Способ определения реологических параметров сред

СООЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 12546 4 С О 1/ОИЯ ЗОБРЕТ ПИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,фОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) Авторское свидетельство СССР Р 320755, кл. С 01 Я 11/00, 1971.Авторское свидетельство СССР У 911221, кл. С 01 Н 11/00 ф 1982 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СРЕД(57) Изобретение относится к области исследования реологнческих характеристик жидких сред. Цель изобретения - расширение диапазона измерений вязкости и модуля сдвига. Способ заключается в деформации свободной поверхности слоя исследуемой среды поддействием электрического поля, измерения величины деформации и величиныпотенциала поверхности в момент деформации. Электрическое поле создаютнанесением на свободную поверхностьзаземленного слоя электрического заряда. О значениях реологических параметров судят по величине деформациии величине потенциала поверхности вмомент деформации. Способ может бытьтакже осуществлен при измерении потенциала свободной поверхности и величины деформации для нескольких слоев среды различной толщины, причемчисло, слоев соответствует числу определяемых параметров.з.п. ф-лы.1257464 Если среда описывается модельюКельвина-фойгта, указанное соотношение имеет вид:к = И к 1 с - - - - ссЬ(Ю) +г ЫЧоЭЬ+сЬг =О, (2)где С - модуль сдвига среды.Из соотношения (2) можно определить, например, модуль сдвига С среды, если известны величины К, Ь, Я,Ч 1,Р,В качестве примера осуществленияпредлагаемого способа измерения меха.нических параметров было выполненонх измерение для сред с известныминекоторыми значениями параметров, поскольку, если среда характеризуетсяЫреологическими параметрами и известенвид функ цион ал ьио го соотношения междуМ реологическими параметрами, величиной деформации и критическими значениями потенциала деформации, функциональное соотношение представляетсобой одно уравнение с И+2 неизвестными. Если известны значения потенциала деформации, размеры деформациии Мреологический параметр, из данного уравнения можно найти значениеодного неизвестного параметра.Предлагаемый способ позволяет определить несколько механических иэлектрических параметров следующимобразом. В уравнение, определяющееначало развития деформации, входятв качестве измеряемых параметров толщина исследуемого образца Ь, значение поверхностного потенциала Ч (прикотором начинается деформация), продольные размеры возникшей деформацииЙ и некоторое число Х неизвестных механических параметров (1 Ъ и)Тогда в общем случае определяющееуравнение можно записать в виде:Р (1 э Ч 0 э о) 4, ь /г ээ)Для определения значения неизвестных механических паРаметРов 1 ц (юг,изготовляют И тонких слоев исследуемого материала различной толщиныЬ 1 (1. = 1,2Б). Каждый из образцов располагают отдельно на заземленной подложке, а их поверхность, противоположную подложке, заряжают электрическим зарядом. В процессе зарядкиповерхности слоя ведут непрерывноеизмерение потенциала поверхности и .контролируют момент возникновения деИзобретение относится к области исследования физических характеристик жидких сред, в частности реологических параметров сред.Цель изобретения - расширение диа пазона измерений вязкости и модуля сдвига сред, а также расширение возможностей способа путем обеспечения совместных измерений реологических параметров нескольких сред,Способ осуществляют следующим обИз выражения (1) можно определить, 55 например, коэффициент поверхностного натяжения, если известны величины Ь, ,ча,р. разом,Исследуемую реологическую среду располагают в виде плоского тонкого слоя толщиной Ь " 1 мкм на проводя щей заземленной подложке. На свободную поверхность слоя наносят электрический заряд, например, с помощью коронного разряда. При этом непрерывно в течение всего промежутка време ни нанесения заряда на свободную поверхность измеряют потенциал заряженной свободной поверхности и непрерыв-но в течение этого промежутка времени ведут наблюдение за началом возникновения деформации свободной поверхности, например, с помощью измерения рассеивающей спссобности поверхности. В момент возникновения деформации измеряют потенциал Ч сво бодной поверхности слоя среды и предельные размеры д деформационных .зон на поверхности, Исходя из типа исследуемой среды зависимость между механическими параметрами и потенциалом Ч свободной поверхности слоя в моомент возникновения деформации Б, от ее продольных размеров с 6 различна.Такцля ньютоновской жидкости эта зависимость имеет вид: 402-- сей(Ю) +я =О, (1)г бо ЕЧа11 г2 Тгде 1 сЬ - толщина слоя;45с - коэффициент поверхностного натяжения;плотность жидкости;я - ускорение свободного падения;50Г - диэлектрическая проницаемость жидкости;сЬ (1 сЬ) - гиперболический котангенс от Ю.1257464 формации поверхности. В момент возникновения деформации фиксируют значение поверхностного потенциала Ч и измеряют продольные размеры возникшей деформации Й,. Их значения Ч Й, зависят от толщины исследуемого слоя. Выполняя подобные измерения для каждого из исследуемых образцов, можно записать Н определяющих уравненийФ (Ь Ч, 1;,рр,р) = О;(3)Система И данных уравнений содержит Н неизвестных механических параметровцрш,. Решение данной системы позволяет определить значения 15ФК неизвестных параметров.П р и м е р 1. Определяют коэффициент поверхностного натяжения глицерина. Измерения проводят на тонком слое площадью 2 см и толщиной Ь = Ю2 мкм, нанесенном на слой металла. Диэлектрическая проницаемость с, глицерина при 20 С составляет 6,5. Исследуемый слой помещают в разрядной промежуток устройства коронного заряда и на свободную поверхность заземленного слоя наносят электрические заряды при потенциале на коронирующих электродах 6 кВ. Одновременно измеря:ют поверхностный потенциал слоя. Под 30 действием электрических зарядов .происходит деформация слоя, продольные размеры й которого равны 3,9 мкм при потенциале поверхности Чо в момент деформации 85 В.Из соотношения (1) рассчитывают коэффициент поверхностного натяжения с = 6,53 10 Дж/м.П р и м е р 2. Берут тонкий плоский слой термопластического материала теломера ствола с дивинилом тол щиной 1 = 2 1 О м и мол.весом (1,3-2,2) 10 , который располагают4на заземленной металлической подложке. Диэлектрическая проницаемость слоя Е = 2,1, значение его коэффици ента поверхностного натяжения ЫДж2,88 10 - . Сторону слоя, противоположную подложке, заряжают с помощью коронного разряда электри ческим зарядом. Потенциал коронирующей нити 7 кВ, расстояние нити от-3 заряжаемой поверхности равно 15 10 м . Одновременно с зарядкой поверхности непрерывно измеряют ее поверхност ный потенциал и с помощью отраженного от заряжаемой поверхности луча света ведут наблюдение за возникновением деформации на поверхности.В момент возникновения деформации фик сируют значение поверхностного потенциала Ч и измеряют размеры део-6 формации. Получают: й = 3,8 1 О м; Ч, = 104,2 В. Зная параметры Ч , д, Ь, Е,к , по формуле (2) определяют значение модуля сдвига С = 3,92х 10 Н/мП р и м е р 3. Берут два тонких плоских слоя глицерина толщиной Ь, =2 10м и Ь = 4 10 м соответственно. Каждый из слоев располагают на заземленной подложке, а их сторону, противоположную подложке, заряжают электрическим зарядом с помощью коронирующей нити, расположенной на-2расстоянии 2.16 м от заряжаемой поверхности. Потенциал коронирующей нити 6 кВ. Одновременно с зарядкой поверхности с помощью отраженного от заряженной поверхности луча света ведут наблюдение за возникновением деформации на поверхности. В момент возникновения деформации измеряют значение поверхностного потенциала Ч 0 и продольные размеры деформации й; . Для слоя толщиной Ь = 2 10 м Ч, = 85 В, й, = 3,9 "10 м; для слоя толщиной Ь = 4 ф 10 м Ч 0 = 19,9 В, й8 10 м. Подставляя значения Чор 1 111 Чо д Ь в уравнение (1), получают два уравнения с разными значениями Ч и й;, Ь; и неизвестными значениями проницаемости Е и коэффициента поверхностного натяжения 0 глицерина. Решая системы двух уравнений относительно неизвестных Е, Ф, получают их следующие значения: К = 6,5810 Дж/м ; Г = 6,48.Таким образом, предлагаемым способом можно определить реологические параметры широкого круга сред, в том числе сред с большим значением вязкости и модуля сдвига. формула изобретения 1. Способ определения реологических параметров сред путем деформации свободной поверхности слоя исследуе-. мой среды под действием электрического поля и измерения величины деформации, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона измерений вязкости и модуля сдвига сред, электрическое поле создают нанесением на свободную поверхность. Заахав 4908/39 Тираж 778 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и ьткрытий 113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная,4 3 12574 заземленного слоя электрического за- . ряда и одновременно измеряют потен,циал свободной поверхности, а о значениях реологических параметров судят по величине потенциала поверхности и размерам деформации.2. Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью расБ 4 .иширения функциональных воэможностейпутем обеспечения измерений реологических параметров нескольких сред,измеряют потенциал свободной поверхности и величину деформации для нескольких слоев среды различной толщины, причем число слоев соответствует числу определяемых параметров,