Пристрій для вимірювання реологічних параметрів в’язкопластичних рідин

Реферат: Пристрій для вимірювання реологічних параметрів в'язкопластичних рідин, що складається з гідродинамічного моста з капілярних трубок різної довжини, з протилежним розміщенням капілярних трубок однакової довжини, задавача постійної витрати, вхідної, вихідної і міжкапілярних камер, обчислювального та показувального пристроїв. Пристрій побудований на базі одного гідродинамічного моста, капіляри виконані з різними внутрішніми діаметрами, а також додатково розміщено три давачі тиску, один у вхідній камері, а інші в міжкапілярних камерах. Обчислювальний пристрій по входах з'єднаний з давачами тиску, а по виходу з показувальним пристроєм. UA 102560 U (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ ВИМІРЮВАННЯ РЕОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ В'ЯЗКОПЛАСТИЧНИХ РІДИН UA 102560 U UA 102560 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до контрольно-вимірювальної техніки і може бути використана для неперервного вимірювання фізико-механічних (реологічних) параметрів в'язкопластичних рідин, таких як гранична напруга зсуву та пластична в'язкість. Відомий пристрій для вимірювання пластичної в'язкості в'язкопластичних рідин, що складається з задавача постійної витрати, одиночних та пакетів з декількох капілярів, з'єднаних міжкапілярними камерами, вхідної і вихідної камер та манометричного перетворювача. Перепад тиску в міжкапілярних камерах рівний різниці перепадів тиску на одиночному капілярі та пакеті [1]. Точність вимірювання даного пристрою є низькою, оскільки вона залежить від точності забезпечення однакових геометричних розмірів (довжин та діаметрів) усіх капілярів, яких є більше чотирьох. Ще одним недоліком є те, що даний пристрій призначений для вимірювання пластичної в'язкості, не забезпечуючи при цьому визначення граничної напруги зсуву. Найбільш близьким аналогом до запропонованої корисної моделі є пристрій для вимірювання реологічних параметрів в'язкопластичних рідин, що описуються двопараметричною моделлю. Він складається з двох послідовно з'єднаних гідродинамічних мостів, що працюють у режимі постійної витрати, які містять ламінарні дроселі різної довжини, дифманометричних перетворювачів в вихідних діагоналях моста, задавача витрати, який включено перед вхідною камерою, пристрою обчислення реологічних параметрів та вимірювального показувального приладу. Пристрій дає змогу визначати пластичну в'язкість та граничну напругу зсуву за результатами вимірювання перепаду тиску в діагоналях обох мостів [2]. Недоліком даного пристрою є низька точність вимірювання та швидкодія, що пов'язані з забезпеченням відповідних геометричних розмірів капілярів двох мостів та часом проходження досліджуваної рідини через них. Задачею корисної моделі є підвищення точності одночасного вимірювання граничної напруги зсуву та пластичної в'язкості в'язкопластичних рідин, зокрема бінгамівських, та побудова по отриманих значеннях кривої текучості (реологічної характеристики), на основі якої можна оцінювати поведінку таких рідин. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій, який складається з гідродинамічного моста з капілярних трубок різної довжини, з протилежним розміщенням капілярних трубок однакової довжини, задавача постійної витрати, вхідної, вихідної і міжкапілярних камер, обчислювального та показувального пристроїв, згідно з корисною моделлю, пристрій побудований на базі одного гідродинамічного моста, капіляри виконані з різними внутрішніми діаметрами, а також додатково розміщено три давачі тиску, один у вхідній камері, а інші в міжкапілярних камерах, причому обчислювальний пристрій по входах з'єднаний з давачами тиску, а по виходу з показувальним пристроєм. Виконання пристрою на базі гідродинамічного моста з капілярами різних діаметрів, при певних співвідношеннях їх розмірів, дозволить, за рахунок спрощення розрахункових залежностей, полегшити обрахунок пластичної в'язкості та граничної напруги зсуву, а також отримання кривої текучості досліджуваної рідини. На фіг. 1 показано принципову схему пристрою, на фіг. 2 реологічну характеристику в'язкопластичної рідини. Пристрій містить задавач постійної витрати 1, вхідну 2 та вихідну 3 камери, чотири капіляри 4, 5, 6 та 7, міжкапілярні камери 8 і 9, а також прилади для вимірювання тиску 10, 11, 12, обчислювальний 13 та показувальний 14 пристрої. За допомогою камер 2, 3, 8 і 9 капіляри з'єднані в схему гідравлічного моста. Мостова схема являє собою паралельне з'єднання двох однакових подільників, складених із капілярів різного внутрішнього діаметра та різної довжини, з протилежним розміщенням капілярних трубок однакової довжини: капіляри 4 і 7 є короткими капілярами і мають рівний внутрішній діаметр Dк та рівну довжину Lк, а капіляри 5 і 6 - довгими з відповідно Dд та Lд. Пристрій може бути спроектований таким чином, щоб забезпечувалося наступне співвідношення геометричних розмірів: 4 L д / Lк  D 4 / Dк . д 55 (1) Досліджувана неньютонівська рідина з допомогою задавача постійної витрати 1 неперервно прокачується через всю систему капілярів і порівну розподіляється з витратою Q/2 на два потоки: капіляри 4-6 та 5-7. На капілярах пристрою виникають відповідні перепади тисків: ΔР К = (Р1-Р2) - на коротких капілярах 4 і 7, а також ΔРД = (Р1-Р3) - на довгих 5 і 6. Сигнали з давачів 1 UA 102560 U тиску 10 (Р1), 11 (Р2), 12 (Р3) надходять на вхід обчислювального пристрою 13, вихід якого з'єднано з входом показувального пристрою 14. На основі відомого "спрощеного" рівняння Букінгема-Рейнера можна записати, що  64L дQ 16Lк 0   64Lк Q 16Lк 0  Р д  Рк     4  D 3D д   Dк 3Dк д     ,   (2) 5 де  - пластична в'язкість,  0 - гранична напруга зсуву. З урахуванням того, що PД  PК  Р1  Р3   Р1  Р2   Р2  Р3 , 10 (3) після перетворень отримаємо вираз: Р 2  Р3    3 16Lк D3  Dк д 0 . 4 3Dк (4) В обчислювальному пристрої на основі рівняння (4) за сигналами давачів тиску 11 і 12 визначається гранична напруга зсуву: 15 0  20 4 3Dк Р2  Р3  . 3 16Lк D3  Dк д   (5) Для підвищення точності визначення пластичної в'язкості η та побудови реологічної характеристики (Фіг. 2) згідно спрощеного рівняння Букінгема-Рейнера в обчислювальному пристрої розраховується значення пластичної в'язкості η1 в капілярі більшого діаметра при меншій швидкості зсуву γ1, та η2 - в капілярі меншого діаметра при більшій швидкості зсуву γ2: 1  Р1  Р3 D д   2  Р1  Р2 Dк 1  16   2L д 1 2Lк  2   1    L д 0 16 ,  3 Р1  Р3 D д   L к 0 3 Р1  Р2 Dк  ,   (6) (7) де 25 1  32Q . 32Q , 2  3 3 D д Dк (8) Результуюче значення пластичної в'язкості в'язкопластичної рідини η визначається згідно з формулою:   2 .  1 2 (9) 30 35 На основі отриманих значень τ0 та η в обчислювальному пристрої будується крива текучості (реологічна характеристика). Побудована крива τ = f(γ) відображається на показувальному пристрої 14, де α1 - кут нахилу τ = f(γ) при значенні пластичної в'якості η1 в капілярі більшого діаметра, α1 - при η2 в капілярі меншого діаметра, α - при результуючій в'язкості рідини η (Фіг. 2). Заявлена корисна модель може бути використана для одночасного неперервного вимірювання з високою швидкістю пластичної в'язкості та граничної напруги зсуву в'язкопластичних рідин, а також для побудови їх реологічної характеристики. Внаслідок зменшення кількості конструктивних елементів досягається спрощення конструкції пристрою, 2 UA 102560 U що знижує складність його виготовлення та визначення характеристик досліджуваних рідин. Пристрій є зручним та простим у використанні. 5 Джерела інформації: 1. АС СРСР № 749775, МПК G01N11/08, 1992 р. 2. Крих Г.Б. Математичні моделі дросельних елементів гідродинамічних вимірювальних перетворювачів параметрів неньютонівських рідин // Вісник Національного університету "Львівська політехніка" № 617 Теплоенергетика. Інженерія довкілля. Автоматизація. - Львів, 2008. - С. 122-129. 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Пристрій для вимірювання реологічних параметрів в'язкопластичних рідин, що складається з гідродинамічного моста з капілярних трубок різної довжини, з протилежним розміщенням капілярних трубок однакової довжини, задавача постійної витрати, вхідної, вихідної і міжкапілярних камер, обчислювального та показувального пристроїв, який відрізняється тим, що пристрій побудований на базі одного гідродинамічного моста, капіляри виконані з різними внутрішніми діаметрами, а також додатково розміщено три давачі тиску, один у вхідній камері, а інші в міжкапілярних камерах, причому обчислювальний пристрій по входах з'єднаний з давачами тиску, а по виходу з показувальним пристроєм. 3 UA 102560 U Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4