способ определения вязкости жидкости

Формула изобретения

Способ определения вязкости жидкости, включающий движение в ней шарового зонда, обеспечение его свободного всплытия, измерение времени его прохождения и определение вязкости, отличающийся тем, что в качестве шарового зонда используют газовый пузырек-маркер, сформированный на выходе сопла, через которое газ поступает в цилиндрическую кювету, заполненную жидкостью, при этом диаметр сопла определяют из соотношения



где D_K и D_С - диаметры измерительной кюветы и сопла соответственно;

Х_К - коэффициент, зависящий от физических свойств жидкости и разрешающей способности устройств, регистрирующих перемещение пузырька-маркера, далее измеряют время прохождения газового пузырька-маркера путем счета тактирующих импульсов, количество которых зависит от времени прохождения участка, расположенного вертикально на траектории его подъема, и определяют вязкость жидкости по соотношению



где - вязкость;

t - время прохождения участка на траектории;

А и В - параметры, зависящие от физических свойств жидкости и свойств измерительной системы.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемый способ определения вязкости жидкости относится к приборостроению, а именно к области технологии пищевой промышленности, и может быть использован, например, при контроле и управлении технологическими процессами на предприятиях пищевой промышленности для оценки вязкости жидких оптически прозрачных растворов и непрозрачных суспензий, а так же при проведении научно-исследовательских работ.

Известен способ измерения вязкости жидкости [1], который осуществляется с помощью устройства, состоящего из шарового зонда, плотность которого больше плотности жидкости, ускорителя, измерителя параметров движения, вычислительного блока и измерительной емкости с исследуемой жидкостью. При реализации способа осуществляют разгон зонда до обусловленной скорости движения, обеспечивают его свободное всплытие по инерции, измерение времени и координат на участке всплытия, определяют постоянную времени и оценивают вязкость по соотношению:

где: R - радиус шарового зонда; Т - постоянная времени; - плотность материала шарового зонда.

Однако недостатком известного способа является снижение точности измерения, связанное с необходимостью использования ускорителя и необходимостью установки шарового зонда в исходное положение для метрологического обеспечения многократного измерения, а так же вычисления системы многопараметровых уравнений.

Наиболее близким техническим решением является патент [2], из которого известен способ измерения вязкости жидкости, включающий движение газового пузырька-маркера, сформированного на границе раздела жидкой и газообразной фаз на выходе сопла, при этом измеряют время прохождения газового пузырька путем счета тактирующих импульсов, количество которых зависит от времени прохождения участка, расположенного вертикально на траектории его подъема, и определяют вязкость.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении точности измерения за счет использования шарового зонда, получаемого на выходе сопла, а так же за счет использования математических соотношений, описывающих этап математической обработки данных.

Это достигается тем, что в способе определения вязкости жидкости, включающем движение в ней шарового зонда, обеспечение его свободного всплытия, измерение времени его прохождения и определение вязкости, в отличие от прототипа, в качестве шарового зонда используют газовый пузырек-маркер, сформированный на выходе сопла, через которое газ поступает в цилиндрическую кювету, заполненную жидкостью, при этом диаметр сопла определяют из соотношения:

где: D_К и D_С - диаметры измерительной кюветы и сопла соответственно; Х_К - коэффициент, зависящий от физических свойств жидкости и разрешающей способности устройств, регистрирующих перемещение пузырька-маркера, далее измеряют время прохождения газового пузырька-маркера путем счета тактирующих импульсов, количество которых зависит от времени прохождения участка, расположенного вертикально на траектории его подъема, и определяют вязкость жидкости по соотношению:

где: - вязкость; t - время прохождения участка на траектории; А и В - параметры, зависящие от физических свойств жидкости и свойств измерительной системы.

Источники и приемники ультразвука, расположенные вдоль оси цилиндрической кюветы, образуют линию контроля прохождения пузырька с газом. Устройство определения длительности периодов смещения импульсов, поступающих от приемников ультразвука, и устройство счета осуществляют получение измерительной информации. Измерение осуществляется путем счета тактирующих импульсов, поступающих на счетное устройство, за время, равное длительности импульса. Это позволяет повысить точность, ограниченную только частотой тактирования.

Сущность способа поясняется чертежом и таблицей. На фиг.1 изображена функциональная схема устройства, поясняющая проведение измерения, на фиг.2 приведен график полученных экспериментальных значений и расчетной зависимости вязкости от времени прохождения пузырьком-маркером участка траектории. В таблице приведены экспериментальные значения времени прохождения пузырька-маркера между контрольными точками и метрологические оценки результатов в виде среднего значения (СР) и среднеквадратического отклонения (СКО).

Устройство включает: цилиндрическую кювету 1, заполненную вязкой жидкостью, источники ультразвукового излучения 2, пузырек газа 3, трубопровод и сопло для подачи газа 4, приемники ультразвукового излучения 5, устройство определения длительности времени смещения 6, устройство счета и управления измерительным процессом 7, пневмоделитель 8, компрессор 9.

Способ осуществляют следующим образом.

Газ через трубопровод и сопло 4 поступает в цилиндрическую кювету 1, заполненную вязкой жидкостью. Газ подается от компрессора 9 через управляемый клапан пневмоделителя 8. На границе раздела жидкой и газообразной фазы образуется пузырек-маркер, при этом его формирование осуществляется на выходе сопла, диаметр которого определяют из соотношения (2). На выходе сопла 4 образуется пузырек газа, который перемещается вдоль оси цилиндра. При движении пузырьки газа уменьшают слой вязкой жидкости, которая является проводящей средой для ультразвуковой волны, движущейся между источником ультразвука 2 и приемником ультразвука 5. Изменение слоя приводит к образованию импульсов, поступающих на устройство определения длительности времени смещения 6 и устройство счета и управления измерением 7.

В устройстве 6 измеряют и запоминают время смещения импульсов t от приемников ультразвука 5 при прохождении пути между ними.

Далее определяют и запоминают вязкость жидкости по формуле (3).

Пример. Измерение вязкости водного раствора сахара различной концентрации. Используем водные растворы сахара различной концентрации от 45 до 60%. Поочередно заливаем растворы в измерительную кювету. Полученные значения времени прохождения пузырька-маркера между контрольными точками заносим в таблицу. Вычисляем точечные оценки результатов измерения и тоже заносим их в таблицу.

Определяем значения динамической вязкости по зависимости:

Полученные экспериментальные значения вязкости и расчетная зависимость приведены на графиках, фиг.2.

Таким образом, предложенный способ определения вязкости за счет использования пузырька-маркера, применения средств измерения временных периодов, а так же использования математических соотношении, описывающих этап математической обработки данных, позволяет расширить возможности своего применения и повысить точность.

Источники информации

1. Патент № 2263892, МПК G01N 11/10. Устройство для определения вязкости жидкости [Текст] / Колосов А.А., Пащенко В.М., Лунин Е.В., Табаков О.В. - Опубл. 10.11.2005, Бюл. № 31.

2. United States Patent US 5289716, Monitoring and analyzing waste glass compositions [Text] / Schumacher; Ray F. (Aiken, SC) - Filed: August 21, 1992.