Способ измерения вязкости жидкостей Советский патент 1946 года по МПК G01N11/16 

Известен способ измерения физических свойств жидкостей, в частности, вязкости, основанный, на использовании явления изменения собственной частоты колебаний упругого тела при погружении его в исследуемую жидкость в зависимости от вязкости последней (авторское свидетельство jV 41243).

Как установлено, снижение собственной частоты колебаний тела зависит не только от вязкости л идкости, в которую его погружают, но и от других ее свойств, в частности, от удельного веса и плотности. Влияние того или другого из перечисленных факторов зависит от характера колебаний и форлмы вибрирующего тела.

Особенность предложенного согласно изобретению способа, основанного на использовании явления изменения собственной частоты колебаний тела при погружении его в исследуемую жидкость, заключается в том, что при погружении в жидкость тело приводят в вибрацию в плоскости, параллельной оси его крепления. Для этой цели вибрирующее тело выполнено симметричной формы относительно оси крепления, причем площадь его сечения в плоскости, перпендикулярной к оси его крепления, должна быть возможно мала.

На чертеже фиг. 1 изображает в двух проекциях одну из возможных форм выполнения прибора для измерения вязкости согласно предложенного способа, а фиг. 2 - различные формы выполнения вибрирующего тела.

Как указывалось выше, снижение частоты вибрирующего тела при погружении его в жидкость определяется двумя факторами: вязкостью и плотностью (удельным весом) последней. Влияние вязкости сводится к тому, что некоторое количество жидкости (слой, прилегающий к поверхности тела) движется вместе с телом, как бы увеличивая этим его массу.

Таким образом действие некоторой части жидкости, движущейся вместе с телом, эквивалентно нагрузке вибрирующей системы грузом, укрепленным на ней. При сохранении тех же упругих свойств

величение массы ведет к снижеию частоты. Другой фактор - лияние сопротивления жидкости вижению тела - также ведет к нижению резонансной частоты коебаний последнего. В итоге, прибор, построенный по методу вибрации, будет давать показания, пропорциональные не абсолютной, а относительной вязкости, аналогично вязкозиметрам Эпглераидр. Влияние каждого из указанных факторов зависит от формы вибрирующего тела. Очевидно для того, чтобы основным влияющим на частоту фактором была вязкость, необходимо, с одной стороны, чтобы соприкасающаяся с жидкостью поверхность тела была наибольшей, а с другой, чтобы «лобовое сопротивление тела в направлении движения было минимальным.

Соотношение относительного воздействия каждого из факторов на снижение частоты будет, следовательно, определяться постоянной прибора, которая в известных пределах быть выведена расчетным путем, а в еще большой степени установлена эксперимен-, тально.

При наличии вибрирующего тела в виде упругой плоской пластинки, колеблющейся в направлении, перпендикулярном к ее плоскостк (как, HanpiiMep, язычек в обычном вибрационном частотомере), соотношение влияющих факторов будет явно невыгодным, так как сопротивление движению пластинки со сторон жидкости будет наибольшим.

Предлагаемая ниже форма выполнения колеблющегося тела является в этом отношении наиболее выгодной, так как сопротивление движению в жидкости будет минимальным, а полезная поверхность будет наибольшей.

В простейшем случае таким телом будет плоская пластинка, колебания которой направлены вдоль ее плоскости. При этом «лобовое сопротивление движению будет определяться площадью ее ребра, которая, вообще говоря, при малой толщине пластинки ничтожна, а

поверхность пласт;П ;си, наоборот, может быть сколько угодно увеличена.

На чертеже фиг. 1 изображает одну из возможных вариантов выполнения прибора. На рамке 1 в верхней ее части укреплен электромагнит, служащий для возбуждения колебаний и состоящий из сердечника 2 и обмотки 3.

Вибрирующая подвижная система состоит из плоской пластинки 4. В верхней части ее на тонком стержне 6 укреплен железный якорек 5. При погружении всей системы в жидкость якорек находится над ее поверхностью и поэтому не создает дополнительного сопротивления при вибрации системы. Система эта упруго подвешена на пружинах 7, от упругости которых зависит собственная частота колебаний всей системы. При помощи натяжного винта 8 и гайки 9 эта частота колебаний может изменяться предварительно в процессе настройки или во время измерения.

Работа описанной системы происходит следующим образом. Подвижная часть устройства, состоящая из пластинки 4 с якорем 5 и пружинами 7, представляет собой систему, настроенную механически в резонанс на определенную собственную частоту. Если частота ее совпадает с частотой переменного тока, питающего электромагнит 2, 3, то она начнет вибрировать с максимальной амплитудой в вертикальном направлении в плоскости чертежа.

При погружении всего прибора в Исследуемую жидкость таким образом, чтобы пластинка 4 была в нее погружена полностью, а якорь 5 находился над ней, резонансная частота настройки изменится и амплитуда колебаний упадет. Для возобновления этих колебаний необходимо либо изменить частоту питающего электромагнит переменного тока, либо изменить настройку системы механически, меняя натяжение пружин.

Таким образом по частоте переменного тока, необходимой для восстановления резонанса системы,

оЛ{з€ДеЛйгот изменение ее собственной частоты колебаний.

Описанная выше форма вибрирующего тела, в виде плоской пластинки, понятно, не является единственно возможной. Может быть применено любое одинаковое во всех сечениях тело, поверхность которого в направлении движения должна быть минимальной, а в направлении, перпендикулярном движению, наоборот, возможно большей. Дальнейшим развитием этой идеи может быть применение «звездочки из двух или большего числа перекрещивающихся пластинок, пересекающихся в центре (фиг. 2А); вибрирующее тело может представлять собой также полый цилиндр (фиг. 2Б) или многогранную призму, либо любую иную форму, в зависимости от условий и требований работы.

Точно так же могут быть разнообразны и методы дальнейшего использования изменений частоты колебаний системы в зависимости от вязкости. Этот метод особенно может быть полезным при передаче показаний на расстоянии или для целей автоматического управления.

При передаче на расстояние данных об изменении вязкости для целей измерения или автоматического управления, может быть использовано значительное количество известных методов телеизмерения, в частности, поскольку в данном случае имеет место изменейие частоты, напрашивается применение импульсно-частотного метода. Можно указать на следующие возможные варианты.

1.Вибрирующее тело снабжено контактом, замыкаемым при резонансе колебаний. Этот контакт выведен к месту наблюдения и использован для замыкания сигнальной цепи (лампа, неоновая лампа и т. п.). Частоту переменного тока меняют до получения сигнала о наступлении резонанса. Частота тока указывается каким-либо известным способом.

2.Автоматическое измерение по

методу динамической компенсации: частота меняется беспрерывно и периодически в определенном диапазоне. Регулятор частоты снабжен шкалой, освещаемой газосветной лампой, включенной в цепь сигнала вибратора. При каждом обороте регулятора частоты происходит вспышка лампы, освещающая шкалу с указателем.

3. Весьма целесообразным является использование самого вибратора в качестве генератора частоты. Для этой цели добавляется небольшой электромагнит, устанавливаемый сбоку или снизу якоря. Электромагнит включен в виде обратной связи в цепь сетки лампы, в анодную цепь которой включен основной электромагнит вибратора. При выведении якоря из разновесия в системе самовозбуждаются колебания с частотой настройки вибратора. При всех изменениях частоты последнего, при его погружении в жидкость, будет соответственно изменяться генерируемая частота переменного тока. Последняя быть передана на любое расстояние, в частности, как уже указывалось, методами частотноимпульсной телеметрии.

Предмет изобретения

1.Способ измерения вязкости жидкостей путем определения изменения собственной частоты колебаний вибрируюшего тела при погружении его в исследуемую жидкость, отличающийся тем, что указанное тело, приводят в вибрацию в плоскости, параллельной оси его крепления, с той целью, чтобы перемещение жидкости происходило вдоль поверхности тела.

2.Прибор для осуществления способа по п. 1, отличающийс я тем, что вибрирующее тело выполнено симметричной формы относительно его оси крепления с незначительной площадью сечения в плоскости, перпендикулярной к оси крепления, с целью уменьшения лобового сопротивления тела при его колебаниях в жидкости.

IB