Способ определения вязкости ньютоновской жидкости Советский патент 1981 года по МПК G01N11/00 

(54).СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ НЬЮТОНОВСКОЙ ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к технике непрерывного измерения вязкости ньютоновских жидкостей.

Известен способ определения вязкости жидкости при заданной температуре как суглмы измеряемых величин, одна из которых пропорциональна нескорректированному контролируемому параметру, а другая - отклонению температуры жидкости от заданной. При этом у последней регулируется коэффициент пропорциональности так, чтобы независимо от величины температуры обеспечивалось постоянство указанной суммы 1.

Известен еще способ определения вязкости жидкости в потоке путем измерения моментов при ее даформировании одновремег1но в двух ротационных вискозиметрах с обратно пропорциональными скоростями. Найденные значения момента используют для расчета вязкости 2.

Наиболее близок к предлгигаемому спосоС определения вязкости потока жидкости, состоящий в пропускании жидкости с ПОСТС5ЯННОЙ скоростью через теплоизолированный сосуд, измерении и послелующем сравнении темпера- тур потока Hii входа и выходе этого

сосуда. О вязкости жидкости судят по величине рассогласования между измеряемыми температурами, используя при этом известные свойства потока и рабочие параметры сосуда 3.

Недостатком такого способа является зависимость результата измере- ния вязкости от величины измерения температуры жидкости при ее прохож10дении через измерительный сосуд, что особенно важно для высоковязких расплавов полимеров, у которых вязкость весьма существенно зависит от температуры.

15

Цель изобретения - повышение точности измерения вязкости жидкостей в потоке, особенно высоковязких распла ВОВ и растворов полимеров.

Поставленная цель достигается тем, что измеренную разность температур потока на входе и выходе теплоизолированного сосуда сравнивают с заданным ее значением, подвергают

механической деформации поток жидкости в сосуде, изменяют скорость деформации жидкости при отклонении измеряемой разности температур от заданной, поддерживают постоянно указан ную разность температур и измеряют скорость деформации, по которой судя о вязкости жидкости. Разность температур потока на вхо де и выходе теплоизолированного сосу да ЛТ вследствие диссипации энергии деформирования в жидкости, протекающей через сосуд с- объемной скоростью за промежуток времени (tj-t) в от сутствие теплового рассеяния, находя ия сравнения теплового баланса tj J u) М d t Ц,9 (tj-t,) (1) где W, м - скорость и момент деформи рования соответственно; р, с - плотность и теплоемкость измеряемой жидкости. Так как момент и скорость деформирования в общем случае Функциями времени не являются, то после преобразования числителя и сокращения общего множителя в правой части уравнения (1) получим и)н (.IS loJ/CpV Выразив момент М через составляющие известной формулы определения вязкости ньютоновской жидкости в ротационном устройстве и К-И и (х: после соответствующей подстановки в уравнение (2) получим уравнение ГЭТс из которого следует, что для сохран ния постоянства температурного пере пада как основного условия термоста билизации потока жидкости в измерительном сосуде скорость деформации следует регулировать обратно пропор ционально вязкости в степени 0,5. После замены сомножителей в знам нателе уравнения (4) одним К 4,19-10кс/.У, решив данное уравнение относительно вязкости, находим КАТ о) т.е. при постоянстве теплового пото ка жидкости, поступающей в измерительный сосуд, и температурного пер пада, измеренного на входе и выходе сосуда, вязкость является функцией единственной переменной - скорости деформации. Более высокая точность измерения вязкости жидкости достигается тем, что исключается влияние изменения температуры на результат измерения В данном случае при постоянстве заданного температурного перепада изменяется скорость деформации, которая, как нявестно, не влияет на реультат измерения вязкости ньютоовской жидкости в области ламинарого течения. Пример 1.Расплав полиэфирной молы - ПЭТФ (с.0,488 ккал/кг-град р,11,8 г/смЗ), представляющий собой ьютоновскую жидкость при скорости двига менее 500 с температурой пропускают через термостатированный при той же температуре сосуд с объемной скоростью 0,02 л/с, в сосуде имеется деформирующий орган мешалка, частоту вращения которой можно, изменять в от 20 до 80 о.б/мин. Предварительно найденное значение конструктивной постоянной К,. входящей в формулу (5) равно 2,75 хю . Плавно увеличивая частоту вращения мешалки, температуру потока на выходе доводят до 286С. Установившаяся частота вращения мешалки при этом составляет 62 об/мин. Вязкость расплава, рассчитанная по уравнению (б), для вышеуказанных условий составляет 286 Па-с, что соответствует вязкости того же расплава, найден °й через показатель характеристической вязкости раствора данного полиэфира в ортохлорфеноле, П р и М е р 2. Для контроля вязкости расплава полиэфира ПЭТФ в зависимости от условий его получения расплав пропускают через термостатированный измерительный сосуд, работающий при тех же условиях, что указанные в предыдущем примере. Температура на выходе сосуда устанавливается на уровне 284,бс. Постепенным подъемом частоты вращения мешалки увеличивают температуру расплава на выходе до ранее установленного значения, равного . При этом частота вращения мешалки составляет 77 об/мин. Вязкость, рассчитанная по уравнению (5) в данном случае составляет 186 Па.с, что соответствует вязкости того же расплава полиэфира, найденной через показатель характеристической вязкости. Отградуированная подобным образом шкала прибора, измеряющего частоту вращения мешалки, в полном диапазоне возможных значений вязкости (для этого примера составляющего 186 - 286 Па-с) позволяет независимо от измерения температурных условий, а следовательно, с более высокой точностью контролировать вязкость получаемого продукта. Преимущественная область применения способа измерения вязкости в потоке - ньютоновские жидкости с вязкостью 100 Па-е (1000 П) и более, такие как, например, расплавы-и растворы полимеров, латексы; При необходимости предлагаемый способ можно применить для измерения вязкости жидкостей, составляющей сотни пуаз. В этом случае следует повысить частоту вращения л формирунндего орг-ана либо использовать специальную .его конструкцию, обесиегивающую высокие ско рости сдвига исследуемой жидкости в области ламинарного течения. Применение предлагаемого спосроа измерения вязкости, инвариантного к температурным условиям измерения, обеспечивает более точный и надежный контроль вязкости исследуемой жидкос ти, в частности, в системах автомати зированного управления технологичес ними процессами производства синтети ческих волокон и обеспечивает экономию средств в этой отрасли. Формула изобретения Способ определения вязкости ньюто новской жидкости в потоке, состоящий в пропускании жидкости с постоянной скоростью через теплоизолированный сосуд, ча ерении и последующем срав46нении температур потока на входе и выходе этого сосуда, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерения, измеренную разность температур потока на входе и выходе сосуда сравнивают с заданным ее значением, подвергают механической деформации поток жидкости в сосуде, изменяют скорость деформации жидкости при отклонении измеряемой разности температур от заданной, поддерживают указанную разность температур постоянной и измеряют скорость деформации, по которой судят о вязкости жидкости. Источники ииформгши, Принятые во внимание при экспертизе I. Авторское свидетельство СССР 285333, кл. G 01 N 11/00, 1969. 2. Авторское свидетельство СССР 321721, кл. G. 01 N 11/00, 1970. 3. Патент США 3930399 кл. G 01 N И/00, 1978 (прототип).