Способ контроля реологических характеристик суспензий Советский патент 1992 года по МПК G01N11/00 

Изобретение относится к исследованию и контролю физико-химических свойств дисперсных систем, в частности эмалевых шликеров, для которых с точки зрения технологических потребностей производства определяющими являются такие реологические характеристики, как предельное динамическое напряжение сдвига /са и пластическая вязкость пл

Цель изобретения - расширение технологических возможностей и повышение точности измерений реологических характеристик суспензий.

Измерение удельной электропроводности неорганических суспензий на переменном токе частотой 0,8- 5,0 кГц

при фиксированной плотности практически полностью устраняет поляризацию электродов кондуктометрической ячейки, приводящую к ошибкам в измерении электропроводности высококонцентрированных пластично-вязких систем с концентрацией твердой фазы выше 50% и с большим содержанием электролита (выше 2,3%), позволяет применить электроды не из платины; исключает электрофоретическое осаждение на положительном электроде кондуктометрической ячейки (аноде) твердых компонентов измеряемых систем и тем самым позволяет точно исследовать структурно-механические свойства таких высококонцентрированных пластично-вязких

СО

со о со

10

IS

систем, как эмалевые шликеры, цементные шламы, керамические массы, глазурные суспензии и др.

Все это расширяет технологические возможности средств контроля реологических свойств эмалевых шликеров, находящихся в динамике при движении по трубопроводу или в процессе окунания рабочего органа машины с изделием в ванну со шликером. Процесс измерения осуществляют при любом динамическом состоянии пластично-вязкой системы в отличие от известных ротационных и кондуктометрических методов, для которых измерения производят либо в равновесном (установившемся) режиме системы, либо в процессе восстановления ее структуры. Осуществить интегральный контроль реологических свойствQ эмалевых шликеров, можно например, просто в объеме рабочей ванны. Конструкция, реализующая предлагаемый способ, проста, датчик представляет собой лишь два электрода, встраивае- 25 мых в трубопровод или технологическую ванну.

На чертеже представлена схема осуществления предлагаемого способа с - помощью двух электродов кондуктомет- JQ рического датчика, помещенных в трубопровод с непрерывно циркулирующей исследуемой пластично-вязкой системой.

Электроды 1 кондуктометрического датчика 2 располагают в трубопроводе 3, в котором непрерывно циркулирует пластично-вязкая система 4, приводимая в движение с помощью насоса 5, откачивающего через отсасывающий патрубок 6 систему 4 из ванны 7 и подающего ее в ванну через нагнетательный патрубок 8 для перемешивания. Плотность р технологической пластично- системы 4 - эмалевого шликера задают конкретно для каждого вида из10

делия 9, закрепляемого в захвате машины-автомата 11.

Электрический сигнал с электродов 1 подают на кондуктометрический датчик 2 и считывают величину удельной электропроводности на индикаторе кон дуктомера. По зафиксированным значениям удельной электропроводности Э€ и плотностд р рассчитывают величины предельного динамического ния сдвига

ти пл.

Для случаев, когда в течение, на- пример, рабочей смены в технологичеснапряже-Фв и пластической вязкос17199694

;ком процессе (при нанесении эмалевого шликера) используют одно и то же изделие (например, кастрюлю 200 мм), плотность системы (шликера) поддерживают постоянной, а шкалу кондуктометра градуируют в единицах, соответствующих предельному динамическому напряжению сдвига. Тогда величина электрического сигнала соответствует кон- кретной величине данного реологичес- кого параметра, а отклонения от нее соответствуют колебаниям структурно- механических свойств системы по данному параметру. Таким образом, предлагаемый способ позволяет при фиксированном значении плотности измерять величину предельного динамического напряжения сдвига лишь по электрическому сигналу при соответствующей градуировке шкалы кондуктометра и не производить расчет параметра по формуле .

В отличие от ротационных способов, реализуемых в ротационных вискозиметрах, предлагаемый способ конструктивно реализуется в датчике, представляющем собой лишь два электрода, встраиваемых в трубопровод или техно- логическую ванну.

Для установления взаимосвязи реологических свойств силикатных суспензий с их электропроводностью проведены эксперименты в широком диапазоне рабочих плотностей, суть которых заключается в следующем. Готовят силикатные суспензии, например эмалевые шликеры, состоящие в основном из технологического стекла, глина и воды. Плотность их изменяется от 1,60 до 1,75 г/см3, что соответствует диапазону рабочих плотностей для данного класса суспензий. Определяют электропроводность суспензий при данной плотности и их реологические характеристики с помощью ротационного вискозиметра Теотест. Затем в суспензию с определенной плотностью вводят электролит и проводят соответствующие измерения электропроводности и реологических характеристик. Концентрацию вводимого электролита меняют от 0,1 до 1,0 г на 100 г эмалевого стекла. По полученным результатам строят семейство кривых в координа35

40

45

50

55 тах Ј0 - электропроводность ЭС для каждого из значений плотности р , что дает возможность получить математическую модель, доказывающую связь

50

Для установления взаимосвязи реологических свойств силикатных суспензий с их электропроводностью проведены эксперименты в широком диапазоне рабочих плотностей, суть которых заключается в следующем. Готовят силикатные суспензии, например эмалевые шликеры, состоящие в основном из технологического стекла, глина и воды. Плотность их изменяется от 1,60 до 1,75 г/см3, что соответствует диапазону рабочих плотностей для данного класса суспензий. Определяют электропроводность суспензий при данной плотности и их реологические характеристики с помощью ротационного вискозиметра Теотест. Затем в суспензию с определенной плотностью вводят электролит и проводят соответствующие измерения электропроводности и реологических характеристик. Концентрацию вводимого электролита меняют от 0,1 до 1,0 г на 100 г эмалевого стекла. По полученным результатам строят семейство кривых в координа5 тах Ј0 - электропроводность ЭС для каждого из значений плотности р , что дает возможность получить математическую модель, доказывающую связь

5 . 1719969&

удельной электропроводности суспен- кера, коричневой глазурной массы, зий с их реологическими характернсти- Каждый тип жидкости-.исследуют дважды. ками и плотностью.° Вначале исследование осуществляют

Таким образом, выполнив по предла- 5 предлагаемым способом. Для этого в гаемому способу замер лишь удельной ванну 7 с исследуемой системой 4 электропроводности Э€ при фиксирован- опускают электроды 1 кондуктометра 2, ном значении плотности р , можно с с Помощью которого измеряют значения достаточной степенью точности быстро удельной электропроводности . Изме- осуществить контроль структурно-меха- 10 рение последней проводят на перемен- нических свойств эмалевых шликеров с ном токе частотой 0,8 кГц. Площадь целью их последующей коррекции. При платиновых электродов составляет необходимости получения значений 1 см2, расстояние между электродами - структурно-механических свойств эма- 1,5 см, температура суспензий - 20± левых шликеров в данный момент време- 15 10,5 С. В качестве измерительного при- ни в виде реологических параметров бора используют мост переменного то- о и пл их величины с погрешностью, ка. По полученным .данным, измерив не превышающей 5%, могут быть быстро предварительно плотности исследуемых определены с помощью математической систем, с помощью зависимостей опре- модели путем подстановки в нее кон- 20 деляют Ј0 и .Затем каждую систе- кретных значений Жир. ity исследуют на устройстве, реализуюПример 1. С целью получения щем известный способ, и находят 20 сравнительных данных о времени, необ- и л по предлагаемому способу, ходимом для измерения реологических Пример 3. Проведены испыта- параметров силикатных суспензий по ния белого титанового эмалевого шли- предлагаемому способу в сравнении с кера, грунтового эмалевого шликера, известным точным и оперативным спосо- белой глазурной массы. Каждую плас- бом, основанным на ротационной виско- тично-вязкую систему исследуют дваж- зиметрии, проведены испытания различ- ды. Вначале исследование проводят ных силикатных суспензий, в частности 30 предлагаемым способом. Для этого че- эмалевых шликеров, глазурных суспен- рез электроды 1 кондуктометра 2, по- зий. Каждый тип жидкости исследуют мещенные в трубопровод 3 технологи- дважды-. Вначале исследование проводят ческой ванны 7, последовательно про- предлагаемым способом. Для этого че- гоняют насосом 5 исследуемые системы рез электроды Т кондуктометра 2, по- 35 с заРанее измереннойплотностью Д мещенные в трубопровод 3 технологи- и сразу же снимают значения удельной ческой ванны 7, последовательно про- электропроводности ЭС . Измерение гоняют насосом 5 исследуемые системы электропроводности проводят на пере- 4 с заранее измеренной плотностью Л менном токе частотой 5,0 кГц. В ка- и сразу же снимают значения удельной 40 честве электродов используют нержа- электропроводности/ЭС . Измерение веющую сталь. Площадь электрода сое- электропроводности проводят на пере- тавляет 1 см2, расстояние между ними- менном токе частотой 1 кГц. В качест- 2 см, температура суспензий - 2011°С. ве электродов используют платину. В качестве измерительного прибора ис- Площадь электрода составляет 1 см2, д$ пользуют мост переменного тока. По а расстояние между ними равно 1 см. полученным данным определяют Ј0 и Температуру суспензий поддерживают . Затем каждую систему исследуют постоянной и она составляет . В на устройстве, реализующем известный качестве измерительного прибора ис- способ, и находят Ј0 и по пред- пользуют мост переменного тока. По CQ латаемому способу, полученным данным с помощью эависи- Вне границ указанного интервала мостей определяют Ј0 и Ј „д . Затем точность измерений удельного сопро- каждую систему исследуют на устройст- тивления превышает 5%. Так, например, ве, реализующем известный способ, и при частотах 0,7 кГц она равна 5,75%, находят Ј0 и Ч пл по предлагаемому - а при частоте 5,5 кГц - 6,2%. способу.Таким образом, предлагаемый споПример 2. Проводят испыта- соб позволяет с точностью в 5% опре- ния грунтового эмалевого шликера, делять реологические параметры плас- фиолетового покровного эмалевого шли- типно-вязких систем, например эмалевых шликеров. Точность нахождения предельного динамического напряжения сдвига и пластической вязкости высококонцентрированных пластично-вязких систем с концентрацией твердой фазы выше 50% и с большим содержанием электролита (выше 2,3%), таких как эмалевые шликеры, цементные шламы, керамические массы, глазурные суспен- ,зии и другие, обеспечивается тем, что измерение удельной электропроводности осуществляют на переменном токе частотой 0,8 - 5,0 кГц при фиксированной плотности. По полученным значениям удельной электропроводности и плотности определяют предельное динамическое напряжение сдвига и пластическую вязкость с помощью найденных точных математических зависимостей, свя- зывающих искомые величины с соответствующими значениями удельной электропроводности и плотности. Измерения необходимых величин могут вестись в любом динамическом режиме системы.

Формула изобретения

Способ контроля реологических характеристик суспензий путем измерения их удельной электропроводности, о т- л-и чающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей способа и повышения точности измерений высококониентрированных

пластично-вязких суспензий, измеряют удельную электропроводность контролируемой суспензии на переменном токе частотой 0,8 - 5,0 кГц при фиксированном значении ее плотности, а величины предельного динамического напряжения сдвига и пластической вязкости определяют по формулам

ъ«

Q - ь-зе,- ср + джр+ fft2

пл де ЪС

Р

XI

р2 - Ур +

величина удельной электропроводности, CMtM ;

плотность исследуемого материала,

fi0 - предельное динамическое напряжение сдвига, Па}

гм пластическая вязкость, Па-с,

Q 20,4 Па;

Ь 440,1 См.м16,2

Па г- см

-3

d 264

Па

.г -см

-3

, Па-с

2,605 -г,тттт

(г-см 3)2

я IT SS1Ј-

о 4 I / - , г- см-3

6,425 Па-с; 17,5,