкчес- 50 ких параметров сред путем деформации свободной хговерхности слоя исследуемой среды под действием электричесна измерений вязкости и модуля сдвига сред, электрическое поле создают нанесением на свободную поверхность

5 1257464, 6

заземленного слоя электрического за-ширения функциональных возможностей рйда и одновременно измеряют потен-путем обеспечения измерений реологи- ,циал свободной поверхности, а о зна-ческих параметров нескольких сред, чениях реологических параметров су измеряют потенциал свободной поверх- дят по величине потенциала поверхнос-j ности и величину деформации для нети и размерам деформации.скольких слоев среды различной тол- 2. Способ по п. 1,отлича-щины, причем число слоев соответст- ю щ и и с я тем, что, с целью рас-вует числу определяемых параметров.

Изобретение относится к области исследования реологических характеристик жидких сред. Цель изобретения - расширение диапазона измерений вязкости и модуля сдвига. Способ заключается в деформации свободной поверхности слоя исследуемой среды под действием электрического поля, измерения величины деформации и величины потенциала поверхности в момент деформации. Электрическое поле создают нанесением на свободную поверхность заземленного слоя электрического заряда. О значениях реологических параметров судят по величине деформации и величине потенциала поверхности в момент деформации. Способ может быть также осуществлен при измерении потенциала свободной поверхности и величины деформации для нескольких сло-« ев среды различной толщины, причем число :лоев соответствует числу определяемых параметров. 1 з.п. ф-лы. (Л to ел 41 Од 4