Вискозиметр-плотномер

(12) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(73) Патентообладатели Кравцов Марат Васильевич,Кравцов Александр Маратович(57) Вискозиметр-плотномер, включающий твердые шарики, цилиндрические трубки круглого поперечного сечения с испытуемой жидкостью, диаметрами ненамного превышающими диаметры твердых шариков,магнитные пускатели, счетно-решающие устройства, вентиль, приемные воронки, отличающийся тем, что состоит из двух предварительно не градуируемых цилиндрических трубок круглого поперечного сечения,которые расположены вертикально и имеют ограничители хода твердых шариков. Фиг. 3 Полезная модель относится к области вискозиметрии, в частности к конструкциям приборов и устройств для измерения вязкости и плотности жидкостей при проведении научно-исследовательских работ в различных отраслях науки и техники, а также при создании автоматизирующих систем для осуществления контроля за технологическими процессами и качеством продукции в различных отраслях народного хозяйства республики. 303 Известен 1, стр. 160 вискозиметр, выбранный в качестве аналога, состоящий из цилиндра с испытуемой жидкостью и твердого шарика, в котором используется формула Стокса для измерения динамического коэффициента вязкости жидкостейпо методу падающего шарика для случаев медленного равномерного падения твердого шарика в безграничном объеме вязкой несжимаемой жидкости. С учетом эмпирических поправок из-за влияния стенок и дна цилиндра расчетная формула Стокса имеет вид 1, стр. 160 где ш, ш и ш - диаметр, плотность и скорость падения твердого шарика- плотность жидкостиидлина и диаметр цилиндра- ускорение свободного падения. Рекомендуемые соотношения 1, стр. 160 0,1 ш/0,004 ш/0,006. Скорости падения твердых шариков ш в этих случаях измеряются по времени их падения на длинемежду двумя фиксированными отметками створов на стенках цилиндра. При этом для исключения первоначального ускоренного участка движения первый створ намечается на расчетном удалении от места пуска твердого шарика. Основными недостатками известного расходомера являются ограниченность применения вследствие того,что расчетная формула (1) справедлива лишь для медленных движений твердых шариков в сильновязких жидкостях. Пределы применения указанной формулы можно определить только через число Рейнольдса, в которое входит искомое значение динамического коэффициента вязкости. Кроме того, в работе 2 показано, что формула (1) является лишь результатом асимптотического решения, т.е. расчетные значения по ней приближаются к истинным при стремлении чисел Рейнольдса к нулю. При применении вискозиметра-аналога трудно обеспечить условия свободного равномерного падения твердого шарика вследствие наличия ускоренного участка движения и стеснения движения стенками цилиндра, а прямолинейность траектории движения сильно нарушается. При измерениях требуются большие объемы жидкостей. Известен 1, стр. 161-162, 171-172 вискозиметр Гепплера, принятый в качестве прототипа, состоящий из цилиндрической трубки круглого поперечного сечения с испытуемой жидкостью и твердого шарика. В нем твердый шарик катится под углом 10 по стенке наклонной цилиндрической трубки круглого поперечного сечения. При этом диаметр цилиндрической трубки круглого поперечного сечения ненамного превышает диаметр твердого шарика. Принцип работы вискозиметра основан на измерении времени движения твердого шарика в наклонной цилиндрической трубке круглого поперечного сечения от одной отметки до другой,расположенной на расстоянии 100 мм от нее. Относительные (по отношению к калибровочным жидкостям) значения динамического коэффициента вязкостиопределяются по формуле(шж ),(2) 2 2 где К - постоянная прибора, м /с- время перемещения шара на заданном участке, с. Для определения постоянной К вискозиметр градуируют по жидкостям с известными вязкостями. Недостатками вискозиметра-прототипа являются отсутствие теоретического обоснования расчетной формулы (2), необходимость проведения сложной и дорогостоящей градуировки вискозиметра, необходимость определения перед измерением вязкости жидкости ее плотность одним из плотномеров 3, измерение лишь относительного (по отношению к калибровочным жидкостям), а не абсолютного значения динамического коэффициента вязкости. Решаемая задача - повышение точности и упрощение измерений одновременно как абсолютных значений динамического коэффициента вязкости, так и плотностей всех без ограничения жидкостей возможность проведения дискретных и непрерывных автоматизированных измерений в производственных технологических линиях. Решаемая задача достигается тем, что вискозиметр-плотномер, включающий твердые шарики, цилиндрические трубки круглого поперечного сечения с испытуемой жидкостью, диаметрами ненамного превышающими диаметры твердых шариков, магнитные пускатели, счетно-решающие устройства, вентиль, приемные воронки, состоит из двух предварительно не градуируемых цилиндрических трубок круглого поперечного сечения, которые расположены вертикально и имеют ограничители хода твердых шариков. В основу измерений вязкости и плотности жидкостей положена теоретически обоснованная формула, позволяющая осуществлять измерения без предварительной градуировки вискозиметра-плотномера. Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена схема вискозиметра-плотномера при дискретном измерении вязкости и плотности испытуемой жидкости на фиг. 2 - схема вискозиметра-плотномера в схеме с технологическим резервуаром для приготовления жидких растворов с непрерывным измерением вязкости и плотности испытуемого жидкого раствора на фиг. 3 - схема вискозиметра-плотномера в схеме с напорным трубопроводом для перекачки жидких растворов с непрерывным измерением вязкости и плотности испытуемого жидкого раствора. Вискозиметр-плотномер содержит при дискретном измерении вязкости и плотности испытуемой жидкости (фиг. 1) цилиндрические трубки 1 круглого поперечного сечения, магнитные контакты 2, счетнорешающие устройства 3, вентиль 4, приемные воронки 5, твердые шарики 6 при непрерывных измерениях 2 303 плотности и вязкости жидкого раствора к указанным элементам на фиг. 1 добавляются (фиг. 2) ограничители 7 хода твердых шариков, технологический резервуар 8, сбросная труба 9 и приемный резервуар 10 или(фиг. 3) ограничители 7 хода твердых шариков, сопротивление 11 на технологическом напорном трубопроводе 12 подачи раствора. Вискозиметр-плотномер работает следующим образом. При дискретных измерениях (фиг. 1) при закрытом вентиле 4 цилиндрические трубки 1 круглого поперечного сечения заполняются испытуемой жидкостью через приемные воронки 5. Твердые шарики 6 в цилиндрические трубки 1 круглого поперечного сечения также сбрасываются через приемные воронки 5, падают под действием силы тяжести и после прохождения первоначального участка длинойв первом створе в начале рабочего участка длинойс помощью магнитных контактов 2 включают счетно-решающее устройство 3, а во втором створе рабочего участка их выключают. Таким образом,фиксируется время прохождения твердым шариком рабочего участка длинойс дальнейшими расчетами абсолютного значения динамического коэффициента вязкостии плотностипо расчетной формуле. Далее при открытии вентиля 4 испытуемая жидкость и твердые шарики удаляются из цилиндрических трубок 1 круглого поперечного сечения и при необходимости измерения повторяются. При непрерывных измерениях по схемам на фиг. 2 и 3 твердые шарики 6 в цилиндрические трубки 1 круглого поперечного сечения помещаются стационарно, перемещаются вверх до ограничителей 7 хода твердых шариков восходящим потоком воды, создаваемым при открытии вентиля 4 из-за разности уровней в резервуарах 8 и 10 (фиг. 2) или разности давлений в точках технологического трубопровода 12 до и после сопротивления 11 (фиг. 3), где подсоединены концевые участки цилиндрических трубок 1 круглого поперечного сечения. После закрытия вентилей 4 твердые шарики под действием силы тяжести падают в цилиндрических трубках 1 круглого поперечного сечения. После прохождения твердыми шариками первоначального участка длинойв первом створе в начале рабочего участка длинойвключаются счетно-решающие устройства 3, а во втором створе рабочего участка они выключаются с помощью магнитных контактов 2. Таким образом, фиксируются временные промежуткипрохождения твердыми шариками рабочего участка длинойс дальнейшими расчетами абсолютного значения динамического коэффициента вязкостии плотностипо расчетной формуле. Открытие вентиля 4 может осуществляться вручную или с помощью электрофицированного устройства и реле времени с заданием временных промежутков между включениями. После всех измерений становятся известными диаметры цилиндрических трубок круглого поперечного сечения 1 и 2, диаметры твердых шариков 1 и 2, плотность шариков ш, временные промежутки 1 и 2 прохождения твердыми шариками рабочего участка длиной , значение ускорения силы тяжести . Если конструктивно принять 1/12/2, то плотность жидкости можно определить по формуле 2 После определения плотности жидкостиабсолютное значение динамического коэффициента вязкостиможно определить по формуле 2 Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.