способ измерения вязкости жидкости

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ, включающий прокачивание жидкости через объем, в котором закреплено на упругом подвесе рабочее тело, измерение деформации подвеса, возникающей при движении жидкости, и определение по измеренной величине вязкости жидкости, отличающийся тем, что в качестве рабочего тела используют шарик, упругий подвес выполнен в виде петли из электропроводной резины, заключенной в изоляционную эластичную оболочку, а деформацию подвеса определяют по изменению электрического сопротивления электропроводной резины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения динамической вязкости жидкости, например, агрессивных, диэлектрических, электропроводных, ядовитых и других жидкостей.

Известен способ измерения вязкости жидкости, включающий подачу жидкости с постоянным напором в капилляр, измерение перепада давления на входе и выходе капилляра и определение вязкости жидкости по величине перепада давлений, в котором для повышения точности путем увеличения чувствительности к изменению вязкости ньютоновских маловязких жидкостей последовательно с капилляром устанавливают эжектор [1]

Недостатком известного способа является низкая точность измерения вязкости жидких сред.

Известен вискозиметр для непрерывного измерения вязкости движущейся жидкости с подвешенной на упругой нити пластиной и зеркалом, в котором для повышения точности сосуд (труба) с подвешенными на упругой нити пластиной и зеркалом при помощи ответвляющихся трубок соединен с трубопроводом испытываемой жидкости, а пластина закреплена на упругой нити, заключена в коробке, через которую протекает испытываемая жидкость, силой вязкости которой она поворачивается на определенный угол, скручивая нить и поворачивая закрепленное на ней зеркало, световой луч от которого на градуировочной шкале показывает вязкость жидкости [2]

Недостатками известного способа, реализованном в известном устройстве, являются низкая точность измерения вязкости из-за малой чувствительности и низкая надежность работы по внезапным отказам из-за высокой сложности его реализации.

Цель изобретения повышение точности измерения вязкости за счет увеличения чувствительности при одновременном повышении надежности работы по внезапным отказам за счет упрощения.

Цель достигается тем, что в способе измерения вязкости жидкости, включающем прокачивание жидкости через объем, в котором закреплено на упругом подвесе рабочее тело, измерение деформации подвеса, возникающей при движении жидкости, и определение по измеренной величине вязкости жидкости, в качестве рабочего тела используют шарик, упругий подвес выполнен в виде петли из электропроводной резины, заключенной в изоляционную эластичную оболочку, а деформацию подвеса определяют по изменению электрического сопротивления электропроводной резины.

На чертеже показано устройство для реализации способа измерения вязкости жидкости.

Устройство для измерения динамической вязкости жидкости содержит трубу 1, через которую с постоянной скоростью прокачивают жидкость 2, т.е. с постоянным объемным расходом. В трубе 1 на нити 3 из электропроводной резины подвешен шарик 4. Нить 3 состоит из сложенных вдвое жил 5 и 6 из электропроводной резины, которые помещены в изоляционную оболочку 7 из эластичного упругого материала, например из резины или латекса. Между жилами 5 и 6 находится изолирующая прокладка 8, также из эластичного упругого материала. Торец 9 жил 5 и 6 изолирован от шарика 4, например, с помощью прокладки 10. Концы жил 5 и 6 проводниками 11 и 12 соединены со входами омметра 13.

Способ измерения вязкости жидкости заключается в перемещении в жидкости шарика со скоростью , или, что то же самое, перемещении жидкости относительно шарика с постоянной скоростью . При движении шарика в жидкости на него действует сила трения F_тр, величина которой прямо пропорциональная динамической вязкости жидкости , радиусу шарика r и скорости шарика относительно жидкости и равна

F_тр 6rV (1)

Сила трения F_тр, действующая на шарик, растягивает подвес, т.е. нить 3, на которой подвешен шарик. Нить 3 из эластичного упругого материала работает в пределах упругих деформаций, при которых в любой момент времени объем нити остается постоянным. Поэтому при увеличении длины нити в 2 раза от l до 2l поперечное сечение нити уменьшается также в 2 раза от S до S/2, чтобы объем нити V lS остался постоянным. Известно, что сопротивление любого проводника прямо пропорционально его удельному сопротивлению и длине l, обратно пpопорционально поперечному сечению S и равно

R l/S (2)

Поэтому с увеличением динамической вязкости жидкости согласно (1) увеличивается действующая на шарик сила трения F_тр, что приводит к увеличению длины нити пропорционально действующей на нее через шарик силы F_тр. Сила трения, действующая на шарик, уравновешивается силой натяжения нити, которая в соответствии с законом Гука равна

F_н K l, (3) где К жесткость нити. l удлинение нити.

При равенстве сил F_тр F_н шарик пребывает в равновесии в жидкости. Чем больше сила трения F_тр, тем в большей степени удлиняется нить и тем большим становится сопротивление нити R.

Величина сопротивления нити R является мерой динамической вязкости жидкости . При увеличении динамической вязкости жидкости по линейному закону согласно формуле (1) увеличивается действующая на шарик сила F_тр, а в соответствии с законом Гука с ростом силы F_н F_тр согласно формуле (3) по линейному закону увеличивается длина нити. При увеличении длины нити в n раз от l до nl для сохранения постоянства объема V const в те же n раз уменьшается поперечное сечение нити S от S до S/n. Поэтому согласно формуле (2) в n² раз увеличивается сопротивление нити R. Таким образом, сопротивление нити растет квадратично с увеличением вязкости жидкости , т.е. с ростом вязкости жидкости в 2 раза сопротивление увеличивается в 4 раза, с ростом вязкости в 3 раза сопротивление нити увеличивается в 9 раз, а в общем случае при увеличении динамической вязкости жидкости в n раз сопротивление нити увеличивается в n² раз. Поэтому предлагаемое устройство при градуировке приводят в однозначное соответствие путем построения квадратичной шкалы для омметра 13, измеряющего сопротивление R нити.

Последовательность операций по измерению динамической вязкости жидкости сводится к следующему.

Перемещают подвешенный на нити из электропроводной резины шарик в жидкости с постоянной скоростью , или перемещают жидкость относительно шарика с той же постоянной скоростью , измеряют сопротивление нити, на которой подвешен шарик, по величине сопротивления R нити определяют динамическую вязкость жидкости.

Таким образом, в предлагаемом способе в n раз увеличена чувствительность к вязкости по сравнению с известными вискозиметрами, у которых в лучшем случае сигнал изменяется линейно с увеличением вязкости. За счет n-кратного увеличения чувствительности к вязкости ровно в n раз при прочих равных условиях увеличивается точность измерения вязкости. Это главное преимущество предлагаемого способа по сравнению с известными. Предлагаемый способ характеризуется простотой реализации. Здесь не используются сложные и дорогие механизмы для преобразования вязкости в электрический сигнал, не применяются сложные и дорогие приборы типа дифманометров или специальные установки для периодических подъемов шарика и блоков для определения времени падения шарика в жидкости с заданной высоты и так далее. За счет простоты в способе увеличена надежность работы по внезапным отказам. Увеличение точности при одновременном упрощении подтверждает, что в способе преодолено техническое противоречие.