Способ измерения коэффициентов вязкости поляризующихся и намагничивающихся жидкостей в электромагнитном поле Советский патент 1986 года по МПК G01N11/14 

Изобретение относится к способам измерения вязкости поляризующихся и намагничивающихся сред (магнитные жидкости, жидкие кристаллы и т.д.)Цель изобретения - увеличение точности и упрощение измерений сдвиговой и вращательной вязкостей поляризующихся и намагичива10,щихся жидкостей в электромагнитном поле.

На фиг.1 изображены зависимости й(г) 2.,(T) на фиг.2 - устройство, реализз ющее предлагаемый способ

При тормо кении вращающегося сосуда кривые зависимостей угловой скорости вращения тела (и,) от времени (t) для различных намагничивающихся и поляризуюлщхся жидкостей имеют одно общее свойство; если осуществить перенормировку временной оси по формуле Т (R , - R, ) (где П . Я . R и R - соответственно сдвиговая вязкость и плотность лсидкости, радиус тела и радиус сосуда) и перенормировку скорости вращения тела по формуле Si (t) Я( 1Г)/Й2 зависимости S l (-L) имеют одну общую точку пересечения (Л, С ). Физически это можно объяснить тем, что в стационаре скорость Л вращения тела пре- вьпиает скорость Й вращения сосуда, причем это превьтюние прямо пропор- циона.цьно значению вращательной вязкости; при торможении сосуда скорост уменьшения 52, (t) также прямопропор- ционально значению вращательной вязкости. Этим и обусловлено в указан- ньк безразмерных координатах пересечение в одной точке кривых (t) для лсидкостей с различными значениями вращательной вязкости (фиг,1). Подобное свойство является специфи 1еской особенностью намагничиваю1Ц15хся жидкостей и позволяет предложить новый способ измерения из вязкостейо Существенным отличительным признаком этого способа является измерение интервала Бремени от начала торможения сосуда и до момента, где скорость вращения тела совпадает со значением S,-Q . Далее вращательная ii и сдвиговая 1 вязкости подсчитываются по простым формулам.

50 устройством (фиг.2), включающим сосуд 5 приводимый во вращение электродвигателем 2.и закрепленный на оси 3. Внутри сосуда 1 соосно расположено свободно вращаловдееся на оси 4

Полож1 1телышй эффект от способа

достигается прежде всего в упрощении55 тело 5. На осях 3 и 4 укреплены абтюи возможности полной автоматизациираторы 6 и 7 соответственно. По обе

измерений, так как наиболее сложнаястороны абтюраторов 6 и 7 установлев способе операция фиксации моментавы источники 8 света к фотоприемнисовпадения скорости вращения тела ски 9, соединенные через усилитель 10

O

5

любым уровнем 15е 1лизуется достаточно просто (применение компаратора). Кроме того 5 предлагаемый способ позволяет увеличить точность измерения благодаря тому, что аппаратная пог- рещность в измерении интервала времени и в фиксации момента совпадения скорости ) с уровнем Л й прак- тически может отсутствовать (при при-, менении кварцевого генератора и высокоточного компаратора).

Значения t , 9. для конкретного вискозиметра получаются предварительно при его тарировке, как точка пересечения зависимостей 2 (t) для мини

0

малъного о П и 1 аксимального oti

мнн IMOKC

возможных значенш Oi П /п Для

тарировки вискозиметра необходимо иметь две эталонные жидкости с известными теплофизическими характеристиками. Плотность Я вращательная 1

пэ

, сдвиговая 1 и вязкости у этих

жидкостей могут быть произвольными, 5 однако значения отношений Sh rj /f, должны соответствовать границам диапазона ее измерений данным вискозиметром. Процесс тарировки сводится к ел едующ ему.

0 Для жидкости с Р; , раскручивается сосуд до стационарной скорости 1эмии после установления стационарной скорости Л jivinn вращения тела сосуд резко тормозится. Одновременно с этим осуществляется непрерывное

5

измерение скорости вращения ) тела с фиксацией момента времени . соответствующего торможению сосуда. Далее проводится пересчет вре

мени по формуле t

э гл 11 к

/

о 3 мин

h

(R, - R,r .-

Аналогично получается зависимость

о (t- для ясидкости с h - 13 мокс . Э глах г. макс

Определу ется точка пересечения

) зависимостей SI () для t О (рис.1). Полученные значения Y и Л являются искомьЕ-ш константами вискозиметра,

Предлагаемьт способ реализуется

устройством (фиг.2), включающим сосуд 5 приводимый во вращение электродвигателем 2.и закрепленный на оси 3. Внутри сосуда 1 соосно расположено свободно вращаловдееся на оси 4

fO

15

с частотомером I. Резкое торможение сосуда 1 осуществляется электрическим двигателем 2 и механическим тормозом 12 под действием управляющего импульса с выхода вычислительного блока 13. Измерение интервала времени t осуществляется вычислительным блоком. 13. В зависимости от исполнения вычислительного блока 13 устройство может быть как полуавтоматическим, так и полностью автоматическим, т.е. осуществлять измерения без участия человека с выводом на индикацию коэффициентов сдвиговой и вращательной вязкостью. В простейшем случае вычислительный блок 13 может состоять из измерителя времени 14 и блока 15 сравнения.

Предлагаемый способ, например, для магнитной жидкости осуществляется следующим образом. Включают внещ- нее магнитное поле Н, направленное перпендикулярно оси вращения тела и сосуда. Задают с помощью электромотора 2 сосуду 1 желаемую постоянную скорость вращения Si . Под действием возникшего в зазоре течения тело 5 приходит во вращение. После установления скорости тела 5 с помощью абтюраторов 6 и 7, источников света 8, фотоприемников 9, усилителя 10 осуществляют измерение стационарных скоростей сосуда и тела 5. Затем по команде Тормоз в вычислительном блоке 13 осуществляют резкое торможе- 35 ние двигателем 2 и тормозом 12 сосуда 1, одновременно осуществляя измерения t в измерителе 14 времени до момента совпадения в блоке 5 срав- нения скорости вращения тела 5 с заанее известньш для данной конструкии значением скорости SI Si . Операия сравнения в блоке 15 реализуется о значительно более высокой точостью, чем измерение затухающей ско ости вращения тела.

Подставляя измеренные значения

20

25

30

SL., 51

2

t В приведенные формулы.

определяют сдвиговую и вращательную вязкости.

Таким образом, предлагаемый способ измерения коэффициентов вязкости поляризующихся и намагничивающихся жидкостей в электромагнитном поле . отличается от известных тем, что увеличивает точность определения коэффициентов вязкости путем исключения измерений вращательного момента и

скорости вращения тела после осуществления торможения, упрощает измерение, что связано с необходимостью измерения угловой скорости вращения тела только в стационаре и возможности полной автоматизации измерений с выводом на индикацию значений сдвиговой и вращательной вязкостей. Кроме того, способ пригоден для измерения вязкости обычных жидкостей.

Формула изобретения

Способ измерения коэффициентов вязкости поляризующихся и намагничивающихся жидкостей в электромагнитном поле, включающий заполнение не- . следуемой жидкостью зазора, образованного сосудом и концентрично расположенным внутри сосуда свободно вращающимся телом, измерение стационарной скорости Л2 сосуда, измерение стационарной скорости й вращения тела, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности и упрощения измерений, осуществляют резкое торможение вращающегося сосуда, измерение интервала времени t от начала торможения до момента, где значение скорости -2, (t) вращения тела совпадает со значением , и определяют сдвиговую и вращательную вязкость по формулам

2 lRjLi Ri)

t)(5l,-SZa)

« Т1аГ7к,)

где Г - коэффициент вращательной вязкости;

11 - коэффициент сдвиговой вязкости;

R, - радиус тела; RJ - радиус сосуда; Р - плотность жидкости; а - предварительно определенное при тарировке вискозиметра значение, соответствующее точке пересечения зависимостей ...„„„ („ин,/,,,,

I.JMOKCЭ макс / / 2 2 MOitc

1,S МИН ЧЭ.мин 1 э мвкс 2ЭМ «кс,.

скорости вращения соответственноте- ла и сосуда в эталонной -жидкости с- минимальной и максимальной вязкостью; э-мин ;э ме.кс минимальное время, за которое скорость вращения достигает постоянной величины в жидкости

с минимальной и максимальной вязкостью;

стационарная скорость сосуда при тарировке;

// (R,j -R,) - эталонное

э-tr

безразмерное время;

5,(Г) - зависимость скорости вращения тела от безразмерного времени при тарировке;

Ъ - интервал безразмерного времени Т,, соответствующий точке пересечения

t О соответствует резкому торможению сосуда;

%,мин J-MH{ / v -MMH . 9 мар« , ц - известнее дяя двух эталонных

Г pitO -,

жидкостей значения сдвиговой вязкос- ги, плотности и вращательной вязко(ТИ.

02 0.4 Фи&1

Фиг,г

Изобретение относится к измерению ВЯЗКОСТИ поляризующихся И намагничивающихся сред (магнитные жидкости , жидкие кристаллы). Целью изобретения является увеличение точности И упрощение измерений сдвиговой и вращательной вязкостей поляризующихся И намагничивающихся жидкостей в электромагнитном попе. Способ заключается в измерении стационарных скоростей соосно расположенных тела и сосуда, в торможении сосуда н измерении момента времени совпадения скорости тела с заданиым уровнем я охфе- делении по соответствующим формулам СДВИГОВОЙ И вращательной вязкостей. Увеличение точности измерений и их упрощение достигается измерением ко-|. эф(|мциейтов ВЯЗКОСТИ только по скорости вращения тела и сосуда. 2 ил. i (Л СХ) О) 00

Составитель В.Крутин Редактор Н.Марголина Техред, В.Кравчук; Коррекор В.Бутяга

Заказ 6825/39 Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Рушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,г.Ужгород,ул .Проектная,i