Спосіб визначення в`язкості

Спосіб визначення в'язкості, при якому проводять занурення чутливого елемента, виконаного у 3 36821 домого способу визначення в’язкості є й те, що вимірювання значень проводять за різної температури досліджуваного середовища, а в’язкість його визначають у лабораторних умовах за стандартної температури 20°С. Недооцінка температурного фактора у зазначеному способі визначення в’язкості буде призводити до накопичування похибки при визначенні фактичної величини в’язкості досліджуваного середовища. В основу корисної моделі поставлена задача шляхом урахування температурного фактора забезпечити підвищення достовірності визначення величини в’язкості досліджуваного середовища. Суть корисної моделі у способі визначення в’язкості, при якому проводять занурення чутливого елемента, виконаного у вигляді зонда, у досліджуване середовище, збуджують коливання зонда і вимірюють при цьому амплітуду коливань зонда, досягається тим, що попередньо змінюють температур у досліджуваного середовища до стандартної температури 20°С, при досягненні досліджуваним середовищем стандартної температури 20°С збуджують коливання зонда з власною частотою, вимірюють частоту власних коливань зонда, водночас вимірюють амплітуду коливань зонда, а величину в’язкості досліджуваного середовища визначають за значеннями частоти і амплітуди власних коливань зонда. Порівняльний аналіз технічного рішення, що заявляється, з найближчий аналог дозволяє зробити висновок, що спосіб визначення в’язкості, що заявляється, відрізняється тим, що попередньо змінюють температуру досліджуваного середовища до стандартної температури 20°С, при досягненні досліджуваним середовищем стандартної температури 20°С збуджують коливання зонда з власною частотою, вимірюють частоту власних коливань зонда, вимірюють водночас амплітуду коливань зонда, а величину в’язкості досліджуваного середовища визначають за значеннями частоти і амплітуди власних коливань зонда. Суть способу визначення в’язкості рідких речовин пояснюється за допомогою креслень, де на Фіг.1 наведено конструктивно-компонувальну схему приладу, за допомогою якого проводять визначення в’язкості досліджуваного середовища, на Фіг.2, 3 наведені схеми роботи зонда, відповідно, у першому і др угому напівперіодах його коливань, на Фіг.4 наведено схему обладнання, за допомогою якого проводять визначення в’язкості, на Фіг.5 наведена блок-схема приладу, за допомогою якого проводять визначення в’язкості, на Фіг.6, 7 наведені, відповідно, залежності частоти власних коливань f і амплітуди А коливань зонда від в’язкості n досліджуваного середовища та його температури t. Суть способу визначення в’язкості рідких речовин пояснюється за допомогою устатковання для цієї мети, наприклад, вібродатчика в’язкості, конструкція якого описана у [3], [4], або за допомогою інших приладів. Кожний з вищезазначених приладів містить зонд, закріплений з можливістю вчинення маятникових коливань, і систему збудження коливань зонда, що містить електровібратори, індукційні датчики, магніт, закріплений на 4 зонді з можливістю взаємодії з індукційними датчиками, підсилювач низькочастотних коливань і прилад, який реєструє частоту та амплітуду коливань. Як прилад, який реєструє частоту власних коливань, може бути використаний електроннолічильний частотомір. Як прилад, який реєструє амплітуду коливань, може бути використаний реєстратор лінійних переміщень зонда. При цьому зонд і електровібратори включені у частотновибіркову ланку системи збудження коливань, що реагує на зміну в’язкості середовища, в якому занурений зонд. Попередньо проводять тарування вібраційного віскозиметра за еталонними значеннями величин в’язкості v матеріалу (речовини), що отримані за допомогою інших відомих методів контролю, описаних, наприклад, у [5]. Для цього приводять температуру t досліджуваного середовища до стандартної температури, яка дорівнює 20°С, збуджують коливання датчика в’язкості з власною частотою і приводять частоту f і амплітуду А власних коливань датчика в’язкості до відповідності з в’язкістю n матеріалу (речовини) для кожного з численних досліджуваних матеріалів (речовин). За одержаними внаслідок контролю значеннями частоти f і амплітуди А власних коливань і відомих величин в’язкості n матеріалу (речовини) за стандартної температури досліджуваного середовища 20°С будують гра фіки залежності частоти f і амплітуди А власних коливань датчика в’язкості від в’язкості n матеріалу (речовини) та температури t (див. Фіг.6 і Фіг.7). Відповідно до графіка залежності f = f (n, t), кожному із значень f частоти власних коливань датчика в’язкості буде відповідати визначене значення v в’язкості матеріалу (речовини) (див. Фіг.6). Відповідно до графіка залежності А = f (n, t), кожному із значень амплітуди А власних коливань датчика в’язкості буде відповідати визначене значення в’язкості n матеріалу (речовини) (див. Фіг.7). Маючи тарувальний графік залежності частоти f власних коливань і амплітуди А власних коливань датчика в’язкості від в’язкості n матеріалу (речовини) та температури t, приступають до досліджень з використанням приладу, за допомогою якого проводились контрольні вимірювання частоти власних коливань f і амплітуди А власних коливань датчика в’язкості. Для пояснення суті способу вибране устатковання, наприклад, у вигляді вібродатчика в’язкості, який містить, як варіант конструкції (див. Фіг.1), корпус 1 з торцевими кришками 2 і внутрішніми перегородками 3, до яких кріпляться підшипники ковзання 4, які виконані, наприклад, з фторопласту (матеріалу, що має один з найменших коефіцієнтів тертя), і електровібратори 5, які виконані, наприклад, у вигляді електромагнітних котушок. Усередині електровібраторів 5 (усередині електромагнітних котушок) проходить рухомий магнітний якір 6, що конструктивно виконаний двополюсним. На торцях рухомого магнітного якоря 6 закріплені жорстко втулки 7, які виконані, наприклад, із бронзи з відполірованою зовнішньою поверхнею. На торці кришок 2 і магнітного якоря 6 опираються пружини 8, які повинні мати однакові характеристики жорсткості. На рухомому магнітному якорі 6 (у його гео 5 36821 метричній середині) закріплені кронштейни 9 і 10. На вільному кінці кронштейна 9 закріплений робочий орган 11 датчика в’язкості, а на кронштейні 10 – постійний магніт 12 (N/S). Кронштейни 9 і 10 проходять крізь прорізи 13, що виконані у корпусі 1. Індукційні датчики 14 закріплені на рухомих основах 15 (як варіант конструктивного виконання). Переміщення рухомих основ 15 із закріпленими на них індукційними датчиками 14 відносно постійного магніту 12 здійснюється за допомогою регулювальних гвинтів 16 (як варіант конструктивного виконання). Збудження коливань датчика в’язкості з робочим органом 11 здійснюється за допомогою подачі живлення з підсилювача збудження коливань низької частоти 17 на електровібратори 5. До схеми виміру вихідного сигналу датчика в’язкості входять реєстраційні прилади 18 і 19. Як прилад 18, який реєструє частоту f власних коливань, може бути використаний електронно-лічильний частотомір (див. поз. 18 на Фіг.4). Як прилад 19, який реєструє амплітуду А коливань, може бути використаний реєстратор лінійних переміщень зонда. Прилад 18, який реєструє частоту f власних коливань зонда, виконаний сполученим за допомогою електричних дротів 20 з джерелом живлення 21 і електровібратором 5. Прилад 19, який реєструє амплітуду А коливань зонда, також виконаний сполученим з джерелом живлення 21 і електровібратором 5 електричними дротами 20. При цьому виходи індукційних датчиків 14 виконані сполученими з підсилювачем збудження коливань 17, а виходи зазначеного підсилювача збудження коливань 17 - з електровібратором 5, джерелом живлення 21 і приладом 18 (реєстратором частоти f власних коливань зонда) електричними дротами 20 (див. Фіг.4, 5). Для проведення досліджень додатково використовують ємкість 22 для досліджуваного матеріалу (рідкої речовини) 23. Як варіант конструкції, ємкість 22 виконують у вигляді циліндра із закритою нижньою частиною. Ємкість 22 конструктивно може містити кришку 24 з отвором 25 для проходження кронштейна 9 із закріпленим на ньому робочим органом 11. Усередині корпусу ємкості 22 встановлюють термометр 26 та нагрівальний елемент 27. Корпус 28 ємкості 22 додатково споряджають зовнішньою стінкою 29, яку встановлюють на відстані від базової стінки корпусу 28. При цьому конструктивно виконують порожнину 30, яка утворюється базовою стінкою корпусу 28 і додатковою зовнішньою стінкою 29, герметично закритою. Для підведення у внутрішню порожнину 30 охолодженої або нагрітої речовини, наприклад, води, азоту, пари, на додатковій зовнішній стінці 29 встановлюють патрубки 31 для підведення зазначеної охолодженої або нагрітої речовини (позиція 32). Виходи нагрівального елемента 27 з’єднують з джерелом живлення 21 за допомогою електричних дротів 20. Для визначення в’язкості досліджуваного матеріалу вібродатчик в’язкості працює таким чином. Перед початком досліджень заповнюють ємкість 22 досліджуваним матеріалом (рідкою речовиною) 23 до визначеного рівня і закривають кришкою 24. Проводять замір температури 6 досліджуваного матеріалу 23, наприклад, за допомогою термометра 26. Якщо температура досліджуваного матеріалу (рідкої речовини) 23 не відповідає стандартній, а саме, 20°С, то її приводять у відповідність до стандартної температури t=20°С. Наприклад, якщо температура досліджуваного матеріалу (рідкої речовини) 23 менше ніж 20°С, то вмикають нагрівальний елемент 27, який є зануреним у досліджуваний матеріал (речовину) 23, що знаходиться у ємкості 22, і нагрівають досліджуваний матеріал 23 до відповідної температури t=20°С. Або для нагрівання досліджуваного матеріалу (рідкої речовини) 23 використовують метод пропускання нагрітої речовини, наприклад, газу або води (позиція 32), крізь внутрішню порожнину 30 (яка створена базовою стінкою 28 корпусу ємкості 22 та додатковою зовнішньою стінкою 29) ємкості 22. Якщо температура досліджуваного матеріалу (рідкої речовини) 23 більше 20°С, то для охолодження досліджуваного матеріалу (рідкої речовини) 23 використовують метод пропускання холодної речовини, наприклад, газу або води (позиція 32), крізь зазначену внутрішню порожнину 30 ємкості 22. Водночас з приведенням досліджуваного матеріалу (наприклад, рідкої речовини) 23 до стандартної температури 20°С, вібродатчик в’язкості установлюють на кришці 24, що закриває ємкість 22 з досліджуваним матеріалом 23, так, щоб кронштейн 9 із закріпленим на ньому робочим органом 11 проходив крізь отвір 25 на згаданій кришці 24. Електричні дроти 20 від індукційних датчиків 14 і електровібраторів 5 вібраційного віскозиметра з’єднують з входами, відповідно, підсилювача збудження коливань низької частоти 17 і реєстраційних приладів 18 та 19 (відповідно, із входами електронно-лічильного частотоміра і реєстратора лінійних переміщень зонда). Виходи підсилювача збудження коливань низької частоти 17 та реєстраційних приладів 18 і 19 з’єднують електричними дротами 20 з входом джерела живлення 21 (див. Фіг.4, 5). Проводять перевірку відповідності температури досліджуваного матеріалу (рідкої речовини) 23 стандартній температурі 20°С (за допомогою термометра 26) та занурення робочого органа 11 у досліджуваний матеріал 23. Робочий орган 11 датчика в’язкості повинен бути цілком зануреним у згаданий досліджуваний матеріал 23 (див. Фіг.4). При відповідності вищезазначеним вимогам щодо відповідності температури досліджуваного матеріалу (рідкої речовини) 23 величині 20°С та занурення робочого органа 11 у досліджуваний матеріал (рідку речовину) 23, вмикають джерело живлення 21 і подають живлення на підсилювач збудження коливань низької частоти 17 і реєстраційні прилади 18 і 19 (відповідно, на електроннолічильний частотомір і реєстратор лінійних переміщень зонда) (див. Фіг.4). При взаємодії магнітного поля постійного магніту 12 (N/S) з індукційними датчиками 14 в одному з них (наприклад, лівому - відповідно до Фіг.1) буде вироблятися сигнал у вигляді електрорушійної сили (ЕРС) індукції. З цього індукційного датчика 14 сигнал у вигляді ЕРС індукції буде подаватися 7 36821 на підсилювач збудження коливань низької частоти 17 і з останнього (вже підсилений) - на електровібратор 5 (наприклад, на лівий електровібратор 5 – відповідно до Фіг.1) та на вхід реєстраційних приладів 18 і 19 (див. Фіг.4, 5). При цьому електровібратор 5 буде утворювати електромагнітне поле. Під дією електромагнітного поля, яке утворено електровібратором 5, рухомий магнітний якір 6, що конструктивно виконаний двополюсним, буде виштовхуватися зі згаданого електровібратора 5 у напрямку іншого електровібратора 5 (правого відповідно до схеми на Фіг.1), який не працює у перший напівперіод коливань. Рухомий магнітний якір 6, що опирається на підшипники ковзання 4 втулками 7, буде ковзати по них практично без тертя (у зв’язку з тим, що для підшипників ковзання 4 вибирається матеріал з мінімальним коефіцієнтом тертя, наприклад, фторопласт, а визначені підшипники ковзання 4 додатково контактують з полірованою поверхнею втулок 7). При переміщенні магнітного якоря 6 вздовж корпусу 1 по прорізах 13 у зазначеному корпусі 1 будуть переміщуватись і кронштейни 9 та 10 (із закріпленими на них, відповідно, робочим органом 11 датчика в’язкості і постійним магнітом 12 (N/S)). При цьому постійний магніт 12 буде взаємодіяти з індукційним датчиком 14. Переміщення рухомого магнітного якоря 6 буде викликати стискання пружини 8 (правої - відповідно до схеми на Фіг.1). Зазначена пружина 8 при своєму стисканні буде накопичувати енергію. Наприкінці переміщення рухомого магнітного якоря 6 (див. Фіг.2), коли буде досягнуте рівноважне положення (коли сила впливу електромагнітного поля з електровібратора 5 на магнітний якір 6 буде дорівнювати силі затягування пружини 8), згаданий магнітний якір 6 зупиниться. У цей момент індукційний датчик 14 (лівий - відповідно до схеми на Фіг.1) припинить виробляти сигнал у вигляді ЕРС індукції (сигнал буде дорівнювати «нулю»), а задіяний електровібратор 5 знеструмиться. Рухомий магнітний якір 6 під дією пружини 8 (правої - відповідно до схеми на Фіг.1), яка є опертою одним кінцем на рухому кришку 2, а другим - на торець магнітного якоря 6, почне переміщуватися у зворотний бік. При цьому постійний магніт 12 почне взаємодіяти з іншим індукційним датчиком 14 (правим - відповідно до схеми на Фіг.1). Визначений датчик 14 почне виробляти сигнал у вигляді ЕРС індукції і за вищевказаною схемою подавати його на підсилювач збудження коливань 17, а потім, вже підсилений, на інший електровібратор 5 (правий електровібратор 5 відповідно до схеми на Фіг.1), який буде працювати у др угий напівперіод коливань, та на вхід реєстраційних приладів 18 і 19 (відповідно, на електронно-лічильний частотомір і реєстратор лінійних переміщень зонда). Під дією електромагнітного поля зазначеного електровібратора 5 (правого – відповідно до схеми на Фіг.1) рухомий магнітний якір 6 почне переміщуватися у бік іншого електровібратора 5 (лівого електровібратора 5 - відповідно до схеми на Фіг.1), стискаючи пружину 8 (ліву – відповідно до схеми на Фіг.1). Наприкінці переміщення рухомого магнітного якоря 6 (див. Фіг.2), коли буде досягнуте рівноважне положення (коли 8 сила впливу електромагнітного поля від електровібратора 5 на магнітний якір 6 буде дорівнювати силі затягування пружини 8), згаданий магнітний якір 6 знову зупиниться. У цей момент індукційний датчик 14 (правий - відповідно до схеми на Фіг.1) припинить виробляти сигнал у вигляді ЕРС індукції (сигнал буде дорівнювати «нулю»), а задіяний електровібратор 5 знеструмиться. Рухомий магнітний якір 6 під дією пружини 8 (лівої - відповідно до схеми на Фіг.1), яка є опертою одним кінцем на рухому кришку 2, а другим - на торець магнітного якоря 6, почне переміщуватися у зворотний бік. Таким чином, виникають незатухаючі у часі механічні коливання динамічної системи «магнітний якір 6 - пружини 8» і пов’язаного з нею датчика в’язкості з робочим органом 11, що занурений у досліджуваний матеріал 23. У залежності від в’язкості v досліджуваного матеріалу (рідкої речовини) 23 частота f власних коливань і амплітуда А власних коливань будуть різними за усіх інших рівних умов (сили попереднього затягування пружин 8, визначеному вигляду робочого органа 11, відстані між індукційними датчиками 14 і постійним магнітом 12, параметрами електровібратора 5, а саме, його котушки, температури t досліджуваного матеріалу 23). При дотриманні усіх ви щевказаних умов частота f власних коливань і амплітуда А власних коливань динамічної системи «магнітний якір 6 - пружини 8» і пов’язаного з нею датчика в’язкості з робочим органом 11 буде відповідати визначеній величині в’язкості v досліджуваного матеріалу (речовини) 23. За допомогою реєстраційних приладів 18 і 19 (наприклад, відповідно, електронно-лічильного частотоміра і реєстратора лінійних переміщень зонда), визначають фактичну частоту f1 власних коливань і амплітуду А1 власних коливань датчика з робочим органом 11, що буде відповідати фактичному значенню в’язкості n 1 досліджуваного матеріалу (рідкої речовини) 23. Для цього на графіках залежності f =f(n,t) і А=f(n,t), відповідно, на осях f і А1 вибирають фактичне значення частоти f1 власних коливань і амплітуди А1 власних коливань, проводять перпендикуляр до перетину з графіком і з точки перетину з графіком опускають перпендикуляр на вісь n. Отримане значення в’язкості n 1 буде відповідати фактичній в’язкості n 1 досліджуваного матеріалу (рідкої речовини) 23 (див., відповідно, Фіг.6 і Фіг.7). Для спрощення операції визначення фактичної величини в’язкості n, прилади 18 і 19, що реєструють, відповідно, частоту f власних коливань і амплітуду А коливань, можуть бути відградуйованим за показниками в’язкості n. Підвищення ефективності застосування способу визначення в’язкості, що заявляється, у порівнянні з прототипом, досягається за рахунок підвищення точності визначення частоти і амплітуди коливань чутливого елемента, зануреного у досліджуване середовище, а саме, за рахунок використання авторезонансних режимів коливань динамічної системи, які найбільш точно відображають зміни впливу величини в’язкості на згадану динамічну систему. У способі визначення в’язкості, що заявляється, використовується коливальна систе 9 36821 ма самоналагоджувального типу, динамічні характеристики якої залежать тільки від жорсткості вмонтованих пружних елементів (пружин) і від реологічних характеристик досліджуваного середовища, зокрема, від в’язкості. Підвищення ефективності застосування способу визначення в’язкості досягається також тим, що при проведенні контрольних замірювань в’язкості досліджувану речовину приводять до стандартної температури, за якою визначають фактичну в’язкість досліджуваного середовища. Джерела інформації: 10 1. А.с. СРСР №775667 від 30.10.80, МПК G01N11/16 - аналог. 2. А.с. СРСР №685957 від 18.09.79, МПК G01N11/16 - прототип. 3. А.с. СРСР №212615, МПК G01N11/16, 1967. 4. А.с. СРСР №238875, МПК G01N11/16, 1966. 5. Н.И. Орел, Э.В. Губачек, Б.Й. Березин, В.М. Водолазская «Справочник технологаполиграфиста», часть 5, Печатные краски. -М.: «Книга», 1988г. - С.188 - 202, §4.3 «Реологические свойства красок для издательских целей». 11 36821 12 13 Комп’ютерна в ерстка О. Рябко 36821 Підписне 14 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