Способ определения вязкости растворов электролитов Советский патент 1977 года по МПК G01N11/00 

1

Изобретение относится к способам определения вязкостных характеристик полидйсперсных растворов электролитов и может быть использовано в нефтяной, газовой, гор ной, химической и других отраслях промышленности.

Известен cnoto6 измерения физико-хими ческих параметров исследуемых сред , например поверхностного натяжения, заключающийся в том, что заполненную исследуемой жидкостью кювету прямоугольной формы из изолирующего материала, на внутренней поверхности боковых стенок которой укреплены массивные медные электроды, помещают в однородное постоянное магнитное поле. Длину электродов выбирают такой, чтобы электроды не выходили из области однородного магнитного поля.

К электродам подводят переменный электрический сигнал от звукового генератора через .мощный усилитель низкой частоты, В результате взаимодействия постоянного магнитного поля напряженностью Н с переменным электрическим током плотностью jo . в. объеме электролита возникает объемная снпа FCP joMoS HW-k), изменяющаяся по такому же закону, что и электрический ток. Эта сила вызывает периодические колебания жидкости, заполняющей кювету, что приводит к образованию на поверхности жидкости капиллярных волн, частота которых равна частоте вынуждающей силы, а следова-. тельно, и частоте переменного тока, В зависимости от соотношения частоты и длины волны, с одной стороны, и длины кюветы в направлении распространения волн, с другой, на поверхности жидкости возникают стоячие или бегущие капиллярные волны, и коэффициент поверхностного натяжения определяется длиной бегущей или стоячей капиллярной волны.

Известно, что капиллярные волны быстро затухают с расстоянием от места возбуждения. Поэтому если длина кюветы много больше длины волны, то интенсивность отраженной от противоположной стенки кюветы волны невелика и стоячая волна не образуется. В случае, когда длина кюветы соизмерима с длиной волны, на поверхности жидкости обрдг уотся устойчивая кпртн- не стоячих BWIft, Длину волны измеряют известными спг собами, например оптическими, в отрожонном или проходяшем свете или зпектрическими, например способом поляризованкого электрода. После иэмербиия шшмы волны определя Ют коэффициент поверхностного натяжения по формуле: . где Д - длина бегущей каниллярной волуО - плотность жидкости: f - частота капиллярных волн, рабная частоте переменного тока; tf - ускорение силы тяжести. Этим способом можно измерять коэф фициент поверхностного натяжения неэлектропроводных или слабопроводящих жидкостей, используя то обстоятельство, что коэффициент поверхностного натяжения на границе двух жидкостей равен разности коэффициентов поверхностных .натяжений обеих жидкостей. Поэтому, зная, например, поверхностное натяжение электропроводной жидкости и поверхнострое натяжение грани цы раздела, можно определить поверхностное натяжение неэлектропроводной жидкости. Для этого в кювету наливают два слоя жидкости, изменяют длину волны на границе, принимая во внимание то, что при одной и той же частоте возбуждающей силы длина волны на свободной поверхности и на границе раздела будет разной. К недостаткам описанного способа относится ограниченность его применения только для измерения вязкости жидкостей, электропроводность которых обусловлена одним видом положительных и одним видом отрицательных ионов. Если жидкость представляет собой смес нескольких электролитов,, то невозможно учесть влияние, оказываемое различными подвижностями (зарядами, массами) ионов на величину и форму капиллярных волн при воздействии на жидкость Постоянного магнитного и переменного электрического полей. Кроме того, влияние заряженных диспер сных частиц твердой фазы на вязкость й идкостей вообще не может быть учтено при измерениях этим способом, поскольку ихi собственные резонансные колебания . в пределах от 0,О1 до 100, иногда (при размерах частиц 1О + Ю см) Гц, т.е. параметры капиллярных вол олучающиеся ирп токнх ч;)С)отнх и,;1море ия элоктрнчоского ноля, невозможно измеить известными способами вследствие их ольшой длины и малой fl nIлитyды. Ближайшим техническим реиюнием к предложенному является способ определения вязкости растворов гушкгролитов путем воздействия на яих MaiiiiiTiipro поля и измерения их электросопротивления 2j. Этот способ не позволяет получать точные результаты, поскольку в постоянном магнитном поле на ионы электролитов, движущиеся под действием электрического поля, действуют силы, пропорциональные их заряду и массе, которые не могут быть учтены (измерены) описываемым способомизмерением части объема жидкости, помещенного в магнитное поле, ибо ток, протекаюШий через этот объем и являющийся И1 дикатором электросопротивления, затрачивается на перемещение ионов разных масс и зарядов с разными скоростями, т.е. исследуемая жидкость деформируется ионами с различной силой, что искажает результаты измерения ее вязкости. Особенно большие погрешности обнаруживаются при измерении вязкости смеси различных электрс литов. Кроме того, при измерениях описанным способом невозможно определить вклад, вносимый в общую измеряемую вязкость такими факторами, как вязкость дисперсионной среды (чистого растворителя или смеси чистых жидкостей)j вязкость, обусловленная наличием в электролите ионов и молекул растворенных веществ, КОЛЛОИАЬно-дисперсных частиц, грубодисперсных чаот тиц. Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерений. Указанная цель достигается тем, что раствор электролита подвергают воздействию переменного магнитного поля и электрического поля, перекрашивающегося.с магнит ным полем и синфазно с ним изменяющегося, измеряют время стабилизации электросопротивления при различных фиксированных частотах и определяют вязкость электролита по формуле: ,.-. 21. -о iгде К - постоянная измерительной С - относительная диэлектрическая прс ницаемость исслед екЕой жидкости; удельная эпектропровоаность в электродной зоне по прошествии времени t после наведения электрического к магнитного полей, Xg- начальная удельная электропрово ное ть ом i - время стабилиаац н электросопротивления в электродной зоне сек; W - частота Ичэмепения электрическо го и магнитного попей, Гц. Па чертеже представлена схема реализации предложенного способа определения вязкости растворов электролитов. Исследуемый объем 1 электролита пронизывается переменным электромагнитным полем j - Н в направлениях, указанных на схеме. Изменяясь синфазно в объеме иссле дуемого раствора, электрическое j и магнитное Н поля так воздействуют на заряженные частицы, что при их : возвратно- поступательном движении под действием электрического поля возникает сила Лорент па, направленная постоянно к измерительным электродам 2. Под действием этой си лы по истечении некоторого времени с момента включения силовых полей заряженны частицы начинают собираться из всего объ ма раствора в зоне электродов 2, Миграцию частиц можно наблюдать по изменению электропроводности и диэлектрической проницаемости различных зон раствора, . Если частота изменения напряжен- иости электрического и магнитного полей настолько велика, что заряженные частицы иод действием электрического поля совер- шают лишь незначительные по амплитуде колебания около положения равновесия, то сила Лорентиа возникнуть не может и электро проводность (диэлектрическая проницаемость в электродной зоне 2 остается постоянной. Изменения электропроводности и диалек- трической проницаемости в зоне измерительных электродов 2, записанные на диaгpa nviнyю ленту самопишущего прибора 3 с момента включения силовых долей одного из частотных диапазонов и до устагновления стабильных во времени значений, позволяют определить вязкость среды, ока зывающей сопротивление движению заряженных частяц йиределенных размеров. Изменение электрических свойств в пр электродной зоне с изменением частоты электромагнитного поля j - Н свидетельствует о наличии в растворе заряженных частиц таких размеров, при которых они усиевают за период изменения электрического поля сместиться на расстояние, доста точное для того, чтобы, отклониться под действием силы Лорентца, Процесс изменения электрических показателей раствора под действием переме ногоэлектромагпитного поля тфодолжнотся до момента установления равновесия между электрическими силами, вызывающими и: менение концентрации заряженных частиц, и диффузионными процессами, стремящимися выравнять концентрацию во всех точках объема раствора. Вязкость растворов электролитов, содержащих заряженные дисперсные частицы, можно определить по выраженикз: -Г.-Г i 60 1+W где;К постоянная измерительной схемы/ е - относительная диэлектрическая проницаемость исследуемой жидкости: t - время стабилизации электросопротивления в электродной |зоне, сек; 60 - частота нзменеЙйгя электри-ческого и магнитнес.0 полей, Гц; Х - удельная электропроводность в электродной зоне по прошествии времени t после включения электрического и магнитного полей, ом. см начальная удельная электропроводность, ом , см , При использовании изобретения на предриятиях горной промышленности при обоащении компонентов, мало различающихся о плотности, можно получить i экономичесий эффект порядка 20000 руб. в год. Формула изобретения Способ определения вязкости растворов лектролитов путем воздействия на них агнитного поля и измерения их электроопротивления, отличаюЛ1ийх;я м, что, с целью повышения точности и сширения диапазона измерений, растэор ектролита подвергают воздействию пеменного магнитного поля и электричеоt o поля перекрещивающегося с магнит м полем и синфазнд с ним изменяющеся, измер яют время стабилизации элекосопротивления при различных фиксиронных частотах и определяют вязкость ектродитй по формуле: 60ддс,,гс It- %о ., а) it де к - постоянная измерительной схемы, . - относительная диэлектрическая -/проницаемость исследуемой среды.

- время стабилизации эле;ктросопротквлення в электродной зоне, сек

- частота изменения апектрического и магнитного полейЛ Гц;

- удельная эйектропроводность в электродной зоне по истечении .времени t тюсле наведения электричесзкого и магнитного полой, Ом .

начальная удельная электропропроводность. Ом . см .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1,Авторское свидетельство СССР № 409116, кл. G: 01 N 13/02. 1972.

2.Авторское свидетельство СССР № 37383, кл. & 01 М 11/02, ,1933.