способ измерения вязкости жидкости
Классы МПК: | G01N11/12 с измерением увеличения или уменьшения скорости перемещения тела; путем измерения проникновения клиновидных калибров |
Автор(ы): | Подживотов В.П., Грузнов М.Л., Грузнов Л.П., Грузнов Е.Л. |
Патентообладатель(и): | Ивановский инженерно-строительный институт |
Приоритеты: |
подача заявки:
1994-03-05 публикация патента:
27.05.1996 |
Использование: для измерения физико-химических характеристик жидких сред. Способ измерения вязкости жидкости включает движение шарового зонда в исследуемой жидкости, расчет постоянной времени экспоненты, характеризующей изменение скорости движения зонда в переходном режиме, и определение вязкости расчетным путем. На участке замедленного движения зонда по горизонтальной составляющей в момент времени t после начала движения измеряют значение горизонтальной составляющей перемещения L или скорости V, или ускорения dV/dt, а постоянную времени рассчитывают путем решения соответствующего уравнения. 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
Способ измерения вязкости жидкости, включающий движение шарового зонда радиусом R и плотностью![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061018/961.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061216/2061216-25t.gif)
отличающийся тем, что на участке замедленного движения зонда по горизонтальной составляющей в момент времени t после начала движения измеряют значение горизонтальной составляющей перемещения L, или скорости v, или ускорения dv / dt, а постоянную времени T рассчитывают путем решения соответствующего уравнения
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061216/2061216-26t.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061216/2061216-27t.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061216/2061216-28t.gif)
где vо скорость зонда в первоначальный момент движения.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к способам измерения физико-химических характеристик жидких сред, в частности, их вязкости. Известен способ снижения скорости погружения шарового зонда за счет введения противовеса, связанного с шаровым зондом, перекинутым через блок эластичным тросом [1] Однако его недостатком является ухудшение метрологических характеристик измерения прежде всего из-за наличия трения в подшипниках блока. Известен способ измерения вязкости и плотности жидкости [2] включающий погружение шарового зонда радиуса R и плотностью материала![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061018/961.gif)
L=Vр
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061007/183.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061007/183.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061216/2061216t.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061216/2061216-2t.gif)
V=Vр-(Vр-Vo)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061007/183.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061216/2061216-3t.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061216/2061216-4t.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061216/2061216-5t.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061216/2061216-6t.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061186/951.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061186/951.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061216/2061216-7t.gif)
Однако недостатком известного способа является то, что в процессе погружения его скорость может стать столь большой, что закон Стокса, на котором основывается способ измерения, может не выполняться. Целью изобретения является повышение точности измерения. На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит шаровой зонд 1, ускоритель 2, измеритель 3 параметров движения, вычислительный блок 4. Вход и два выхода вычислительного блока 4 соединены с выходом измерителя 3 и его входом и входом ускорителя 2 соответственно. Индексом 5 на чертеже обозначена исследуемая жидкость. Способ измерения вязкости жидкости может быть реализован следующими способами в зависимости от измеряемого параметра. 1. В начале измерения вычислительный блок 4 выдает напряжения на собственные выходы, под воздействием которых включаются в работу ускоритель 2 и измеритель 3. При срабатывании ускорителя 2 зонд 1 разгоняется до горизонтальной скорости, величина которой находится в некотором обусловленном диапазоне. Поскольку движение шарового зонда 1 происходит в жидкости, она оказывает сопротивление движению зонда 1, его скорость в процессе движения уменьшается. Измеритель 3, контролирующий текущее положение зонда 1, формирует аналоговое напряжение, пропорциональное увеличению горизонтальной составляющей траектории движения зонда 1. Это напряжение передается на вход вычислительного блока 4. В обусловленные программой работы вычислительного блока 4 моменты времени ti измеряют текущее значение горизонтальной составляющей траектории движения зонда Li и запоминают очередные пары значений ti, Li в собственной памяти. По окончании выполнения всех замеров вычислительный блок 4 выключает ускоритель 2 и измеритель 3 и переходит к расчету постоянной времени экспоненты Т путем решения системы уравнений (8) одним из известных методов решения систем нелинейных уравнений. После расчета постоянной времени Т им осуществляется расчет измеряемой вязкости по соотношению (3) и, в частности, печать полученного результата. Значения радиуса зонда 1 и плотности его материала вводятся в память вычислительного блока 4 до начала эксперимента. 2. В основном повторяется эксперимент предыдущего примера, но в процессе движения в жидкости зонда 1 измеритель 3 формирует на собственном выходе аналоговое напряжение, пропорциональное текущему значению горизонтальной составляющей скорости движения зонда 1. Это напряжение передается на вход вычислительного блока 4, которым в обусловленные моменты времени ti производится измерение текущего значения горизонтальной составляющей скорости движения Vi. Пары значений ti, Vi записываются в память вычислительного блока 4. Расчет значения постоянный времени Т выполняется путем решения системы нелинейных уравнений, формируемой на основании соотношения (7). 3. В основном повторяется эксперимент примера 1. Однако в процессе движения зонда 1 в жидкости измеритель 3 формирует на выходе аналоговое напряжение, пропорциональное текущему значению ускорения зонда 1. Это напряжение подается на вход вычислительного блока 4, которым в обусловленные моменты времени ti производится измерение текущего значения ускорения (
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061216/2061216-8t.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061216/2061216-9t.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061216/2061216-10t.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061216/2061216-11t.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061173/960.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061186/951.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061186/951.gif)
R радиус шарового зонда;
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061018/961.gif)
V текущее значение горизонтальной составляющей скорости движения шарового зонда. Дифференциальное уравнение (1) может быть преобразовано к виду
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061216/2061216-12t.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061216/2061216-13t.gif)
Вводится обозначение
T
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061216/2061216-14t.gif)
С учетом соотношения (3) дифференциальное уравнение (2) может быть преобразовано к виду
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061216/2061216-15t.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061216/2061216-16t.gif)
Интегрирование левой и правой частей полученного дифференциального уравнения (4) приводит к соотношению
lnV=
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061216/2061216-17t.gif)
Cоотношение (5) позволяет получить следующее уравнение
V=C
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061007/183.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061216/2061216-18t.gif)
Постоянная интегрирования С может быть найдена с учетом, что при t 0 текущая скорость равна начальной скорости V Vo. Следовательно, С Vo, а формула для расчета текущей скорости V имеет вид
V=Vo
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061007/183.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061216/2061216-19t.gif)
Формула для расчета горизонтальной составляющей координаты L может быть получена интегрированием по времени уравнения (7). Она имеет вид
L=Vo
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061007/183.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061216/2061216-20t.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061216/2061216-21t.gif)
И, наконец, формула для расчета горизонтальной составляющей ускорения движения шарового зонда 1 может быть получена путем дифференцирования уравнения (7)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061216/2061216-22t.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061216/2061216-23t.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061216](/images/patents/411/2061216/2061216-24t.gif)
Класс G01N11/12 с измерением увеличения или уменьшения скорости перемещения тела; путем измерения проникновения клиновидных калибров