Ротационный вискозиметр

Ротационный вискозиметр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Ф

О П И С А"-Н.И.Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) (ъ02824

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 30.03.76 (21) 2340429(!8-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 15.04.78. Бюллетень № !4 (45) Дата опубликования описания 27.03.78 (51) М. Кл., 6 О1 и !1/14

Государственный комитет

Соаета в!инистров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 532.137 (088.8) (72) Авторы изобретения Л. В. Иванова, Е. В. Макарова, В. П. Никифоров и !0. С. Карсетов (71) Заявитель

Ордена Трудового Красного Знамени институт физической химии АН СССР (54) РОТАЦИОННЫЙ ВИСКОЗИМЕТР

Изобретение относится, к технике реологического приборостроени. н может быть использовано в научно-исследовательских и заводских лабораториях, учебных заведениях и др. для исследования растворов полимеров и различных вязкотекучнх жидкостей.

Известны ротационные вискоэиметры, представляющие собой устройства, в которых исследуемая жидкая система подвергается сдвигу между двумя поверхностями, одна из которых находится во вра- !о щательном движении, а вторая служит для восприятия усилия, возникающего в потоке, и передачи его на динамометр 1т).

Эти вискозиметры обладают тем существенным!б недостатком, что их конструкционные решения не обеспечивают сочетания необходимых свойств в одном приборе, а именно воэможности измерения вязкости в широком интервале (от сотых долей сантнпуазы до нескольких миллионов пуаз) и измерения!О структурной вязкости .в зависимости от градиента скорости, а также исследования других реологических свойств (предела текучести, модуля эластнчнос. ти растворов, кинетики упругого последействия и т.д.) .

Ближайшим техническим решением к предлагаемому изобретению является ротационный вискоэиметр, содержащий коаксиальные внутренний и наружный, связанный с валом привода, цилиндры колоколообразного типа, измерительную систему (2), Недостатком данного ротационного вискозиметра является то, что его конструкция не позволяет измерения вязкостей легкотекучих, жидкостей и газов и вносит погрешность в измерения из-за недостаточного центрирования цилиндров.

Белью изобретения является расширение диапазона измеряемых вязкостей и повышение точности их измерения.

Бель достигается тем, что в предлагаемом вискозиметре внутренний цилиндр соединен с динамометром измерительной системы с помощью выступов, выполненных в его верхней части и частично затопляемых в исследуемой жидкости, а наружный цилиндр соединен с валом:привода посредством центрирующего стакана с регулировочными винтами, причем оба цилиндра выполнены с возможностыс их соединения при помощи съемной оси, а соотно. шенне-измерительной поверхности внутреннего ци,линдра,с его моментом инерции выбрано в пределах 0,6 — 2,5 г .

602824

На чертеже представлена схема ротационного вискозиметра.

Ротационный вискозиметр содержит внутрен ний цилиндр 1 имеющий выступы 2, служащие для соединения его с дшамометром 3. Такая,конструкция внутреннего цилиндра сохраняет коаксиальность цилиндров, которая может быть нарушена под вли. янием поверхностного натяжения жидкости при его воздействии па полную окружность внутреннего цилиндра, Так как поверхность внутреннего цилиндра 1 полностью находится под уровнем жидкости 4, кроме выступов, пересекающих этот уровень, то исключается децентрирующее влияние поверхностного натяжения жидкости на внутренний цилиндр, особенно при измерениях маловяэких сред, Дальнейшее взаимное центрирование рабочих цилиндров осуществлено путем крепления наружного цилиндра на вертикальном, приводимом в движеme от двигателя, валу 5 посредством центрирующего стакана 6, несущего установо шые винты 7. В отсутствие такого центрировшщя, биения, возникающие при быстром вращении наружного цилиндра, не только не позволяют точно измерить вязкость, но и вызывают выброс исследуемой ннзковязкой жидкости из рабочего зазора.

В ротационном внскозиметре предусмотрена сьемная ось 8„соединяющая внутренний и наружный рабочие цилиндры. Возникающее: при этом со- Зо противление взаимному движению цилиицров в местах соединения эквивалентно дополнительному сопротивлению в рабочем зазоре (2 мм), производимому жидкостью,.имеющей вязкость О,l П, Для систем, собственная вязкость которых превышает указанную погрешность па несколько порядков, точность и надежность измерения существенно возрастают.

Внутренний цилиндр 1 помещен внутри кольцевой емкости 9 так, что между стенкой внутреннего цилиндра по обе стороны от нее и стенками

10 кольцевой емкости 9 образованы два рабочих зазора.

На внутреннем цилнццре жестко укрейлена шкала

11, служащая для отсчета сдвига внутреннего цилиндра

-Ю

Прн анализе возможностей увеличения диапазона измеряемых вязкостей было обращено внимание, на необходимость созцуния максимальной подвижности внутреннего цилиндра 1, так как только в этом случае внутренний цилиндр может быть при-50 веден в движение теми малыми сопротивлениями, которые возникают в рабочем зазоре от низковязкого воздушного или жидкостного потока. Подвижность внутреннего цилиндра можно характеризовать его угловым ускорением со, которое представляет мбой отношение крутящего момента М, закручивающего динамометр, и момента инерции внутреннего цилиндра 3

au= Y (3, 4 кру ящий моменттакже ка и момент инерции щнут реннего,цилиндра, зависит от его радиуса (не считая соединительных деталей)

1А, щ р у (2) 3 - — stl P3 (3) а где P — напряжение:сдвига, равное проиэведе. нию вязкости q и градиента скорости f,,Ð= ) Я

8 — рабочая поверхность внутреннего ци. линдра (е е 2 2З йМ;

h — высота рабочей стенки, внутреннего цилиндра;

b — толщина стенки;

P — плотность конструкционного материала..

Иэ выражений (2) и (3) видно, что отношение крутящего момента .к моменту инерции внутреннего цилиндра, характеризующее подвижность "внутрей. него цилиндра, равно

М 2)6

Ър Я и, следовательно, подвижность внутреннего цилиндра тем больше, чем меньше радиус R.

Предел уменьшения радиуса цилиндра определяется конструкционными возможностями {толщина стенок и др.), удобством работы (заполнение и очистка. рабочего зазора); а также оптимальным соотношением радиуса и рабочего зазора. При малых величинах зазора (менее 2 мм) его размеры будут существенно нарушаться возможными отклонениями от соосности цилиндров. Отношение радиуса R к зазору В следует выбирать по возможности большим для обеспечения однородности сдвига.

Принимая д/И = 0,1 — на уровне погрешности находимых значений исследуемых величин при реологических измерениях и деформационных испытаниях, получаем, что я „= 308.

Оставляя в выражении крутящего момента часть, зависящую от внутреннего цилиндра, а именно от поверхности и- радиуса, видим, что

М ЬМ Ь

Л З лг В, г т,е. отношение крутящего момента к моменту инерции внутреннего цилиндра пропорционально отношению поверхности внутреннего цилиндра к его моменту инерции

) ър-м принимая толщину стенки в пределах 1-0,5 мм и плотность р = 8-4 г/см (сталь, дюраль), получаеМ, что отношение

S -1 — =О 6-25г

) Р 1

Следует отметить, что у внскозиметра, принятого за прототип, то же соотношение имеет величину около 0,01 г, т.е. значительно меньше, чем у данного ротационного вискоэиметра, 602824

Рота ионный вискоэиметр работает следующим образом. Яля зегрузки исследуемой жидкости в лри. бор наружный цилиндр вместе с центрнрующим стаканом снимают с ведущего вала, Дннамометр 3 при этом поднимают вверх. После установки рабочих цилиндров s рабочее положение и определения нуле вого положения шкалы прибора проводят один из двух опытов:

Определение угла закручйвения динамометра под влиянием потока жпдкости в кольцевом эаэЬ ре при некоторой постоянной скорости вращения наружного цилиндра; наблюдение вращения внутреннего цилиндра в высоковязкой системе под влиянием напряжения, переданного внутреннему цилиндру от динамомет. ра, закрученного на некоторый определенный угол, и последующее наблюдение обратного вращения после снятия нагрузки иод влиянием эластических сил, развившихся I системе от первоначального движения.

В первом опьпе определяется вязкость как функция градиента скорости при повторении опыта прн разных скоростях, во втором — определяется вязкост, модуль эластичности, кинетика ynpyroro. последействия жидкой системы, а также ее предел текучести.

Положительный эффект от виещжния ротациoworo.вискоэиметра „состоит в том, что увеличен диапазон наследуемых вязкостей и .повышена точ. ность измерения вязкости — от сотых долей сентипуазы до нескольких миллионов пуаз, обеспечена возможность измерения различных реологнческих, характеристик.

Формула изобретения

Ротеционный вискоэиметр колоколообразного типе, содержащий внутренний цилиндр, коаксиальио расположенный между двойными стеикаье наруж. ного цилиндра, связанного с валом привода, измери тельную систему, отличающийся тем, что, с целые ресщирения диапазоне измеряемых вязкостей и повышения точности их измерения, внутренний цилиндр соединен с динамометром изме рительной системы с помощью выступов, выполненных в его верхней части и частично затопляемых в исследуемой жидкости, а наружный цилиндр соединен с валом привода посредством центрирующего стакана с регулировочнымн винтами, причем оба цилиндра выполнаш с возможностью их соединеиия прн помощи съемной оси.

2. Вискозиметр по п. 1, о т л и ч.а ю щ и йс я тем, что соотношение измерительной поверхиостй внутреннего щипшдра c его моментом инерции выбрано в пределах 0,6-2,5 г, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Белкин И. М. и др. Ротационные приборы, М., "Машиностроение", 1968, с. 1 5-265.

2. Белкин И. М, и др, Ротационные приборы, М., "Машиностроение", 1968, с. 198.

602824

Составитель Н. Плотникова

Техред О.Андрейко Корректор М. Демчнк

Редактор Н. Зайцева

За ю 1838/38

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Тираж 1112 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5