Способ определения вязкости жидкости

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Кашевский Бронислав Эдуардович Кашевский Сергей Брониславович Прохоров Игорь Викторович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) Способ определения вязкости жидкости, включающий введение в жидкость магнитных частиц, воздействие на жидкость с частицами переменным магнитным полем, регистрацию характеристик динамической намагниченности жидкости с частицами и определение вязкости жидкости с учетом зарегистрированных значений, отличающийся тем, что в качестве магнитных частиц используют микрометровые гранулы композиционного материала, содержащие немагнитную матрицу и высококоэрцитивные ферромагнитные частицы, выбирают объемную концентрацию гранули их остаточную намагниченность , а также амплитуду 0 и частотупеременного магнитного поля с учетом нижней границы исследуемого диапазона вязкостейи времени измерения ехр в соответствии с зависимостями где 0 - магнитная постоянная,в качестве характеристик динамической намагниченности жидкости с гранулами регистрируют мнимую часть комплексной магнитной восприимчивости, а вязкость жидкостиопределяют из выражения 20, где- тарировочная постоянная, определенная заранее при заданных значениях концентрации гранул и частоте поля. Изобретение относится к способам определения вязкости жидкостей с применением магнитных средств и может быть использовано для определения вязкости жидкотекучих технологических и биологических сред в лабораторных и промышленных условиях,включая химическую технологию, технологию переработки полимеров, медицину. Известный способ определения вязкости жидкости включает создание стационарного сдвигового течения жидкости в измерительной ячейке капиллярного или ротационного типа и измерение усилия, необходимого для его поддержания 1. К недостаткам данного способа следует отнести ограниченный диапазон вязкостей, определяемых в одной ячейке, сравнительно большое время измерения, большие технические трудности исследования малых объемов жидкостей. Некоторые из отмеченных недостатков устраняет способ определения вязкости жидкости 2, включающий введение в жидкость неколлоидных магнитомягких частиц, воздействие на жидкость с частицами импульсным однородным магнитным полем и измерение времени релаксации намагниченности взвеси частиц в жидкости. Недостатки данного способа обусловлены изменением распределения частиц в объеме жидкости со временем вследствие их гравитационного осаждения, что снижает точность измерения. Отмеченный недостаток устраняет способ определения вязкости жидкости 3 (прототип), включающий введение в жидкость нанометровых однодоменных высококоэрцитивных частиц, воздействие на жидкость с частицами переменным магнитным полем, регистрацию характеристик динамической намагниченности жидкости с частицами и определение вязкости жидкости с учетом зарегистрированных значений. При этом для исключения погрешностей, связанных с агрегированием частиц под действием сил межчастичного магнитного взаимодействия, применяют стабилизацию частиц в жидкости с помощью поверхностноактивных веществ. Применение стабилизаторов является существенным недостатком данного способа, поскольку приводит к не поддающимся учету изменениям свойств жидкости и, кроме того, существенно усложняет подготовку образцов из-за необходимости подбора стабилизаторов и контроля стабильности. Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности способа определения вязкости жидкости за счет упрощения пробоподготовки, расширения диапазона определяемых вязкостей и повышения точности за счет исключения применения стабилизаторов. Задача решается следующим образом. Известный способ определения вязкости жидкости включает введение в жидкость магнитных частиц, воздействие на жидкость с частицами переменным магнитным полем, регистрацию характеристик динамической 2 17499 1 2013.08.30 намагниченности жидкости с частицами и определение вязкости жидкости с учетом зарегистрированных значений. В предлагаемом способе в качестве магнитных частиц используют микрометровые гранулы композиционного материала, содержащие немагнитную матрицу и высококоэрцитивные ферромагнитные частицы, выбирают объемную концентрацию гранул и их остаточную намагниченность, а также амплитуду и частоту переменного магнитного поля с учетом нижней границы исследуемого диапазона вязкостей и времени измерения в соответствии с зависимостями 1/ 2 где 0 - магнитная постоянная, - объемная концентрация гранул, - остаточная намагниченность гранул,0 - амплитуда переменного магнитного поля, - частота переменного магнитного поля, - нижняя граница исследуемого диапазона вязкостей, - время измерения в качестве характеристик динамической намагниченности жидкости с гранулами регистрируют мнимую часть комплексной магнитной восприимчивости, а вязкость жидкости определяют из выражения 20, где- тарировочная постоянная, определенная заранее при заданных значениях концентрации гранул и частоте поля, - мнимая часть комплексной магнитной восприимчивости. Выбор в качестве магнитных частиц для зондирования вязкости жидкости гранул композиционного материала, содержащих немагнитную матрицу и высококоэрцитивные ферромагнитные частицы, позволяет регулировать магнитные свойства зондирующих частиц, минимизируя за счет изменения остаточной намагниченности гранул влияние на результаты регистрации процессов магнитного агрегирования зондирующих магнитных частиц (гранул). Для исключения агрегирования гранул за время проведения измерений, согласно изобретению, концентрация гранул в исследуемой жидкости и их остаточная намагниченность выбираются из условия(/(0 ехр 1/2, при выполнении которого время агрегирования гранул превышает время измерений. Для обеспечения линейного (по амплитуде зондирующего поля) изменения динамической намагниченности исследуемой жидкости с магнитными гранулами, необходимого для определения комплексной составляющей магнитной восприимчивости, амплитуда и частота воздействующего магнитного поля выбираются согласно условия 001. На фигуре изображена блок-схема устройства, реализующего предложенный способ. В нем измерение комплексной составляющей магнитной восприимчивости осуществляется мостовым методом. Измерительная ячейка состоит из соленоида 1 и цилиндрического контейнера 2 для исследуемого образца, который вводится соосно в соленоид 1. Измерение индуктивности и добротности соленоида 1 проводится с помощью прецизионного моста 3 -819, создающего в соленоиде 1 переменное магнитное поле амплитудой 0 и частотой 12-10000 Гц. Мнимая часть магнитной восприимчивости рассчитывается с помощью выражения где 0 и- индуктивность пустого и заполненного соленоида соответственно, 0 идобротность пустого и заполненного соленоида соответственно, а вязкость жидкости определяется по формуле 0 2 /. Данная формула выведена теоретически из рас смотрения частиц с пренебрежимо малым влиянием теплового броуновского вращения,что на практике обеспечивается при размерах гранул более одного микрона. Способ реализуют следующим образом. Гранулы композиционного материала, содержащие немагнитную матрицу и высококоэрцитивные частицы, вводят в исследуемую жидкость и перемешивают до однородного состояния. При этом объемную концентрацию 1/ 2 гранул в исследуемой жидкости выбирают согласно( /0) . Так, имея 30 кА/м,0,1 с/м 2 и задавая время проведения изменений 102 с, получаем необходимую концентрацию гранул, равную 10-3. Исследуемую жидкость с гранулами помещают в цилиндрический контейнер 2. Вносят цилиндрический контейнер 2 в соленоид 1. Измеряют амплитуду магнитного поля и задают его частоту согласно 00/1. Так, при 010 кА/м необходимая частота составляет 3780 Гц. С помощью прецизионного моста 3 -819 измеряют добротность и индуктивность соленоида 1, вычисляют мнимую часть комплексной магнитной восприимчивости, а вязкость исследуемой жидкости определяют по формуле 02 /. Тарировочную постояннуюопределяют, применив описанную выше процедуру к жидкости с известной вязкостью. Если для жидкости с известной вязкостью 0 измеренное значение мнимой части комплексной магнит ной восприимчивости составило 0 , то тарировочную постоянную рассчитывают по Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.