Ротационный вискозиметр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1 1 Б 11 14 ВЯГЛУр;ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВТОРСКОМУ СВИ ЬС ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП(57) Изобретение относится к технике измерения вязкости и предназначено для повышения точности ее изме-.рений. Прибор содераит первый внутренний цилиндр 1, первый нарукныйцилиндр 2, причем цилиндр 1 соединен с вторым наружным цилиндром 3посредством редуктора 4, содержащего валы 5, 6, 7 и шестерни 8,9, 10,11, Второй внутренний цилиндр 12соединен с цилиндром 2. 3 кп.1245947 1 тр= К а 42 11 о ф.1 а ф ) М отсюда я 1 )а отр Изобретение относится к ротационным вискозпметрам и может быть использовано при исследованиях кинетики структурообразования тиксотропных жидкостей. 5Целью изобретения является повышение точности измерения.На Фиг. 1 представлена кинематическая схема предлагаемого ротационного вискозиметра; на фиг. 2 и 3 график 1 и 11 зависимостей крутящихмоментов М и М напряжения сдвигаисследуемой и калибровочной жидкостей от относительных угловых скорос -тей вращения цилиндров 1 ьы), и (АЫ)2соответственно.Ротационный вискозиметр включаетв себя внутренний цилиндр 1, наружный цилиндр 2, причем первый внут -ренний цилиндр 1 соединен с вторым 20наружным цилиндром 3 посредствомредуктора 4, содержащего валы 5-7,закрепленные в корпусе с возможностью свободного вращения, и шестерни 8-11, жестко установленные насоответствующих валах, второй внутренний цилиндр 12, соединенный жестко с первым наружным цилиндром 2посредством вала 13, установленногов корпусе с возможностью свободного 30вращения, Число зубьев шестерен 811 редуктора 4 подобрано таким образом, что угловая скорость вращения наружного цилиндра 3 на небольшую величину превосходит угловую 35скорость вращения внутреннего цилиндра 1.Вискозиметр работает следующимобразом,Исследуемую жидкость помещают меж-.46ду цилиндрами 1 и 2. Между цилиндра-ми 3 и 12 помещают жидкость (ньютоновская жидкость) с постоянным и известнымм коэффициентом динамическойвязкости (калибровочная жидкость). Отдвигателя (не показан) проводят вовращение вал 13 вместе с наружнымцилиндром 2 и внутренним цилиндром2, при этом на вал 13 (и на системупоследовательных элементов: цилиндр2, исследуемая жидкость, цилиндр 1,вал 5) воздействует крутящий моментМо от двигателя. Под воздействиемсил трения (сдвигового напряженияисследуемой жидкости) приводится вовращение внутренний цилиндр 1 с угло..вой скоростью д, который посред. -ством редуктора 4 приводит во вращение цилиндр 3 с несколько большей угловой скоростью,Угловая скорость вращения цилиндра 3 больше угловой скорости вращения цилиндрана величину (ад)о определяемую угловой скоростью вращения цилиндра 3 и параметрами шестерен редуктора 4, причем гораздо меньшую по сравнению с самой скоростью вращения. Разность угловых скоростей аУ) делится между относительными скоростями вращения ьи) цилиндров 3 и 12 и (аь 5) цилиндров 2 и 1(а), = ( а сд ) + ( а 4)При этом последовательные элементы: вал 7, цилиндр 3, калибровочная жидкость, цилиндр 12, вал 13, цилиндр 2, исследуемая жидкость, цилиндр 1 и вал 5 оказываются дополнительно нагруженными крутящим моментом Мто (моментом сит трения калибровочной жидкости) сдвигового напряжения калибровочной жидкости, причем где К - постоянная, определяемая геометрическими размерами полости между цилиндрами 3 и 12и вязкостью калибровочнойжидкости;(аь)2 - угловая скорость вращенияцилиндров 3 и 12 относительно друг друга.Крутящий момент М сдвигового напряжения исследуемой жидкости равен сумме крутящего момента М двигатео ля и момента М М = Мо+ Мп, .Предположим что цилиндры 1 и 2 относительно друг друга не вращаются, т.е.(ай) равна нулю. Тогда по закону сохранения энергии мощность дви- гателя выделяется в виде тепловой мощности в калибровочной жидкости между цилиндрами 3 и 12.(ВИ) ои М=М +М =М (1+ )ь тр то У так как (ьу) много меньше и, , то М:М: К (ьд),Динамический коэффициент вязкости исследуемой жидкости определяютделением крутящего момента М, рассчитанного по формуле М=К (4 И),где К - известный калибровочный коэф"фициент; (ьи) - измеренная относительная скорость вращения цилиндров3 и 12, на измеренную (например,тахометрами) относительную скоростьвращения (ьд) цилиндров 2 и 1.Статическое напряжение сдвигаструктуированной жидкости определяют следующим образом.Исследуемую и калибровочную жидкости помещают в соответствующиемежцилиндрические полости и двигателем приводят вал 13 во вращение, с достаточно малой скоростью, прикоторой крутящий момент М исследуеиой жидкости меньше статическогонапряжения сдвига, Непрерывно увеличивают скорость вращения вала .13,тем саьвпч увеличивая крутящий момент М до начала относительного вращения цилиндров 2 и 1 (определяемого тахометрами), и по известномукалибровочному коэффициенту К и измеренной скорости (аы) рассчитывают статическое напряжение сдвига..:После начала относительного вращения цилиндров 2 и, (начала разрушения структуры исследуемой жидкости) происходит перераспределениеотносительных скоростей вращения(эц цилиндров 2 и 1 и (ви) цилиндров 3 и 12, а именно (зы), уменьшается, следовательно, уменьшается икрутящий момент М, что обеспечиваетприостановку процесса разрушенияструктуры жидкости. При постояннойскорости вращения вала 13 (вращения 45947 4вала двигателя) между крутящими моментами напряжения сдвига М исследуемой и М калибровочной жидкостейнаступает динамическое равновесие,определяемое точкой А пересеченияграфиков 1 и 11 (фиг. 2). Динамическое равновесие,устойчиво, что можнопоказать следующими рассуждениями.Предположим, что скорости Гы),и (асд)относительного вращения цилиндровв силу каких-либо причин изменились,например (4 И 1 увеличилась; (временное внешнее торможение вала 6), а(4 ы уменьшалсь (фиг. 3, при этомкрутящие моменты М, и М , действующие на вал 6 (фиг. 1)также изменяются, причем М меньше И,(фиг 2),что приводит к увеличению скоростивращения вала 6, следовательно, к.увеличению скорости вращения цилиндра 3 н увеличению (ьы), т.е, восстановлению равновесия. С течением времени в результате структуированияисследуемой жидкости ее напряжениесдвига возрастает (Фиг.2 , график 1 ),при этом крутящий момент М увеличивается, а относительная скоростьвращения (1 ьЭ), цилиндров 2 куменьшается. Зависимость от времени момента М и относительной скорости (4 М),является наиболее полной характеристикой динамики структуирования тиксотропных жидкостей,Формула изобретения35 Ротационкый вкскозкметр, содержащий корпус и первые внутренний инаружный цилшидрм, о т л и ч а ющ н й с я теи, что, е целью повьае О ния точности измерения, внутреннийцилиндр посредством редуктора соединен с сооснымс первым н вторым наРужным цилиндром, внутри которогосоосно с нии расположен второй внут-.45 ренний цилиндр, жестко соединенныйс первым наружным цилиндром.1245947 м,ставитель В. хред М.Ходан ощанк О/34 Тираж ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Подписно ака и открытий аушская наб., д. 4/5 Проектная, 4 ческое предприятие, г. Ужго Редактор О. Юрковецкая Производственно-по Ямитета СССР орректор Г, Решетник