Спосіб визначення в`язкості і температурної залежності в`язкості рідини

Изобретение относится к методам определения вязкости жидких сред, преимущественно в промышленных установках производства смазочных масел, полимеров, лаков, красок и других продуктов. Известен способ определения вязкости жидкости в тр убопроводах технологических линий (Патент Российской Федерации, 5038540, кл. G 01 N 11/12. Способ определения вязкости жидкости в трубопроводах технологических линий. /Гольцов А.С., Шевченко В.Г., Дворецкий Α.Α., Петров В.П.//Открытия. Изобрет. 1996. - №22), включающий прокачивание жидкости насосом регулируемой производительности через термостатированное сужающее устройство, расположенное в трубопроводе, измерение расхода жидкости, ее температуры, температуры теплоносителя в теплообменнике и перепада давления в сужающем устройстве, аппроксимацию зависимости вязкости от температуры функцией где m(Τ) –динамическая вязкость жидкости при температуре Т; m - динамическая вязкость жидкости при средней температуре жидкости в сужающем устройстве Тcр, b(Т) - заданная функция температуры, и определение вязкости жидкости по уравнению где k0,k 1,k2 ,k3 - коэффициенты, определяемые экспериментально; R - радиус проходного сечения сужающего устройства; DΡ - перепад давления в сужающем устройстве; I - длина сужающего устройства; Q - объемный расход жидкости через сужающее устройство; l - коэффициент теплопроводности жидкости; Тт - температура теплоносителя в теплообменнике; r - плотность жидкости. Однако в этом способе определяют вязкость жидкости только при одной рабочей температуре. Вязкость жидкости при любой другой температуре вычисляют по формуле, описывающей зависимость вязкости от температуры. Но в ходе технологического процесса производства исследуемой жидкости изменяются не только ее вязкость при рабочей температуре но и зависимость вязкости от температуры. Кондиционность конечного продукта технологического процесса обычно определяют значениями вязкости при нескольких заданных характерных температурах. Вычисление вязкости при этих температурах без учета изменения зависимости вязкости от температуры приводит к появлению неконтролируемых значительных погрешностей и выпуску некондиционной продукции. Описан способ определения вязкости и параметра функциональной зависимости вязкости от температуры (температурного коэффициента вязкости) при течении жидкости по трубе, стенки которой поддерживают при постоянной температуре. (Малкин А.Я., Чалых А.Е. Ди ффузия и вязкость полимеров. Методы измерения. М., Химия, 1979, с. 29-39). Исследуемую жидкость прокачивают насосом регулируемой производительности через мерный участок трубы. Зависимость вязкости от температуры аппроксимируют функцией где m0 - динамическая вязкость жидкости при температуре То; Т0 - температура стенок трубы; k - температурный коэффициент вязкости. При различных значениях производительности насоса измеряют расход жидкости, температуру стенок трубы и потерю давления в мерном участке трубы и вычисляют вязкость жидкости при температуре стенок трубы и температурный коэффициент вязкости из уравнения Однако этот способ можно применять только для жидкостей с экспоненциальной зависимостью вязкости от температуры. В то же время вязкость многих жидкостей (смазочных масел, полимеров, лаков и др.) изменяется в зависимости от температуры по другим более сложным закономерностям и применение этого способа приводит к появлению значительных погрешностей определения вязкостно-температурных характеристик этих жидкостей и, следовательно, выпуску некондиционной продукции. В основу изобретения поставлена задача создания такого способа определения вязкости и температурной зависимости вязкости различных жидкостей (смазочных масел, полимеров, лаков, красок и други х продуктов) в процессе их производства, в котором прокачивание исследуемой жидкости через нагреваемый нагревателем регулируемой мощности мерный участок трубы, изменение мощности нагревателя и измерение температуры стенок трубы до нагревателя, температуры стенок трубы внутри нагревателя и мощности нагревателя обеспечивают повышение точности определения вязкостнотемпературных характеристик этих жидкостей и за счет этого позволяют определять кондиционность жидкости в процессе ее производства в реальном масштабе времени. Поставленная задача решается тем, что в способе определения вязкости и температурной зависимости вязкости жидкости, который содержит прокачивание жидкости насосом регулируемой производительности через мерный участок трубы, изменение производительности насоса, измерение частоты вращения ротора насоса, давления в трубе за насосом и перепада давления в мерном участке трубы, аппроксимацию зависимости вязкости жидкости от температуры функцией где n(T) - вязкость (динамическая или кинематическая) жидкости при температуре Т; f(T, a1,a2 .....an) -функция, аппроксимирующая зависимость вязкости жидкости от температуры, с n неизвестными параметрами a1,a2.....an, согласно с изобретением нагревают мерный участок трубы нагревателем регулируемой мощности, изменяют мощность нагревателя, измеряют температуру стенок трубы до нагревателя, температуру стенок трубы внутри нагревателя и мощность нагревателя, определяют параметры a1,a2.....an из уравнений где DΡj - значение перепада давления в мерном участке трубы по результатам j-гo измерения; PHj - значение давления за насосом по результатам j-гo измерения; K1, k 2, k 3. k 4, k 5 - коэффициенты, значения которых определяют при прокачивании через мерный участок трубы жидкости с известными вязкостью и температурной зависимостью вязкости; wj - значение частоты вращения ротора насоса по результатам j-гo измерения; T1j - значение температуры стенок трубы до нагревателя по результатам J-гo измерения; Wj - значение мощности нагревателя по результатам J-гo измерения; T2j - значение температуры стенок трубы вн утри нагревателя по результатам J-гo измерения; m - количество измерений (m ³n), подставляют найденные значения параметров a1,a2.....anв функцию, аппроксимирующую зависимость вязкости жидкости от температуры, и определяют вязкость жидкости при любой заданной температуре. Поскольку в предлагаемом способе определяют текущие значения параметров зависимости вязкости жидкости от температуры, а не используют и х приближенные значения, известные по априорным сведениям, то повышается точность определения вязкостно-температурных характеристик жидкости, что позволяет определять кондиционность жидкости в процессе ее производства в реальном масштабе времени. Изобретение поясняется чертежом. В предлагаемом способе прокачивают жидкость насосом регулируемой производительности 5 через мерный участок трубы 1, нагревают мерный участок тр убы нагревателем регулируемой мощности 4 и изменяют производительность насоса и мощность нагревателя. В фиксируемые контроллером 6 дискретные моменты времени при разных значениях производительности насоса и мощности нагревателя измеряют с помощью датчиков 2, 3, 7, 8, 9 и 10 текущие значения перепада давления в мерном участке трубы, мощности нагревателя, давления в трубе за насосом, частоты вращения ротора насоса, температуры стенок трубы внутри нагревателя и температуры стенок трубы до нагревателя соответственно. Выходные сигналы датчиков передают в контроллер 6, который вычисляет по уравнениям (1), (2) (например, с помощью алгоритма рекуррентного метода наименьших квадратов) текущие значения параметров a1,a2.....an зависимости вязкости от температуры и вязкость при заданных температурах, характерных для данного технологического процесса. Уравнение (2) получено из уравнений гидродинамики и теплопроводности где G - расход жидкости через мерный участок трубы (массовый, если n(Т) - кинематическая вязкость, и объемный, если n(Т) -динамическая вязкость): х - осевая координата, совпадающая с направлением потока жидкости; r - радиальная координата; с - удельная теплоемкость жидкости; ν - скорость потока жидкости, с применением следующи х приближенных выражений I где L - длина участка трубы, на котором измеряется перепад давления DΡ; S - площадь поверхности участка тр убы, контактирующей с нагревателем.