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 Е.Л., Грузнов Л.П. |
Патентообладатель(и): | Ивановский инженерно-строительный институт |
Приоритеты: |
подача заявки:
1994-03-18 публикация патента:
27.05.1996 |
Использование: при измерении физико-химических характеристик жидких сред. Способ измерения вязкости жидкости включает погружение шарового зонда в жидкость, измерение в момент времени ti значения координаты hi в вертикальной составляющей траектории движения зонда и расчет среднего значения вертикальных составляющих скоростей движения зонда vi в точках, соответствующих координатам hi. Определение вязкости производится расчетным путем с учетом плотности исследуемой жидкости. 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
Способ измерения вязкости жидкости, включающий погружение шарового зонда радиусом R и плотностью![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061018/961.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061018/961.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061217/2061217-25t.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061217/2061217-26t.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к способам измерения физико-химических характеристик жидких сред, в частности вязкости жидкости. Известен способ снижения скорости погружения шарового зонда за счет введения противовеса, связанного с шаровым зондом, перекинутым через блок эластичным тросом [1] Однако недостатком этого способа 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 радиусом R и плотностью материала![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061018/961.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061217/2061217t.gif)
L=Vр
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061007/183.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061007/183.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061217/2061217-2t.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061217/2061217-3t.gif)
V=Vр-(Vр-Vo)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061007/183.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061217/2061217-4t.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061217/2061217-5t.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061217/2061217-6t.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061217/2061217-7t.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061186/951.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061186/951.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061217/2061217-8t.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061018/961.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061186/951.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061186/951.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061217/2061217-9t.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061217/2061217-10t.gif)
Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что при его применении появляются новые операции, заключающиеся в измерении плотности жидкости, оценке средних значений скоростей в заданных точках, а для расчета вязкости жидкости предложена новая формула. Технический эффект, полученный при реализации изобретения, состоит в повышении точности измерения. На чертеже представлена структурная схема реализующего способ устройства. Устройство содержит шаровой зонд 1, видеокамеру 2, вычислительный блок 3, пускатель 4. Кроме того, на чертеже обозначены масштабирующая линейка 5, а индексом 6 обозначена исследуемая жидкость. Вход и первый и второй выходы вычислительного блока 3 соединены с выходом и входом видеокамеры 2 и с входом пускателя 4 соответственно. Предлагаемый способ измерения вязкости жидкости реализуют следующим образом. Перед началом измерения в память вычислительного блока 3 вводится программа проведения эксперимента по измерению вязкости, а также измеренные значения радиуса используемого шарового зонда 1, плотности его материала и плотности исследуемой жидкости, измеренной плотномером с требуемой точностью. Измерение начинается подачей напряжения с первого и второго выходов вычислительного блока 3 на входы видеокамеры 2 и пускателя 4. Видеокамера 2 включается в работу и происходит срабатывание пускателя 4. При срабатывании пускатель 4 освобождает зонд 1, после чего начинается свободное погружение зонда 1 в жидкости. В процессе работы видеокамера 2 формирует телевизионный сигнал, отображающий погружение зонда 1 в жидкости 6, и передает его на вход вычислительного блока 3. Стационарной составляющей в телевизионном сигнале присутствует изображение масштабирующей линейки 5, позволяющей идентифицировать линейные размеры зонда 1 и его текущее положение на траектории движения в любой момент времени. Сигнал с выхода видеокамеры 2 передается на вход вычислительного блока 3, которым записывается в собственную память. Через заданный промежуток времени, заведомо превышающий промежуток времени погружения зонда 1 на обусловленную глубину, вычислительный блок 3 снимает напряжение с собственных выходов, превращая формирование телевизионного сигнала видиокамерой 2 и подготавливая к новому циклу измерения пускатель 4. После этого он переходит к обработке хранящейся в памяти информации. Прежде всего вычислительный блок 3 находит в записи телевизионного сигнала в собственной памяти К+1 кадр (где К обусловленное число пропускаемых кадров, в которых изображение может быть неустойчивым при включении) изображения. На этом кадре выделяется центр изображения шарового зонда 1 и, соотнося его с масштабирующей линейкой 5, определяется высота зонда 1 над нулевым уровнем ho в начале измерения. Время начала измерения определяется по соотношению:
to=m
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061007/183.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061217/2061217-11t.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061217/2061217-12t.gif)
m число строк развертки до строки, проходящей наиболее близко к центру изображения зонда 1;
Тc период строчной развертки;
Lс длина строчной развертки;
Lо расстояние от начала строки, проходящей наиболее близко к центру изображения зонда 1, до центра изображения зонда 1. После этого циклически вычисляют значения высот зонда 1 в i-ых точках hi ho i
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061011/729.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061011/916.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061011/916.gif)
ti=ti-1+Ki
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061007/183.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061217/2061217-13t.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061217/2061217-14t.gif)
где ti-1 время достижения зондом 1 предыдущей точки;
Ki количество пропущенных кадров в телеизображении от i-1 до i-ой точки;
Тк период кадровой развертки,
Рi-1 число строк от строки, проходящей наиболее близко к центру изображения зонда 1, до последней строки кадра с изображением i-1-ой точки;
mi число строк от начала кадра с изображением i-ой точки до строки, наиболее близко проходящей от центра изображения зонда 1;
Lкi-1 длина строки, наиболее близко проходящей от центра изображения зонда 1, начиная от центра изображения зонда I до конца этой строки в кадре с i-1 точкой;
Lнi длина от начала строки, наиболее близко проходящей от центра изображения зонда 1 до изображения центра зонда 1 в i-ом кадре. Цикл расчетов заканчивается после того, как значение ti и kiрассчитаны для обусловленных h+2 точек вертикальной составляющей траектории движения зонда 1. Следующим этапом является циклический расчет средних значений вертикальных составляющих скоростей движения зонда I по отношению:
Vi
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061217/2061217-15t.gif)
После этого расчет измеряемой вязкости жидкости может быть осуществлен по формуле:
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061186/951.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061217/2061217-16t.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061217/2061217-17t.gif)
(4)
Правомерность применения формулы (4) для расчета измеряемой вязкости жидкости основывается на следующих закономерностях. В процессе погружения шарового зонда 1 уменьшается его высота, а следовательно, уменьшается его потенциальная энергия. Одновременно увеличивается скорость погружения зонда 1 (до достижения равномерной скорости), вследствие чего увеличивается его кинетическая энергия. При погружении зонда 1 совершается работа при преодолении сопротивления движению вязкой жидкости. На каждом i-ом участке траектории погружения сохраняется равенством между уменьшением потенциальной энергии Wni и суммой увеличения кинетической энергии Wki и выполненной работы Ai:
Wni=Wki+Ai, (5)
т.е.
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061217/2061217-18t.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061018/961.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061018/961.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061217/2061217-19t.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061217/2061217-20t.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061173/960.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061217/2061217-21t.gif)
где R радиус шарового зонда;
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061018/961.gif)
g ускорение свободного падения;
Vi начальное значение вертикальной составляющей скорости движения зонда 1 на i-ом участке вертикальной составляющей траектории погружения;
Vi+1 конечное значение вертикальной составляющей скорости погружения на том же участке;
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061186/951.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061018/961.gif)
hi начальное значение i-го участка вертикальной составляющей траектории движения зонда 1;
hi+1 конечное значение i-го участка вертикальной составляющей траектории движения зонда 1. Анализируемая траектория движения зонда 1 включает в себя n участков. На основании соотношения (6) получают следующие суммы, в которых величины, не зависящие от индекса i, вынесены за знаки сумм:
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061217/2061217-22t.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061217/2061217-23t.gif)
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061217/2061217-24t.gif)
(7)
С учетом соотношения (7) формула для расчета измеряемой жидкости
![способ измерения вязкости жидкости, патент № 2061217](/images/patents/411/2061186/951.gif)
Класс G01N11/12 с измерением увеличения или уменьшения скорости перемещения тела; путем измерения проникновения клиновидных калибров