Способ измерения реологических свойств жидкостей Советский патент 1988 года по МПК G01N11/14 

со

со

о ел

ОО 00

Изобретение относится к области анализа состава и свойств материалов в вязкотекучем состоянии и может быт использовано для контроля реологических параметров жидкостей в химической промьшшенности, например, при производстве полимербетонньгх строи- тельньГх материалов.

Целью изобретения является сокращение аппаратурных затрат и повышение точности измерет1Ия за счет получения информации в виде временного интервала.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения вязкости, заключающемуся в формировании свободной поверхности помещенной в полом роторе жидкости в виде параболоида вращения путем принудительного равномерного вращения упомянутого ротора и измерении гидродинамического параметра, скачкообразно останавливают ротор, а об измеряемом параметре судят по интервалу времени дости- жения свободной поверхности жидкости по крайней мере двух заданных уровней.

Такая организация процесса измерения позволяет исключить технически сложную задачу преобразования скорости враьчающегося потока в выходной сигнал, вследствие чего упрощается аппаратурная реализация измерения и, кроме того, исключается погрешность, позникающая при преобразовании скорость - вязкость из-за нарушения гидродинамической структуры потока за счет введения в него датчика скорости потока.

Принципиальное отличие предлагаемой измерительной операции от известной заключается в том, что измерение проводится не в установившемся режиме равномерного вращения ротора с жидкостью, а после остановки ротора, т.е. в процессе последующего постепенного торможения жидкости.

Следствием процесса торможения жидкости является выравнивание ее свободной поверхности. Так как процесс торможения определяется физико- химическими свойствами жидкости (вязкость, плотность, растекаемость, концентрация) , информативным гидродинамическим параметром при этом служит интервал времени, соответствующий прохождению свободной поверхностью

0

5

0 5

о

0

5

нескольких, например двух, заданных уровней.

На фиг. 1 схематически изображено устройство, реализующее предлагаемый способ; на фиг. 2 - графики, поясняющие работу устройства; на фиг. 3 и 4 - полученные экспериме1 - тальные зависимости.

Устройство для реализации предлагаемого способа включает в себя полый ротор 1, жестко закрепленный на валу асинхронного электродвигателя 2. Последний через управляемый переключатель 3 подключается либо к питающему генератору 4, либо к источнику 5 постоянного тока. Датчик 6 контакта с поверхностью жидкости подключается к одному из входов измерителя 7 интервалов времени. Второй вход измерителя 7 интервалов времени подключен к блоку 8 управления. Выход измерителя 7 интервалов времени подключается к вычислительному устройству 9.

Способ осуществляют следующим образом.

Исследуемой жидкостью заполняют всю полость ротора 1j затем блок 8 управления переводит переключатель 3 в состояние, при котором обмотки электродвигателя 2 подключены к питающему генератору 4. Электродвигатель 2 приводит во вращение с угловой скоростью и) ротор 1 вместе с исследуемой жидкостью. Через некоторое время все частицы исследуемой жидкости приобретают угловую скорость ы, а ее свободная поверхность принимает форму параболоида врап1ения, вид которого описывается вьфажением

L-HO

g

(1).

5

0

где L - высота ротора;

Н - расстояние от верщипы пара- (фиг. 1, точка А) до дна ротора,

ш .- угловая скорость равномерного вращения ротора с жидкостью,

R - внутренний радиус ротора,

g - ускорение свободного падения.

На фиг. 2 приведены зависимости положения точки А от времени для двух различных жидкостей К и М. Из выражения (1) следует, что положение точки А во время равномерного вращения не зависит от физико-химических

свойств исследуемой среды и определяется геометрией ротора и значением угловой скорости (м . Следовательно, первым отсчетным уровнем, заданным для любой жидкости, в описываемом устройстве может служить значение Н,

На фиг. 2 положению точки А во время установившегося равномерного вращения соответствует участок а-В.

В момент времени t, блок 8 управления вырабатывает старт-импульс для измерителя 7 интервалов времени и переводит переключатель 3 в положе- ние, при котором обмотки электродвигателя 2 подключены к источнику 5 постоянного тока, вследствие чего происходит практически мгновенная остановка ротора 1 (на фиг. 2, точ- ка В). В виду этого прилегающий к- стенке ротора элементарный слой жидкости останавливается одновременно с ротором, после чего действие сил вязкого трения приводит к постепен- ному торможению остальных слоев жидкости последовательно в направлении к оси вращения. Точка А при этом движется по кривой B-d (для жидкости К) или B-d (для жидкости ИМ) .

Точка А при этом постепенно поднимается и в момент полной остановки жидкости достигает высоты Н7.

Так как процесс торможения слоев жидкости определяется ее физико-химическими свойствами (вязкостью, плотностью, растекаемостью, концентрацией и т.д.), графики движения точки А будут различны для двух жидкостей с различающимися физико-химическими параметрами.

Следовательно, датчик 6 контакта с поверхностью жидкости, помещенный на высоте Н,, сработает в момент времени t при торможении жидкости К и в момент времени tj при исследовании жидкости ПМ. В момент срабатывания датчика 6 контакта с поверхностью жидкости с его выхода на вход измерителя 7 интервалов времени поступает стоп-импульс, после чего вычислительное устройство 9 производит преобразование

(t-to) - Р ,

где Р - искомый реологический параметр жидкости tp - момент остановки ротора

Q

0 5 „

5

0

5

t - момент срабатывания датчика 6 контакта с поверхностью жидкости.

Испытания описанного устройства проводят с водными растворами глицерина различной концентрации. Полученные зависимости продолжительности измерительного интервала от вязкости и концентрации подноглицеринового раствора при 25°С приведены на фиг. 3.

Преобразование измерительного интервала в значение коэффициента вязкого трения производят с помощью вычислительного устройства, выполненного на базе программируемого микрокалькулятора Электроника МК-64. Из- мерительньп интервал заполняется опорной частотой от тактового генератора с кварцевым резонатором, а полученное число импульсов в параллельном двоичном ходе поступает на соответствующий вход микрокалькулятора .

Использование предлагаемого способа измерения реологических свойств жидкостей по сравнению с известным обеспечивает формирование выходного сигнала с помощью технических средств, не нарушающих гидродинамическую структуру исследуемой жидкости в процессе измерительного преобразования, получение информации об измеряемом параметре в виде интервала времени, что существенно упрощает обработку полученной информации при создании автоматизированных контрольно-измерительных комплексов с использованием современных средств цифровой вычислительной техники, простоту осуществления полной автоматизации измерительного процесса путем введения системы клапанов )1апуска исследуемой среды и растворителя, а также дополнительного режима самоочистки при ускоренном вращении ротора и, кроме того, возможность получения информации о динамике процессов полимеризации, за- г устения и т.п. вязких средств при перемешивании во вращаюп1емся роторе,

Формула изобретения

Способ измерения реологических свойств жидкостей, заключающийся в формировании свободной поверхности помещенной в полом роторе жидкости в виде параболоида вращения путем принудительного равномерного вращения

упомянутого ротора и измерении динамического параметра, отличающийся тем, что, с целью сокращения аппаратурных затрат и повышения точности измерения за счет прлу- чения информации в виде временногЪ

13905336

интервала, скачкообразно останавливают ротор, а об измеряемом параметре судят по интервалу времени достижения свободной поверхностью жидкости по крайней мере двух заданных уровней.

Изобретение относится к способам измерения физико-химических параметров жидких сред, например вязкости, использующим вращение полого ротора с исследуемой жидкостью. Цель - сокращение аппаратурных затрат и повьппение точности измерения за счет получения информации в виде временного интервала. Полый ротор заполняют исследуемой жидкостью и равномерно вращают его с заданной угловой скоростью. После формирования поверхности жидкости в виде параболоида вращения ротор резко останавливают и измеряют время достижения свободной поверхностью заданного уровня. Преобразование время - искомый параметр производят с помощью вычислительного устройства по эмпирической формуле. В результате повы- щается точность измерения, так как исключается необходимость измерения таких величин, как скорость вращающегося потока, уровень свободной поверхности и т.п. Возможно также ис-. следование динамики процессов полимеризации, загустения и других. 4 ил. (Л

Физ.2

i.c

. 2,0

Ю 20 30 они ентрация, Рив.З

го

Редактор С,Пекарь

.

Составитель В.Крутин Техред М.Ходанич

Заказ 1760/42

Тираж 847

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

W

г

5,5 .с

Корректор В.Бутяга

Подписное