Пристрій для вимірювання в’язкості рідких речовин

Реферат: Пристрій для вимірювання в'язкості рідких речовин містить капілярний віскозиметр закритого типу з висячим рівнем, термостатну оболонку та установку для перевертання, причому основні елементи віскозиметра (капілярна трубка, вимірювальний резервуар, приймальний резервуар, резервуар для термостатування досліджуваного об'єкта) жорстко вмонтовані всередині скляного циліндричного резервуара, який одночасно виконує роль переливної трубки та корпусу, що дає можливість вміщувати віскозиметр у термостатну оболонку, яка закріплюється у пристрої для перевертання у спосіб, що дозволяє встановлювати віскозиметр в одне й те саме вертикальне положення при повторних вимірюваннях. UA 110865 C2 (12) UA 110865 C2 UA 110865 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується лабораторного приладобудування, а саме засобів вимірювання в'язкості рідинних систем. Відомим є пристрій для вимірювання в'язкості рідких речовин, який являє собою капілярний скляний віскозиметр типу ВПЖ-1 з висячим рівнем, що складається з вимірювального резервуара, обмеженого двома кільцевими відмітками, капіляра та резервуара, який поєднаний з вигнутою трубкою та трубкою, що має резервуар для наповнення [1, 2, 3, 4]. Робота вказаного пристрою ґрунтується на вимірюванні часу витікання заданого сталого об'єму досліджуваної рідини, поміщеної між двома мітками, через капіляр визначеного діаметра. Недоліками вказаного пристрою є: використання значного об'єму досліджуваного зразка від 3 10 см ; необхідність використання додаткової посудини, в яку можна помістити віскозиметр для підтримування сталої температури та її зміни; контакт досліджуваного об'єкта з атмосферним повітрям. Найбільш близьким технічним рішенням, вибраним за прототип, є пристрій для вимірювання в'язкості рідких речовин, який являє собою замкнуту посудину у вигляді капілярного скляного віскозиметра з висячим рівнем, впаяного в скляний кожух з двома відводами, які за допомогою гумових шлангів з'єднуються з термостатом. Віскозиметр, у свою чергу, складається з патрубку, верхнього та нижнього резервуарів, вертикально розміщеного капіляра та вимірювального резервуара, а також відвідної трубки, яка забезпечує відвід рідини з нижнього у верхній резервуар після перевертання віскозиметра для проведення повторного вимірювання [5]. Недоліком вказаного пристрою для вимірювання в'язкості рідких речовин, який обрано за прототип, є: "зависання" досліджуваного об'єкту в трубці, яке може виникати при дослідженнях незначних об'ємів речовин, що мають достатньо великі коефіцієнти поверхневого натягу та в'язкості; складність використання при вимірюваннях у інтервалі 100-200 °C; неможливість проведення досліджень вище 200 °C. В основу винаходу поставлено задачу створити пристрій для вимірювання в'язкості рідких 3 речовин, які наявні у невеликому обсязі (до 1 см ) з можливістю проведення серії вимірювань у інтервалі температур від 0 до 300 °C. Головним елементом цього пристрою є капілярний віскозиметр закритого типу з висячим рівнем. Вирішення поставленої технічної задачі досягається тим, що вимірювальний об'єм разом із капіляром та іншими частинами (посудинами) віскозиметра жорстко монтується всередині скляного циліндричного резервуара. Віскозиметр вміщується у термостатну оболонку, яка закріплюється в пристрої для перевертання. Будова запропонованого пристрою для вимірювання в'язкості рідких речовин представлена на кресленнях (фіг. 1-3). Віскозиметр (фіг. 1) складається із капілярної трубки (1), вимірювального резервуара (2), резервуара для термостатування досліджуваного об'єкту (3) та приймального резервуара (4). Для фіксації часу витікання рідини біля вимірювального резервуара (2) нанесені дві мітки (5). Вказані елементи (1-4) віскозиметра впаяні в циліндричну посудину (6) по лініях L1L1 і L2L2. Для проведення вимірювань досліджувану рідину через трубку (7) заливають до приймального резервуара (4). Через два отвори (8) рідина перетікає у внутрішню частину посудини (6), а далі, через отвір (9), заповнює резервуар (3). Після заповнення віскозиметра досліджуваним об'єктом (рідиною) трубку (7) запаюють. Для встановлення і підтримування заданої температури віскозиметр вміщують у термостатну оболонку. Дослідження у інтервалі температур 100-300 °C проводять використовуючи термостатну оболонку, будова якої представлена на фіг. 2. Термостатна оболонка містить скляний циліндр (1), металеві стійки (2), гайки (3), нижню і верхню пробки (4), нижню і верхню пластини жорсткості (5), нижню і верхню шайби (6), нижню і верхню опори (7), нижню і верхню пружини (8), болти кріплення нижньої шайби та пластини жорсткості (9), болти кріплення верхньої шайби та пластини жорсткості (10), нижню і верхню прокладки (11), отвори кріплення до пристрою для перевертання (12), трубку для термопари (13), нагрівний елемент (14), клеми для підключення нагрівного елемента (15), карман контрольного термометра (16). Внутрішня частина оболонки заповнюється рідким діелектричним теплоносієм з температурою кипіння 300-350 °C, а зовні обгортається теплоізоляцією із мінеральної тканини. Термостатну оболонку з віскозиметром через отвори (12, фіг. 2) у одній із стійок (2, фіг. 2) закріплюють у спеціальному пристрої для перевертання. Конструкція цього пристрою представлена на фіг. 3. Зокрема пристрій містить основу (1); металеву стійку (2); корпус (3); вісь (4); кулькові підшипники (5); лімб (6); планку (7); гвинти (8); планку ручки (9); гайку (10); ручку (11); гайку стержня-фіксатора (12); пружину (13); стержень-фіксатор (14); отвори для стержня фіксатора (15); гвинти кріплення планки і лімба (16). Пристрій забезпечує встановлення віскозиметра у одне й те саме положення при кожному повторному вимірюванні часу витікання. 1 UA 110865 C2 5 10 15 Час витікання досліджуваної рідини з вимірювального резервуара (2 фіг. 1) віскозиметра вимірюють перевернувши віскозиметр трубкою (7, фіг. 1) вниз. У цьому положенні пуск секундоміра відбувається коли меніск проходить повз верхню із рисок (5, фіг. 1), а зупинка коли повз нижню. Процеси нагрівання та підтримування температури регулюються електронною схемою, у якості датчика для якої використовується термопара, закладена у трубку (13, фіг. 2), яка входить до трубки (10, фіг. 1). Даний віскозиметр можна використовувати і при дослідженнях у температурному інтервалі 0-150 °C. Термостатування у цьому випадку проводять за допомогою стандартного рідинного термостата і термостатної оболонки. Перед проведенням визначення в'язкості досліджуваних речовин віскозиметр необхідно проградуювати. Процедура градуювання зводиться до вимірювання часу витікання рідини, в'язкість якої добре вивчена у досліджуваному інтервалі температур і яку можна вважати за еталон. За даними про час витікання і в'язкість еталонної рідини визначається стала віскозиметра за співвідношенням:  C  se (1)  e t e , де se - коефіцієнт динамічної в'язкості еталонної рідини; e - густина еталонної рідини; t e - час витікання еталонної рідини. В'язкість досліджуваних рідин розраховують за відомою густиною і виміряним для них часом витікання за формулою: s  CtQ , 20 25 30 35 (2) де s - коефіцієнт динамічної в'язкості досліджуваної рідини; Q - густина досліджуваної рідини; t - час витікання досліджуваної рідини. Користуватися співвідношенням (2) можна тільки у тому температурному інтервалі, у якому було визначено сталу С. Перевірка можливості здійснення винаходу показала повну придатність пристрою до 3 вимірювання в'язкості рідких речовин, наявних у невеликому обсязі (до 1 см ) та можливість проведення серії вимірювань у інтервалі температур від 0 до 300 °C. Джерела інформації: 1. Барр Г. Вискозиметрия / Г. Барр. // пер. с. англ. И.Л. Орестова и Б.Н. Усанович под ред. проф. М.И. Усановича. - Ленинград - Москва: ГОНТИ -НКТП - СССР главная редакция химической литературы, 1938. - 273 с. 2. Правдин П.В. Лабораторные приборы и оборудование из стекла и фарфора: Справ. изд. / П.В. Правдин. - М: Химия, 1988. - 336 с. 3. Белянин Б.В. Технический анализ нефтепродуктов и газа: Учебное пособие для техникумов. - 4-е изд., перераб. / Б.В. Белянин, В.Н. Эрих. - Л.: Химия, 1979. - 224 с. 4. Степанов Л.П. Измерение вязкости жидкостей / Л.П. Степанов. - М.: Химия, 1966. - 43 с. 5. Основи реології: Лабораторний практикум для студентів фізичного факультету зі спеціальності "Молекулярна фізика" / Упоряд. Л.А. Булавін, I.I. Адаменко, Г.М. Вербінська, Д.А. Гаврюшенко, Ю.Ф. Забашта. - К.: ВПІД Київський університет, 2001. - 56 с. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 Пристрій для вимірювання в'язкості рідких речовин, який містить капілярний віскозиметр закритого типу з висячим рівнем, термостатну оболонку та установку для перевертання, який відрізняється тим, що основні елементи віскозиметра (капілярна трубка, вимірювальний резервуар, приймальний резервуар, резервуар для термостатування досліджуваного об'єкта) жорстко вмонтовані всередині скляного циліндричного резервуара, який одночасно виконує роль переливної трубки та корпусу, що дає можливість вміщувати віскозиметр у термостатну оболонку, яка закріплюється у пристрої для перевертання у спосіб, що дозволяє встановлювати віскозиметр в одне й те саме вертикальне положення при повторних вимірюваннях. 2 UA 110865 C2 3 UA 110865 C2 4 UA 110865 C2 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко 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 5