Способ определения плотности и вязкости жидкостей Советский патент 1992 года по МПК G01N9/10 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано в химической, нефтехимической, легкой промышленности и других отраслях народного хозяйства для исследования реологических характеристик жидких сред.

Известен способ определения плотности и вязкости жидкостей в замкнутом сосуде путем измерения времени перемещения в исследуемой жидкости двух рабочих тел (шаров) на заданном отрезке пути, причем рабочие тела имеют постоянные размеры и различную плотность и расчет плотности и вязкости.

Недостатком известного способа является увеличение количества рабочих тел, значительное время проведении измерений и расчета плотности и вязкости, недостаточная точность измерений плотности и вязкости.

Наиболее близким техническим решением является способ определения плотности .и вязкости жидкостей с помощью избыточного давления, создаваемого пнев- мосистемой, и передаваемого через исследуемую жидкость рабочему телу (шару).

В указанном способе для определения плотности исследуемой жидкости pi сначала плотность рабочего тела (шара) р посредством избыточного давления доводят до плотности исследуемой жидкости, а затем при нулевой скорости рабочего тела измеряют плотность жидкости. Сущность способоа предусматривает применение рабочего тела(шара) с первоначальной плотностью, меньшей плотности исследуемой жидкости, способного под действием внешних сил изменять свои размеры с сохранением формы и возвращаться к исходным размерам. К внешним силам относится исследуемая жидкость, давление которой может быть изменено.

При значительном порвышении давления рабочее тело(шар) уменьшает свой объем, плотность становится больше плотности исследуемой жидкости и оно начинает двигаться вниз, при снижении давления оно возвращается в исходное состояние.

Однако такой способ имеет недостаточную точность определения плотности и вязкости вследствие невозможности создания у рабочего тела идеальной сферы, что закоСП

с

VI VI о

00

к ю

номерно отражается на его режиме движения и сказывается на некорректности результатов измерений, а также сложен в осуществлении

Кроме того, невозможно в замкнутом сосуде, используя избыточное давление для регулирования плотнрсти рабочего тела, контролировать точность размера диаметра шара.

Целью изобретения является повышение точности и упрощение определения.

На чертеже изображено устройство, реализующее предлагаемый способ.

Устройство содержит измерительный сосуд 1, рабочее тело (шар) 2, приемники энергии 3 и 4, подсоединенные к программному устройству 5, дополнительный сосуд 6, соединенный с измерительным сосудом 1 в нижней части через клапан 7, направляющую втулку 8 из неферромагнитного материала, внутри которой находится шток 9, имеющий в нижней части магнит 10

К штоку 9 подсоединен пружинный тросик 11, который с помощью ползунка 12 может поднимать вверх и опускать вниз шток 9.

Для измерения высоты Н устройство снабжено системой измерения, смонтированной в середине верхней части обоих сосудов, содержащей подвижную металлическую измерительную линейку 13 с ценой деления 1 мм, в нижней части которой жестко закреплены два фиксатора 14 с отметкой на нуле линейки, и подвижный ползунок 15, имеющий с правой стороны фиксатор. Для измерения скорости движения рабочего тела 2, а соответственно и более широкого охвата диапазона вязко- стей, к примеру от ацетона до масел, в устройстве предусмотрено изменение нагрузки на рабочее тело 2 с помощью регулирования угла наклона.

В широко распространенных вискозиметрах с помощью шарика углы наклона трубки лежат в диапазоне 60-90°. Система измерения углов содержит лимб 16 на 180° и фиксатор углов 17.

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом

Устанавливают оба сосуда 1 и 6 на заданный угол наклона а, открывают клапан 7 и через один из сосудов 1 или 6 заливают исследуемую жидкость, уровень которой устанавливают выше приемника энергии 3. Это расстояние Н0 необходимо для того, чтобы к первой отметке шар 2 подошел в стационарном режиме движения.

Начальное расстояние Н0 складывается из двух величин: расстояние 40-50 мм (эта величина принята из тех соображений, что

и в вискозиметрах типа Хепплера с падающим шариком, первая отметка расположена на этом же расстоянии от стартового положения шара, чем и гарантируется выход шара на стационарный режим движения до подхода к измерительному участку), и половины предполагаемого превышения уровня Н, т.е. Н0 40-50+ Н/2 Но так как величина Н заранее неизвестна, то можно воспользоваться для определения Н0 следующей оценкой, например, плотность стального шарика, который чаще всего используется в измерениях, принять 8 г/см3, а плотность жидкости - 0,67 г/см3, т.е. заведомо более

низкую.

Учитыая что Н 16гш , где гш - радиус шара, можно рекомендовать превышение начального уровня Но жидкости в измерительном и дополнительном сосудах 1 и 6 над

первой отметкой измерительного участка: Но (40-50) + 8гш , мм Поднимают направляющую втулку 8 на 4-5 см выше измерительного сосуда 1 и прикладывают шарик 2 из ферромагнитного материала к магниту

10, опускают шток 9 вместе с шариком 2 в измерительный сосуд 1 с таким расчетом, чтобы шар 2 находился в погруженном состоянии, т.е. рабочее тело 2 занимает стартовое положение. Старт шарика из

погруженного состояния обеспечивает очень быстрый переход на стационарный режим движения, который устанавливается на той скорости движения, при которой результирующая сила, действующая на шарик,

равна нулю.

Для осуществления старта рабочего тела 2 с помощью пружинного тросика 11 и ползунка 12 поднимают вверх шток 9, соответственно переместится вверх шар 2, который. дойдя до нижней части направляющей втулки 8, отталкивается от нее и начинает свое свободное движение на заданном отрезке пути.

Из-за разности плотностей рабочего тела рш и исследуемой жидкости /ож, где/Зщ рж , рабочее тело 2 при малом зазоре 0,05 + 0,1 мм и углу наклона перемещается с определенной установившейся скоростью, которая должна соответствовать

неравенству Уш 0.04 м/с.

После старта шара 2 направляющая втулка 8 отводится вверх, занимая исходное положение над измерительным сосудом 1. Как только шар 2 начинает свое движение,

так сразу же в дополнительном сосуде 6 возникает превышение уровня над уровнем в измерительном сосуде 1, которое устанавливается, как только движение шара -станет стационарным. Это превышение Н уравновешивает давление, оказываемое движущимся шаром 2 на исследуемую жидкость, и содержит в себе информацию о плотности жидкости.

При прохождении рабочим телом 2 при- емника 3 на программном устройстве 5 регистрируется время начала прохожднения, а при достижении второго приемника 4 регистрируется время окончания движения шара 2 на измерительном участке.

Одновременно с этим подается сигнал на закрытие клапана 7. Измерение величи- ны Н производится либо во время движения шара 2 на измерительном участке, либо после того , как перекроется клапан 7, т.е. будет зафиксирован уровень в измерительном и дополнительном сосудах.

Измеренные значения Н и времени движения шара г на измерительном участке вносятся в программное устройство 5, где рассчитывается плотность рж и вязкость ;ж исследуемой жидкости по формулам:

т- время движения рабочего тела,с; а угол наклона измерительного устройства к горизонтали,градусы. Формула изобретения Способ определения плотности и вязкости жидкостей, включающий заполнение измерительного сосуда исследуемой жидкостью, перемещение в ней под действием силы тяжести рабочего тела - шара и регистрацию времени его движения на заданном отрезке пути,о тличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения определения, используют дополнительный сосуд, подсоединенный к нижней части измерительного сосуда, измеряют превышение уровня жидкости в дополнительном сосуде над уровнем жидкости в измерительном сосуде, а плотность и вязкость находят по формулам РШ

РЖ

1 4Н

4 гщ sin a

Сущность изобретения: во время движения шара измеряют превышение уровня жидкости Н в дополнительном сосуде, соединенном с измерительным сосудом через клапан, над уровнем жидкости в измерительном сосуде и по найденным величинам Н и т (время движения шара в измерительной трубке на заданном отрезке пути) по формулам определяют плотность/9Ж и вязкость г}ж исследуемой жидкости. 1 ил.

144

Ш.

Н

4 гш sin a

(1)

К r sin a

РШ

1 , 3 гш sin a 1 4 Н

(2)

где Н - превышение уровня жидкости в дополнительном сосуде над уровнем в измерительном сосуде, с/м;

PIX - плотность рабочего тела, г/см3;

гш - радиус рабочего тела, см;35

К - постоянная прибора;

Цж К т sin a

Piu

1 , 3 гш sina М Н

где Н - превышение уровня жидкости в дополнительном сосуде над уровнем в измерительном сосуде;

РШ - плотность шара;

гш - радиус шара;

К- постоянная прибора;

т- время движения шара;

а, - угол наклона измерительного устройства к горизонтали.

П

6