Устройство для измерения вязкости жидкости Советский патент 1980 года по МПК G01N11/14 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ

1

Изобретение относится к устройств ам для исследования физических свойств . веществ, в том числе и для измерения вязкости жидкости.

Известно устройство для измерения вязкости жидкости Ш .

Определение вязкости капиллярньп вискозиметром основано на законе Пуазейля и состоит в измерении времени протекания известного количества жидкости через узкие трубки круглого сечения при заданном перепаде давления.

Однако турбулентность потока в капилл$фах обуславливает существенные погрешности в измерениях.

В ротационных вискозиметрах. исследуемая жидкость находится.в зазоре между двумя соосными телами, одно из которых вращается, а другоенеподвижно. Вязкость определяется по крутящему моменту при заданной угловой скорости или по угловой скорости вращающегося тела при заданном крутящем моменте f2J .

Однако при измерении вязкости данным диспрЕВШетром разрушается структура исследуемой жидкости за счет чего точность измеретшй находится в пределах 3-5%.

Действие вискозиметров с движущимся в исследуемой среде щариком, как наиболее соверщенных, основано на законе Стокса. Вязкость определяется по скорости прохождения падающим или

10 всплывающим щариком промежутков между метками на трубке вискозиметра. Это устройство используется пртГконструировании и производстве, например, вискозиметра Гепплера, а также измерителя

15 вязкости 3J.

Однако из-за соприкосновения щарика . к стенке трубки при его движении неизбежны существенньге погрещности в из мерешда вязкости, достигающей 1-3%.

Наиболее близким техническим рещением к изобретению является устройство для определения вязкости жидкостей, в котором вязкость исследуемой жидкости 73 определяется временем интегрирования угповой скорости движения гирокамеры, помещенной в поворотный корпус с исследуемой жидкостью и двих.тцейся под действием гироскопичного момента и сил вяэКвРО трения на фиксированный угол 4 Однако данное устройство гдевоэможно использовать для постоянного контроля вязкости нсидкости в замкнутых тех нологических процессах. Целью изобретения является повышение точности иалерения вязкости жидкости в условиях непрерывного потока в широком диапазоне. Это достигается тем, что предлагаемое устройство снабжено системой компенсации момента вязкого трения, выполненной в виде датчика угла, выход которого соединен через усилитель с датчиком моментов, и регистрирующего устройства, включенного последовательно с обмоткой управления датчика моментов. На фиг. 1 представлена кинематическая схема устройства для измерения вязкости жидкости на фиг. 2 системы координат, связанные с корпусом (,) и с гиромотором (oxyz ), установленном в кардановом подвесе в виде поплавк ТгТредлагаемое устройство для измерения ъязкосття состоит из корпуса 1, выполненного в виде полого цилиндра и установленного вертикально, поплавка 2, который с помощью цапф и подшипников установлен в корпусе. Поплавок имеет возможность вращаться в корпусе относительно оси 3-3.. В погазсти, образованной поплавком 2 и внутренней поверхностью корпуса 1, помоцается исследуе мая жидкость 4. В поплавок 2 установлен гкромотор 5 центр тяжести которого смещен относительно оси подвеса 6-6 на некоторое расстояние Е (см. фиг.2), но находится на продольной оси 3-3 корпуса 1. Главная ось Z гиромотора 5 перпендикуЛ5фна к оси подвеса 6-6 и продольной оси 3-3. На оси 6-6 установлен датчик угла 7, выход которого связан электрически со входом усилителя 8. Выход уси лителя 8 соединен с управляющей обмоткой двигателя 9, в цепи которой последовательно включен регистрирующий прибор 10. Двигатель 9 через редуктор 11 имеет механическую связь с осью 3-3 поплавка. Датчик угла 7, усиливатель 8 и двигатель 9 с редуктором 11 образуют зам кнутую систему, обеспечивающую компен 84 сацию момента вязкого трения путем поддержания перпенднкул5фности главной оси Z гиромотора 5 к продольной оси 3-3 при вращательном движении поплавка 2с гиромотором 5 в исследуемой жидкости-. Двигатель 9 и редуктор 11 явл5потся датчиком моментов относительно вертикальной оси 3-3. Внутри корпуса 1 установлен датчик температуры 12. Корпус 1 имеет вводной и выводной штуцеры для подвода и вывода из полости исследуемой жидкости. Устройство для определения вязкости жидкости работает следующим образом. В полость между поплавком 2 и внутренней поверхностью корпуса 1 через вводной щтуцер подводится исследуемая жидкость. Корпус 1 устройства устанавливается так, чтобы продольная ось 3-3 совпадала с местной вертикалью L. (см. фиг.2). На гиромоТор 5, датчик моментов 9, усиливатель 8 к датчик угла 7 подае1х:я питание. Ротор гиромотора 5, свойства которого определяются величиной кинетического момента И , набирает номинальное число оборотов. С датчика угла 7 снимается сигнал, который через усилитель 8 поступает на датчик моментов 9. Под воздействием этого момента главная ось гиромотора 5 устанавливается перпендикулярно к продольной оси 3-3 ( ). Так как центр масс гиромотора 5 смещен относительно оси 6-6 подвеса на расстояние f , то сила тяжести создает момент М. относительно оси 6-6, определяемый выражением M,meg-,Г1) Под воздействием момента М в соответствии с правилом прецессии гиромотор 5 вместе с поплавком 2, выполняющим роль внешней рамки, начнет прецессировать относительно оси 3-3 с прстоягшой угловой скоростью c , определяемой выражением Р--(2) Поскольку поплавок 2 вращается в исследуемой жидкости, то возникает момент сил вязкого трения относительно оси 3-3, раБ11ый М ,(3) где - удельный коэффициент вязкости. Под действием момента М гиромотор 5 начнет прецессировать относительно оси 6-6 суглсрой скоростью (4) С течением времени угол р увелнчи(вается, за счет чего увеличивается и

напряжение, снимаемое с датчика угла 7 и подаваемое через усилитель 8 на датчик моментов 9. Последний прикладывает момент Nrt.M относительно оси 3-3, противоположный направлению момента М сил вязкого трения

9М- г(5)

где KQ, - передаточный коэффициент датчика моментов 9.

В установившемся движении М(,, Тогда с учетом вьфажение (З), (4) и (5) имеемц ,

M--i-L(6)

Учитывая, что имеет из(6

.(7)

НКамгде с - - масштабный коэффициент

о устройства.

Из вьфажения (7) следует;, что удельный коэффициент вязкого трения, а следовательно, и вязкость жидкости, пропорциональна току i , протекающему в обмотке управления датчика момён,тов 9. Велйгчина тока измеряется с помощью регистрирующего прибора Ю, проградуированного в единицах вязкости.

Следует подчеркнуть, что момент Мам на вращение гиромотора 5 относительно оси 3-3 практически не оказывает влияния. Время переходных процессов в системе компенсации момента вязкого трения составляет тысячные доли секунды. Соответствующим выбором параметров

данной системы обеспечивается достаточно малое значение угла р в установившемся режиме.

Измерение температуры исследуемой жидкости во время измерения вязкости осуществляется микроамперметром, включенным в диагональ моста, образованного разисторами и тиристором, помещенным внутри рабочей полости корпуса 1. .Формула изобретения

0 Устройство для измерения вязкости жидкости, содержащее гироскоп, отличающееся тем, что, с целью .повышения точности непрерывных измерений вязкости, оно снабжено системой компен5саций момента вязкого трения, выполненной в виде датчика yrrta, выход которогЧ) соединен через усилитель с датчиком моментов, к регистрирующего прибора, включенного последовательно с обмоткой

0 управления датчика моментов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 446429, кл. G 01 N 11/08, 1973.

5

2.Белкин И. М. и др. Ротационные приборы. М., 1968, рис. 17 д.

3.Патент Японии № 47-12833, кл. 111DO, 1972.

4.Ав торское свидетельство СССР

0 № 535481, кл. 601N 11/14, 1975 (прототип).