Способ измерения вязкости

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ 778 ЫО А РЕСПУБЛИК 19) Ж 1 М 11/16 51) ЕТЕ ДЕТЕЛЬСТВУ ВТОРСКОМ вых(57) Назначение. и области измерений стей с помощью пр мастью и может условиях криогенн зобретение отно вязкости газов и боров со сверхп быть использо х температур сится к.жидкоро водивано в для контнеоб- идкоется ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Институт металлофизики АН УССР(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОСТИ Изобретение относится к измерению вязкости газов, газовых смесей и жидкостей с помощью приборов со сверхпроводимостью и может быть использовано в условиях криогенных температур для контроля за процессами получения, хранения, транспортировки криогенных жидкостей и газов.Известен способ измерения вязкости газов и жидкостей, в котором измеряют величину зазора между цилиндрическим грузом, свободно падающим в трубке, заполненной изучаемой средой, и этой трубкой, длину трубки и время прохождения ее грузом. Затем по известному математическому выражению находят вязкость.Недо статком известного способа являжность измерения величины зароля эа процессами получения, хранения и транспортировки криогенных жидкостей и газов, Сущность изобретения: способ измерения вязкости включает свободный подвестела, представляющего собой постоянный магнит в форме шара, над сверхпроводником в анализируемой среде, придание телу крутильных колебаний приложением вынуждающего момента, измерение резонансной частоты при максимальной амплитуде, измерение частоты, при которой разность фаз между гармонически изменяющимся вынуждающим моментом и крутильными колебаниями шара по углу равна л/2, а величину вязкости определяют расчетным путем. 1 ил. ора с желаемои точностью и поэтеодимость калибровки по газу илити, вязкость которых известна. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ измерения вязкости газов, газовых смесей и жидкостей по затуханию крутильных коле- О баний, заключающийся в подвесе тела в форме диска на нити, погружении его в изучаемую среду и придании ему крутильных а колебаний приложением вынуждающего момента, измерении периода этих колебаний и логарифмического дахре.;ента их затухания Л и определении вязкости ц по формулестороны, при небольших смещениях магнита происходит упругая деформация вихревой решетки с сохранением магнитной индукции В=сопзт. Это адекватно появле нию в системе ПМ-ВТСП упругого элемента,который и задает собственные частоты свободных колебаний ПМ.Система ПМ-ВТСП является колебательной системой с трением, в которой воз буждаются вынужденные колебания, уголповорота магнита описывается уравнением; р = в соя (в 1+ ла),15 где В -го мом с пол момента; лебаний, ), частота = во при мплитуде колебания стоте ар= 10 пределяя шр и йЬ, наатухания:(4) 2 где в - масса ПМ; 4й - его радиус,Физическая сущность изобретения заключается в том, что высокотемпературныесверхпроводники (ВТСП) являются сверхпроводниками 11 рода и ниже температуры 5сверхпроводящего перехода в магнитномполе Х сс Нс 1 (Нс 1 - первое критическоеполе) магнитный поток проникает в ВТСП,образуя вихревую решетку, которая закрепляется на центрах пиннинга, 5 При ма тильных кол де с вязкос со стороны М= 8 уй 2 для случая среде вы раж сти; Когда силвихрей, большданной точке 10 лйгде т - период колебаний;с - постоянная, зависящая от размеров аппарата и определяемая посредством опыта с газом, вязкость которого точно известна;М - часть логарифмического декремента, обусловленная трением побочных частей вискозиметра и определяемая особым опытом.Недостатком этого способа является , низкая достоверность, особенно в области криогенных, температур, из-за гистерезиса упругих свойств нити - подвеса диска и сильной зависимости этих упругих свойств от температуры, а также большая продолжительность измерения декремента затухания. Целью изобретения являетсяие достоверности и экспрессностиий. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе измерения вязкости, заключающемся в подвесе тела, погружении его в изучаемую среду, придании телу крутильных колебаний приложением вынуждающего момента и определении вязкости, осуществляют свободный подвес тела, представляющего собой постоянный магнит (ПМ) в форме шара, над сверхпроводником и после придания телу крутильных колебаний измеряют их резонансную частоту вр при максимальной амплитуде, затем измеряют частоту йЪ, при которой разность фаз между гармонически изменяющимся вынуждающим моментом и крутильными колебаниями ПМ по углу равна л/2: а величину вязкостиопределяют по фор- муле необходимая для срыва веса магнита, то магнит в висает над ВТСП. С другой Ла - разность фаз между гармонически изменяющимся вынуждающим моментом и крутильными колебаниями ПМ по углу;р - угол поворота ПМ вокруг горизонтальной оси от положения равновесия;А - коэффициент затухания;иЬ - частота свободных колебаний ПМ в отсутствие трения;1= - в В - момент инерции П М;2 о - амплитуда вынуждающт омента взаимодействия ПМс сида);а- частота изменения этогоО- амплитуда крутильных коКак видно из формулы (3крутильных колебаний ПМ вЛа = ж/2. П ри задан ной амоменты сил Мо амплитудамаксимальна, О = Оыакс, при чаЪЗ - 2 2Таким образом, оходим коэффициент з ых кастсткх (тсв х в ) круВрФ ебаний шара радиусомЯ в сретью ц и плотностью р на шар среды действует момент сил р. Учитывая (1) и (4), получаем крутильных колебаний шара в ение для динамической вяэко 1778623На чертеже представлена схема экспериментального осуществления способа оп- .ределения вязкости,Постоянный магнит (ПМ) в формешара 1 из БтСоь массой гп=0,012 г, радиусом Я - 0,2 см и магнитным моментом и=0,4 Гссм свободноподвешивалсязнад поверхностью высокотемпературногосверхпроводника (ВТСП) 2, охлажденногожидким азотом 3 при помощи хладопровода 4, таким образом, что его магнитныймомент ф был параллелен поверхностиВТСП, и погружался в исследуемую среду5. ВИСП из УВа 2 Сцз 07-б с температуройперехода в сверхпроводящее состояние 1593 К имел форму таблетки диаметром 4 сми толщиной 0,5 см. Вся система ПМ-ВТСПс исследуемой средой, хладопроводом ижидким азотом находилась в корпусе 6 изтеплоизоляционного материала, 20ПМ придавались крутильные колебаниявокруг горизонтальной оси приложениемвынуждающего момента от задающейкатушки (100 витков) 7, напряжение накоторую подавалось от генератора 8, Максимальная амплитуда Осаке крутильных колебаний магнита определялась с помощьюдвух детектирующих катушек (по 10 витковкаждая) 9, напряжение с которых подавалось через усилитель на вход У двухлучевого осциллографа 11 и на частотомер 12.Детектирующие катушки включены последовательно навстречу друг другу и помещены на концах задающей катушки 7, чтобыисключить из снимаемого с них сигнала 35вклад катушки 7. Блоки 11 и 12 используются для определения: 1) резонансной частоты ар при максимальной амплитудеколебаний Омакс, 2) Частоты во, при которой разность фаз между гармонически изменяющимся вынуждающим моментом,задаваемым генератором 8, и крутильнымиКколебаниями ПМ по углу Ьа = -ту-,Примером конкретного выполнения является определение вязкости жидкого азотаданным способом, которое проводилосьследующим образом.Измерялась частота вр, как частотавынужденных крутильных колебаний ПМ, 50определяемая по показаниям частотометра 12 при максимальной амплитудеэтих колебаний, определяемой по осциллографу 11.55Измерялась частота вь, как частота вынужденных крутильных колебаний ПМ, определяемая по показаниям частотомера 12 Лпри условии, что Ла =-2-, т.к. при этом из формулы(3) с 9(Ла) = оо и оиь, Для создания таких условий с помощью генератора 8 подбирали задающую частоту так, чтобы разность фаэ, определяемая осциллографом 11, между напряжениями на задающей 7 и детектирующей 9 катушках равняласьК нулю. Это соответствует условию Л а = в связи с дополнительным сдвигом фаз в системе колеблющейся ПМ - детектирующая катушка 9.Динамическая вязкость средыопре-, делялась по формуле 5), В этом случае были получены следующие результаты;вам=2,198 Гц= 13,810 рад/се к,ай=2,206 Гц=13,861 рад/сек,1,6010 г/см с.Полученное значение д совпадает с точностью 1,3 с известным значением вязкости жидкого азота при температуре 77,33 К, что подтверждает достоверность описанного способа.Использование данного способа по сравнению с известным даст возможность повысить достоверность полученных результатов по определению вязкости, т.к. за счет бесконтактного подвеса ПМ над ВТСП полностью исключаются гистерезисные явления. Кроме того, он также по сравнению с известным позволяет сократить время измерений, т,е. повысить экспрессность, что происходит за счет измерения в данном способе только частот, а не трудоемкого измерения декремента затухания, как в прототипе.Способ преимущественно облегчает измерение вязкости газов, газовых смесей и жидкостей при криогенных температурах, что важно при конструировании устройств транспортировки в криогенной области температур, при разработке криогенных машин и приборов в различных областях современной техники.Формула изобретенияСпособ измерения вязкости, включающий погружение тела в изучаемую среду, придание ему крутильных колебаний прило. жением вынуждающего момента и определение вязкости, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения достоверности и экспрессности измерений, тело, представ1778628 шара по углу поддерживают равной л/2, авязкость определяют по формуле ляющее собой постоянный магнит в форме шара, размещают над сверхпроводником и после придания телу крутильных колебаний измеряют их резонансную частоту ор при максимальной амплитуде, затем измеряют частоту йЪ, при которой разность фаз между гармонически изменяющимся вынуждающим моментом и крутильными колебаниями Пкй2 где щ - масса шара; В - радиус шара,Составитель Е. Дул ьнева Редактор Т. Купрякова Техред М,Моргентал Корректор Э.ЛончаковаПроизводственно-издательский комбинат "Патент", г, ужгород, ул.Гагарина, 301 Заказ М 87 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5