вискозиметр для измерения относительной вязкости жидкости

Формула изобретения

Вискозиметр для измерения относительной вязкости жидкости, основанный на протекании жидкости через два одинаковых последовательно соединенных капилляра, отличающийся тем, что рабочее давление создается гидростатическим насосом с постоянным уровнем 500-1000 мм столба эталонной жидкости, с помощью трехходового крана ко входу второго капилляра подключается инжектор с исследуемой жидкостью, при подключении выхода первого капилляра ко входу второго капилляра через первый капилляр начинает протекать эталонная жидкость, а через второй - исследуемая жидкость, между капиллярами установлен гидростатический манометр.

Описание изобретения к патенту

Изобретение предназначено для исследования малых изменений вязкости жидкости, например для изучения поведения вязкости молока в процессе коагуляции с момента внесения фермента и до начала образования сгустка.

Известны стандартные капиллярные вискозиметры Оствальда и Уббелоде [1]. Принцип действия данных вискозиметров основан на истечении жидкости из резервуара через капилляр. Определяется объем вытекшей жидкости за единицу времени.

Недостаток: упомянутые выше вискозиметры не позволяют осуществлять непрерывное изменение вязкости, так как требуется произвести очистку вискозиметра и перезаполнение его новой порцией исследуемой жидкости.

Известен вискозиметр Viscotek Corporation модели Y501 [2, 3], который является прототипом предлагаемого прибора. Принцип действия основан на прохождении жидкости через два последовательных капилляра под давлением, создаваемым насосом. В последний капилляр закачивается исследуемая жидкость. Относительная вязкость определяется отношением перепадов давления на концах капилляров, измеряемых двумя дифференциальными манометрами.

Недостатком прототипа является использование двух высокоточных дифференциальных манометров и насоса. Недостаточная чувствительность дифференциальных манометров делает необходимым использование высокого рабочего давления. Это, в свою очередь, заставляет применять металлические капилляры большой длины (около 600 мм каждый). Непрозрачный капилляр не позволяет визуально следить за чистотой и однородностью канала. Кроме того, вышеперечисленные факторы увеличивают стоимость вискозиметра.

Целью изобретения является создание инструмента для исследования вязкости молока и определения ее малых изменений на этапе скрытого периода коагуляции до начала гелеобразования, обладающего хорошей чувствительностью и точностью и не требующего значительных финансовых и материальных затрат.

Поставленная цель была достигнута благодаря применению в разработанном нами приборе гидростатического насоса для создания рабочего перепада давлений на двух последовательно соединенных стеклянных капиллярах и гидростатического манометра, включенного между капиллярами. В результате был создан вискозиметр, который обладает основными преимуществами и достоинствами упомянутых выше приборов и в тоже время существенная часть присущих им недостатков сведена к минимуму.

На чертеже представлена схема вискозиметра, состоящего из двух капилляров 1 и 2, двух емкостей 3 и 4, клапана 5, линейки 6, инжектора 7, трехходового крана 8 и термостата 9.

Принцип действия нашего вискозиметра основан на протекании жидкости через два одинаковых, последовательно соединенных капилляра 1 и 2 диаметром 0,7 мм и длиной 145 мм.

С помощью трехходового крана 8 ко входу второго капилляра подключается инжектор с исследуемой жидкостью 7 (положение 2). Второй капилляр и предшествующий ему участок соединительной трубки заполняются исследуемой жидкостью. Затем с помощью трехходового крана выход первого капилляра подключается ко входу второго капилляра (положение 1). В результате этого через первый капилляр начинает протекать эталонная жидкость, а через второй - исследуемая. Гидростатический манометр, помещенный между этими капиллярами, будет показывать значение относительной вязкости.

В качестве эталонной жидкости используется подходящий растворитель, который подбирается в зависимости от исследуемой жидкости, так, например, для молока - это вода. Из-за практической несжимаемости расходы обеих жидкостей одинаковы и, следовательно, отношение разностей давлений на концах капилляров равно отношению их вязкостей.

Жидкости не перемешиваются в силу того, что течение ламинарно, а взаимная диффузия не успевает произойти за время измерения.

Шкалой измерения является линейка 6. В качестве насоса для создания рабочего перепада давлений используется резервуар 4 с эталонной жидкостью, поднятый на высоту 500-1000 мм. Уровень воды в резервуаре 4 поддерживается постоянным с помощью поплавкового клапана 5, который либо открывает, либо закрывает доступ воды из резервуара 3. Для поддержания постоянной температуры во время измерений используется циркуляционный термостат 9 модели UH-8.

От стандартных капиллярных вискозиметров наш прибор отличается использованием второго капилляра, включенного последовательно с первым, что позволяет проводить непосредственное измерение относительной вязкости двух жидкостей: эталонной и исследуемой. Кроме того, конструкция нашего прибора позволяет легко вводить пробу в измерительный капилляр, что позволяет использовать его для мониторинга процесса.

Отличие от прототипа заключается прежде всего в использовании гидростатического насоса с постоянным уровнем и одного гидравлического манометра, что позволило использовать стеклянные капилляры, определить относительную вязкость измерением всего одного уровня и существенно уменьшить стоимость вискозиметра.

Несмотря на свою простоту прибор имеет ряд очевидных преимуществ.

Во-первых, полная погрешность измерений определяется погрешностями всех измерительных приборов, в нашей установке относительная вязкость определяется измерением высоты всего одного столба жидкости, т.к. давление на выходе второго капилляра выбрано равным атмосферному, а перепад давлений поддерживается постоянным уровнем жидкости в резервуаре 4.

Во-вторых, конструкция прибора позволяет очень просто и эффективно подготовить его к следующему измерению простой промывкой второго капилляра эталонной жидкостью.

В-третьих, сохраняется возможность использовать его в качестве стандартного капиллярного вискозиметра.

Разработанный прибор обладает хорошей точностью и чувствительностью. Проведенные оценки показали, что чувствительность прибора к изменению вязкости молока сохраняется при его разбавлении в 100 раз по отношению к нормальной концентрации.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Мачихин Ю.А., Мачихин С.А. Инженерная реология пищевых материалов. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981, с.34-37.

2. Haney M.A. A New Differential Viscometer - Part One. //American Laboratory, 1985, - v.17 (3), p.41-56.

3. Haney M.A. A New Differential Viscometer - Part Two. //American Laboratory, 1985, - v.17 (4), p.116-126.