Пристрій для вимірювання реологічних характеристик рідин та рідинних систем

Пристрій для вимірювання реологічних характеристик рідин і рідинних систем, що містить у своєму складі циліндричну посудину, заповнену досліджуваною рідиною чи рідинною системою і закріплену одним з кінців нерухомо, та джерело періодичної у часі сили, який відрізняється тим, 3 39001 4 Недоліком такого пристрою є загроза руйнути результати вимірювань. При коливанні циліндвання внутрішньої структури досліджуваної консиричної посудини з рідиною по поверхні контакту стентної рідини, яка знаходиться між першим та досліджуваної рідини із циліндричною посудиною другим захватами, а також загроза неповної перевиникають зсувні напруження. Оскільки рідини дачі зсувних напружень рідині під час роботи примають низьку міцність на зсув, внаслідок цього строю. згодом напруження можуть відірвати рідину від Відомий інший пристрій для вимірювання внуповерхні циліндричної посудини, спотворюючи тим трішнього тертя та зсувного модуля матеріалів за самим значення вимірюваного зсувного модуля методом затухання вільних коливань крутильного рідини, що є основним недоліком пристрою, який маятника [А.С. СССР №562751. МПК2 G01N11/16, обмежує його використання при дослідженні реобюл. №23, 1977р.] містить крутильний маятник, логічних властивостей консистентних рідин. інерційне тіло якого зв'язано з одним з затискачів Найбільш близьким до запропонованого за судосліджуваного зразка, електромагніт, що встанокупністю ознак і технічному результату є пристрій влено на одній вісі з інерційним тілом та розташодля визначення реологічних характеристик рідин і вано над останнім, задавач сили, силовимірюючий рідинних систем, що містить основу, крутильний перетворювач, регулятор стр уму, елемент порівмаятник та циліндричну посудину для досліджуванювання та систему збудження і реєстрації колиної рідини, закріплену своїм верхнім кінцем на мевань. При вимірюванні внутрішнього тертя та зсуталевому стрижні крутильного маятника, систему вного модуля в'язких рідин у якості досліджуваного збудження та реєстрації коливань; циліндрична зразка використовують інертну основу, наприклад, посудина для досліджуваної рідини виконана з нитку з твердого матеріалу, вкриту шаром досліеластичного матеріалу, а нижній її кінець закріпджуваної рідини завтовшки 10...40мкм. лено нерухомо відносно основи [див. пат. України Недоліком такого пристрою є неможливість №78094 на винахід «Спосіб визначення реологічвимірювання зсувного модуля рідин з низькою них характеристик консистентних рідин», в'язкістю або рідин, які швидко випаровуються у МПК(2006) G01N11/16 (2007.01), G01N11/10, Київнавколишнє середовище, оскільки в обох випадках ський національний університет імені Тараса Шевшар досліджуваної рідини, нанесений на інертну ченка, Л.А. Булавін, Ю.Ф. Забашта, О.Ю. Актан, основу з часом змінюватиме свої характеристики Т.Ю. Ніколаєнко. - Опубл.15.02.2007. Бюл. №2. (товщин у, загальну масу нанесеної рідини тощо). Заявка u200502350 від 15.03.2005p.], який вибрано Відомий більш досконалий пристрій для виміза прототип. Такий пристрій для визначення реорювання коефіцієнта в'язкості рідини [Соловьев А. логічних характеристик консистентних рідин на Н., Михайлов Л.Е., Похвалов Ю.Е., Томашевич основі крутильного маятника з циліндричною поГ.П. "Вискозиметр для легкоплавких металлов", судиною для досліджуваної рідини дозволяє здійжурн. "Передовой научно-технический и производснювати затухаючі коливання крутильного маятниственный опыт", М., 1957г., тема 39, №П-57-96/7, ка без відриву шарів досліджуваної рідини від с.3-17 (див. Фіг.1 на с.4, Фіг.2 на с.5 та Фіг.3 на с.6 поверхні циліндричної посудини при виникаючих даної статті та текст ста тті на с.3-12], що містить напруженнях, запобігаючи тим самим спотворенню крутильний маятник, підвішений за допомогою значення вимірюваного параметру, наприклад підвісної системи до основи, циліндричну металев'язкості або зсувного модуля рідини, що підвищує ву посудину (тигель) для досліджуваної рідини точність вимірювань. (розплаву), прикріплену своїм верхнім кінцем до Разом з тим, як показує практика, використанстрижня підвісу крутильного маятника, який у свою ня згаданого пристрою, при вимірюванні реологіччергу закріплено на пружній металевій нитці, та них характеристик речовин з достатньо високою систему збудження та реєстрації коливань маятв'язкістю амплітуда вільних коливань крутильного ника. Циліндрична посудина виконана у вигляді маятника затухає настільки швидко, що стає нестакану з сталі і розташована всередині трубчатої можливо зареєструвати її для такої кількості поелектричної печі, над якою знаходиться водяний слідовних коливань, якої достатньої для надійного екран для захисту пружної нитки підвісу від нагріобчислення за наведеними у згаданому патенті ву. Температуру досліджуваної рідини (розплаву) формулами декременту затухання і уявної частини в циліндричній посудині вимірюють за допомогою модуля зсуву. Це обмежує область застосування додаткового тигля, розташованого нижче від неї. такого пристрою, причому таке обмеження не моВся система розміщена у вакуумному кожусі з воже бути усунене модифікацією системи реєстрації дяним екраном. параметрів коливань, а обумовлене використанНедоліком цього відомого пристрою є суттєва ням в пристрої режиму вільних коливань. залежність точності одержуваних результатів від В основу корисної моделі поставлено задачу точності дотримання заданих параметрів при вигостворити такий пристрій для визначення реологічтовленні циліндричної посудини (чистоти внутріних характеристик рідин та рідинних систем з цишньої поверхні, сталого вздовж посудини з висоліндричною посудиною для досліджуваної рідини, кою точністю внутрішнього діаметру то що) та який би дозволяв здійснювати вимірювання коефісталості пружних параметрів нитки підвісу посудицієнта затухання коливань циліндричної посудини ни. Окрім цього, для вимірювань за допомогою з достатньою точністю при вимірюванні реологічтакого пристрою необхідно використовувати значних характеристик речовин з суттєвими дисипатиний об'єм рідини, що у випадку зміни властивостей вними властивостями. рідини в ході вимірювання (наприклад, при фазоПоставлена задача вирішується за рахунок товому переході) може значною мірою змінювати го, що в пристрої для вимірювання реологічних момент інерції системи і, як наслідок, спотворювахарактеристик рідин і рідинних систем, що містить 5 39001 6 циліндричну посудину, заповнену досліджуваною першого генератора змінного струму 6, проходячи рідиною чи рідинною системою, і закріплену одним дротяною рамкою 5, взаємодіє з магнітним полем з кінців нерухомо, та джерело періодичної у часі В постійного магніту 4. Внаслідок цього на рамку 5, сили, останнє виконане у вигляді постійного магнізакріплену на вільному кінці трубки 1, діє сила Амту, першого генератора змінного струму та дротяпера, пропорційна струмові, і направлена перпенної рамки, яка закріплена на вільному кінці цилінддикулярно до осі трубки. Таким чином, рамка 5, ричної посудини, електричне з'єднана з першим перший генератор змінного струму 6 і постійний генератором змінного струму і розміщена в магнітмагніт 4 утворюють та працюють як джерело періному полі постійного магніту, додатково містить одичної у часі сили. другий генератор змінного струму, а для реєстраЗаповнена досліджуваною рідиною 2 трубка 1 ції амплітуди коливань вільного кінця посудини на являє собою коливальну систему з розподіленими ньому закріплена плоска котушка, підключена до параметрами, яка характеризується основною другого генератора змінного струму, а в площинах, власною частотою коливань w0 і коефіцієнтом запаралельних до котушки, з дво х її боків розміщені тухання b. Як відомо з теорії коливань, зі зміною дві додаткові плоскі котушки, підключені до прилачастоти в) періодичної у часі сили, що діє на вільду вимірювання амплітуди електричного сигналу. ний кінець трубки з боку рамки 5, амплітуда А коТаке технічне рішення забезпечує підвищення ливань вільного кінця трубки теж буде змінюватиточності вимірювань реологічних характеристик ся, досягаючи максимуму при збігу w з рідин і рідинних систем завдяки можливості визначення коефіцієнта затухання коливань зразка резонансною частотою w2 - 2b 2 (резонансний 0 шляхом апроксимації за методом найменших кваефект). дратів залежності амплітуди коливань вільного Для вимірювання реологічних характеристик кінця циліндричної посудини від частоти джерела рідини або рідинної системи 2 за допомогою заперіодичної у часі сили, а також - розширює сферу пропонованого пристрою вимірюють залежність застосування пристрою (зокрема, за допомогою амплітуди А коливань вільного кінця трубки від цього пристрою можна вимірювати характеристики частоти w, за результатами цих вимірювань знарідин та рідинних систем під час їх фазового переходять основну власну частоту w 0 і коефіцієнт заходу, та - сильно в'язких рідин), та спрощує автотухання b коливальної системи, а за їх значеннями матизацію процесу вимірювань. розрахунковим шляхом визначають шукані реолоКонструкція та принцип дії запропонованого гічні характеристики (комплексний модуль Юнга, пристрою пояснюються блок-схемою (Фіг.1). в'язкість тощо) рідини або рідинної системи. При Пристрій для вимірювання реологічних харакцьому вимірювання амплітуди А коливань вільного теристик рідин і рідинних систем містить циліндрикінця трубки здійснюють за допомогою системи чну посудин у, наприклад трубку 1 з пластмаси, реєстрації амплітуди коливань вільного кінця трубзаповнену досліджуваною рідиною чи рідинною ки наступним чином. Змінний струм від другого системою 2, тримач 3, в якому нерухомо закріплегенератора змінного струму 8 (частотою, наприно один з кінців (лівий на Фіг.1) трубки 1, джерело клад, 2кГц) подається на плоску котушк у 7, закріпперіодичної у часі сили, та систему реєстрації амлену на вільному кінці трубки 1. Це призводить до плітуди коливань вільного (правого на Фіг.1) кінця виникнення довкола котушки 7 змінного магнітного трубки. поля, яке індукує е.р.с. в додаткових котушках 9 і Джерело періодичної у часі сили виконане у 10, розміщених по обидва боки від котушки 7, привигляді постійного магніту 4 (розташованого так, чому, як показує розрахунок, різниця е.р.с. індукції що напрямок вектора індукції магнітного поля В котушок 9 і 10 є пропорційною до відхилення вільперпендикулярний до площини малюнка), дротяного кінця трубки 1 від положення рівноваги. Заної рамки 5 і першого генератора змінного струму вдяки цій обставині амплітуда А коливань вільного 6. Дротяна рамка 5 (розташована в площині макінця трубки пропорційна різниці е.р.с. індукції колюнка) закріплена на вільному (правому на Фіг.1) тушок 9 та 10 і тому вимірюється приладом для кінці трубки 1, підключена до першого генератора вимірювання амплітуди електричного сигналу 11. змінного струму 6 і вміщена у магнітне поле поПри виконанні приладу для вимірювання ампстійного магніту. літуди електричного сигналу 11 у ви гляді ПЕОМ зі Система реєстрації амплітуди коливань вільзвуковою платою задавання частоти w першого ного кінця трубки 1 виконана у вигляді плоскої когенератора змінного струму 6 може бути виконано тушки 7, закріпленої на вільному кінці трубки 1 та за допомогою цифрового інтерфейсу (схематично підключеної до другого генератора змінного струзображений на Фіг.1 зігнутою під кутом 90° стрілму 8, та дво х додаткових котушок 9 і 10, розміщекою). В такому разі керування процесом вимірюних в площинах, паралельних до котушки 7, з двох вань реалізується за допомогою спеціальної проїї боків, та підключених до приладу для вимірюграми ПЕОМ. вання амплітуди електричного сигналу 11. ОстанДля того, щоб запобігти спотворенню коливаній може бути виконаний у вигляді ПЕОМ, що місльних характеристик трубки 1, дротяна рамка 5 і тить звукову плату. Котушки 9 і 10 виконані з котушка 7 повинні виконуватися з дроту такого однакового дроту, мають однакові геометричні діаметру і мати такі геометричні розміри, щоб їх розміри і однакову кількість витків. Котушки 9 і 10 маса була значно меншою, ніж сумарна маса трувстановлені на однакових відстанях від котушки 7. бки 1 і досліджуваної рідини або рідинної системи Пристрій для вимірювання реологічних харак2 в ній. теристик рідин і рідинних систем працює наступним чином. Змінний струм заданої частоти со від 7 39001 8 Запропоноване технічне рішення дозволяє, у частоти періодичної у часі сили, розширити сферу порівнянні з прототипом, підвищити точності вимізастосування пристрою, зокрема за допомогою рювань реологічних характеристик рідин і рідинних цього пристрою можна вимірювати характеристики систем завдяки більшій точності визначення коерідин та рідинних систем під час їх фазового перефіцієнта затухання шляхом апроксимації за метоходу та сильно в'язких рідин, спростити реалізацію дом найменших квадратів залежності амплітуди автоматизації процесу вимірювань. коливань вільного кінця циліндричної посудини від Комп’ютерна в ерстка В. Мацело Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601