Способ определения кинематической вязкости жидкости Советский патент 1992 года по МПК G01N11/16 

Изобретение относится к измерительной физике, в частности к висмозиметрии, и может быть использовано в реологических измерениях.

Известные способы определения вязкости жидкости можно условно разделить- на статические и динамические.

Один из распространенных статических способов - метод Пуазейля, основанный на измерении времени протекания известного количества жидкости через капилляр известного диаметра при постоянном давлении столба жидкости и постоянной температуре.

Недостатками метода являются. .большое время измерения и наличие баро- и термостатирующей системы.

Известен динамический способ определения кинематической вязкости жидкости, который заключается в определении коэффициента затухания бегущей поверхностной волны, пропорционального логарифму

отношения амплитуд волны, измеренных в различных точках поверхности жидкости.

Недостатком этого способа является требование высокой чувствительности системы индикации, связанное с использованием поверхностной волны малой амплитуды, так как при возбуждении волн большой амплитуды вследствие нелинейности свойств жидко- .сти возникают индуцированные течения, снижающие точность определения искомого параметра.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, основанный на измерении последовательно при нескольких значениях температуры среды параметров погруженного в нее вибратора. В частности, данный способ позволяет определить вязкость жидкости.

Однако диапазон измеряемых значений вязкости ограничен, так как точность известного способа значительно снижается при малых значениях v, что связано с конструктивными особенностями устройства.

XI

кэ со XI ю XI

Недостаток этого способа - наличие термостатирующей системы, что приводит к значительному увеличению времени одного измерения.

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых значений кинематической вязкости жидкости в сторону малых значений.

Сущность способа состоит в том, что изменяют амплитуду колебаний волнопро- дуктора (пластины, помещённой параллельно поверхности жидкости на некоторой глубине, зависящей от мощности колебательной системы) до момента возникновения (или исчезновения) стоячей поверхностной волны, а по измеренной в момент ее возникновения (или исчезновения) амплитуде колебаний вол- нопродуктора определяют кинематическую вязкость жидкости.

Явление параметрического возбуждения стоячей поверхностной волны использовалось ранее для определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости.

Однако принципиальным в описанном случае является наличие сосуда-резонатора, в котором возбуждается волна и измерение частоты возбуждающей системы, а не пороговой амплитуды возбуждения.

Изобретение основано на эффекте параметрического возбуждения поверхностных волн. Суть эффекта заключается в том, что расположенная горизонтально на небольшой глубине h прямоугольная пластиг на-волнопродуктор, совершающая гармонические колебания с круговой частотой Q 2,rF в вертикальной плоскости вызывает появление переменной составляющей g у ускорения свободного падения g такой, что при g g nop (g nop - пороговое значение) на поверхности жидкости возбуждается стоячая поверхностная волна с круговой частотой со 2л f, вдвое меньшей Q Это справедливо для любого диапазона длин поверхностных волн, однако выбран диапазон капиллярных длин волн (Я 1,7 см, Я- длина волкы).что позволило создать весьма компактную установку.

Независимо от способа возбуждения круговая частота со капиллярных волн на поверхности глубокой (d A, d - глубина жидкости) жидкости связана с волновым числом к -2 я/Я дисперсионным соотношением

о.к3(1)

где о- коэффициент поверхностного натяжения:

р - ее плотность.

Для согласованного слоя порог параметрической генерации поверхностных волн определяется из решения уравнений

IMLfl (Д-Р , k2}-1 .

/С I/

/d(/ | °Pik2)2-(yl)2 ;(2)

у 2 v kVVrp . где I - длина волнопродуктора; Ацпор - пороговая амплитуда накачки; Vrp - групповая скорость волны, определяемая как производная d w/dK из (1). Порог параметрической генерации определяется не только диссипативными потерями у, но и размерами

5 области возбуждения. Физически это означает, что подводимая мощность расходуется не только на компенсацию потерь, но и на излучение волн с торцов области возбуждения. Определив по измеренному значению

0 Анпор коэффициент затухания у, можно вычислить

3(7 ..,„

(3)

ZJlFp

В пределе малых потерь 5 (у1/(АГр1к2)«1) Зст

0

5

0

5

0

5

v

2.71 Yp

а в пределе (У1/(АЙ°Р|К2)1)

3(7 г/пор

( I k2)2 - (я/2)2, (4)

больших потерь

(ГЧк2) J (5)

На чертеже приведена схема устройства для реализации способа.

Устройство для определения кинематической вязкости жидкости состоит из волнопродуктора 1, механической колебательной системы 2, жестко с ним связанной, задающего генератора 3 синусоидального напряжения, амплитуда и частота сигнала которого может плавно изменяться. Измерение электрической амплитуды сигнала производится вольтметром 4. Фиксирование момента возбуждения (срыва) поверхностных субгармонических воля осуществляется системой 5 индикации.

Определение относительных значений кинематической вязкости осуществляется следующим образом.

Волнопродуктор 1 (шириной Ь«Я и длиной К10b) помещают на глубине h 0,5 -1,5 см параллельно поверхности жидкости и устанавливают частоту возбуждения в диапазоне 40 - 50 Гц (этот диапазон относится к области капиллярных длин волн, но в то же время для возбуждения поверхностной волны нужна небольшая механическая мощность). Увеличивая амплитуду сигнала генератора 3, добиваются появления поверхностной стоячей волны, фиксируемой сиетемой 5 индикации. По прибору 4 фиксируют Ub. Аналогично определяется UCp по моменту исчезновения поверхностной полны. По измеренным UB и UCp вычисляют Unop Unop 1/2 Ub+UcP.(6)

Такую процедуру проводят два раза для эталонной и исследуемой жидкости, погружая волнопродуктор на одну и ту же глубину и оставляя неизменной частоту возбужде ния. Взяв из таблиц значение кинематической вязкости эталонной жидкости tVr, a также значения плотности р и коэффициента поверхностного натяжения а исследуемой и эталонной жидкостей, по формуле, получен ной из (1) и (3), определяют значение кинематической вязкости исследуемой жид-, кости

УИССЛ Unop гОиссл//Оиссл-| Ь

эт

гОиссл//Оисс L OW/TVT

JJUn СТзт// з

Unop

Способ использован для относительных измерений кинематической вязкости дистиллированной воды (в которую для электропроводности добавлена поваренная соль) при различной температуре, измеряемой спиртовым термометром. Привязка осуществлялась по значению vnpnt 15°С. Разброс экспериментальных значений не

превышал 2%, а погрешность определении при сравнении со справочными данными не превышала 4%. Время одного измерения составляло 0,5 - 1,0 мин,

В экспериментах использовалась зондовая система индикации, применимая лишь для электропроводных жидкостей. Это обстоятельство не сужает класс исследуемых жидкостей, поскольку для определения

0 вязкости неэлектропроврдных жидкостей может быть использована оптическая система индикации.

Формула изобретения 5Способ определения кинематической

вязкости жидкости, включающий измерение амплитуды колебаний волнопродукто- ра, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых значе- 0 ний кинематической вязкости жидкости в сторону малых значений, изменяют амплитуду колебаний волнопредуктора до момента возникновения или исчезновения стоячей поверхностной волны, а по изме- 5 репной в момент ее возникновения или исчезновения амплитуде колебаний волнопродуктора определяют кинематическую вязкость жидкости.

Использование: измерительная физика, в частности вискозиметрия. Сущность изобретения: измеряют амплитуду колебаний волнопродукта (пластины, помещенной параллельно поверхности жидкости на некоторой глубине, зависящей от мощности колебательной системы) до момента возникновения (или исчезновения) стоячей поверхностной волны. По измеренной в момент. ее возникновения (или исчезновения) амплитуде колебаний волнопродукта определяют кинематическую вязкость жидкости. 1 ил.