Ротационный вискозиметр

) Заяв 30.03.7 40429(18 2 М. Кл.,6 присое ем заяв сударственныи комитетсанта линистроа СССРпо делам изобретенийи открытий 23) Приоритет 43) Опубликовано 15.04.78, Бюллетень445) Дата опубликования описания 27.03,78 32,137 (088.8) Авторыизобретения Л. В, Иванова, Е, В, Макарова, В. П. Никифоров и О. С, Карсетов дена Трудового Красного Знамени ии химии АН СССР(54) РОТА ЫЙ ВИСКОЗИМЕТ х и за и др,став- мая рия- го Изобретение относится, к технике реологического приборостроени, н может быть использованв научно-исследовательски водских лаборатриях, учебных заведениях для исследованиярастворов полимеров и различных вязкотекучнхжидкостей.Известны ротационные вискоэиметры, предляющие собой устройства, в которых нсследуежидкая система подвергается сдвигу между двумповерхностями, одна из которых находится во врщательном движении, а вторая служит для восптия усилия, возникающего в потоке, и передачина динамометр (1,Эти вискознметры обладают тем существенным 5 нетюстатком, что их конструкционные решения не обеспечивают сочетания необходимых свойств в од. ном приборе, а именно воэможности измерения вяз. кости в широком интервале (от сотых долейсантн. пуазы до нескольких миллионов пуаз) и измеренияО структурной вязкости .в зависимости от градиента скорости, а также исследования других реологических свойств (предела текучести, модуля эластнчнос ти растворов, кинетики упругого последействия и т,д,),25 Ближайшим техническим решением к предлагаемому изобретению является ротационный вискоэи.метр, содержащий коаксиальные внутренний и наруж.ньщ, связанный с валом привода, цилиндры колоко.лообраэкого типа, измерительную систему 21,Недостатком данного ротационного вискозимет.ра является то, что его конструкция не позволяетизмерения вязкостей легкотекучих, жидкостей и газов и вносит погрешность в измерения из-за недостаточного центрирования цилиндров.Целью изобретения является расширение диана.зона измеряемых вязкостей и повышение точностиих измерения.Цель достигается тем, что в предлагаемом вис.козиметре внутренний цилиндр соединен с дина.мометром измерительной системы с помощью высту.пов, выполненных в его верхней части и частичнозатопляемых в исследуемой жидкости, а наружныйцилиндр соединен с валом:привода посредствомцентрирующего стакана с регулировочными винтами, причем оба цилиндра выполнены с возможностысих соединения при помощи съемной оси, а соотнощенке.иэмерительной поверхности внутреннего ци,линдра,с его моментом инерции выбрано в пределах 0,6 - 2,5 г ,На чертеже представлена схема ротационноговиска эиметра,Ротационный висказиметр содержит внутренний цилиндр 1 имеющий выступы 2, служащие длясоединения ега с динамаметром 3, Такая, канструк.ция внутреннего цилиндра сохраняет коаксиальностьцилиндров, которая может быть нарушена под влиянием поверхнастнага натяжения жидкости приего воздействии па полнуи) окружность внутренне.го цилиндра,Так как поверхность внутреннего цилиндра 1полностью находится под уровнем жидкости 4,кроме выступов, пересекающих этот уровень, тоисключается децентрирующее влияние поверхност.ного натяжения жидкости на внутренций цилиндр,особенна при измерениях малавязких сред,Дальнейшее взаимное центрирование рабочихцилиндров осуществлено путем крепления наруж.ного цилиндра на вертикальном, приводимом в движе.иие от двигателя, валу 5 посредством центрирующегостакана б, несущего установочные винты 7, В отсутствие такого центрировшщя, биения, возникающиепри быстром вращении наружного цилиндра, нетолько не позволяют точно измерить вязкость, но ивызывают выброс исследуемой нйзковязкой жид.кости из рабочего зазора.МВ ротационном вискозиметре предусмотренасьемная ось 8 соединяющая внутренний и наружный рабочие цилиндры. Возникающее: при этом со- З 0противление взаимному движению цилиицров в мес.тах соединения эквивалентно дополнительному сопро.тивлению,в рабочем зазоре (2 мм), производимомужидкостью,.имеющей вязкость 0,1 П, Для систем,собственная вязкость которых превышает указан.ную погрешность па несколько порядков, точностьи надежность измерения существенно возрастают,Внутренний цилиндр 1 помещен внутри кольцевой емкости 9 так, что между стенкой внутрен.него цилиндра по обе стороны от нее и стенками10 кольцевой емкости 9 образованы два рабочихзазора,На внутреннем цилиндре жестка укрейлена шкала 11, служащая для отсчета сдвига внутреннего цилиндра.ЮПри анализе возможностей увеличения диапазона измеряемых вязкостей было обращено внимание, на необходимость созцуния максимальной под.вижности внутреннего цилиндра 1, так как только в этом случае внутренний цилиндр может быть при 5 О веден в движение теми малыми сопротивлениями, которые возникают в рабочем зазоре от низковяз.кого воздушного или жилкостного потока. Подвижность внутреннего цилиндра можно характеризовать его угловым ускорением со, которое представляета)бой отношение крутящего момента М, закручиваю.щего динамометр, и момента инерции внутреннего цилиндра Л(в= М(Э,4крутящий момент также, как и момент инерции внутреннего,цилиндра, зависит от его радиуса (не считаях)единительных деталей)М щ Р с,я (2)Эф8 ЬРЗ, (3)агде Р - напряжение,сдвига, равное произведе нию вязкостии градиента скорости б)Рф 9 Я)В - рабочая поверхность внутреннего ци линдра(е)" 2 ЛйМ;Ь - высота рабочей стенки, внутреннего цилиндра;Ь - толщина стенки;Р - плотность конструкционного материала.Иэ выражений (2) и (3) видно, что отношение крутящего момента.к моменту инерции внутреннего цилиндра, характеризующее подвижность "внутрея него цилиндра, равноМ 2)6Ъ Ви, следовательно, подвижность внутреннего цилинд. ра тем больше, чем меньше радиус В.Предел уменьшения радиуса цилиндра опреде. ляется конструкционными возможностями (толщИ. на стенок и др.), удобством работы (заполнение и очистка. рабочего зазора); а также оптимальным соотношением радиуса и рабочего зазора, При ма. лых величинах зазора (менее 2 мм) его размеры будут существенно нарушаться возможными отклонениями от соосности цилиндров, Отношение радиу. са В к зазору о следует выбирать по возможности большим для обеспечения однородности сдвига. Принимая дИ = 0,1 - на уровне погрешности находимых значений исследуемых величин при реала. гических измерениях и деформационных испытани. ях, получаем, чтоЯ = 10 о.Оставляя в выражении крутящего момента часть, зависящую от внутреннего цилиндра, а имен. но от поверхности и радиуса, видим, чтоМ ЬМ Ь3 Л;)лФ фили гт,е. отношение крутящего момента к моменту инер. пии внутреннего цилиндра пропорционально отношению поверхности внутреннего цилиндра к его мо. менту инерции5 2)ър м"принимая толщину стенки в пределах 1-0,5 мм и плотность р = 8-4 гсм (сталь, дюраль), получаеМ ) чта отношение5- =О 6-25 гР 1Следует отметить, что у вискозиметра, принято. го за прототип, то же соотношение имеет величину около 0,01 г , т.е, значительно меньше, чем у дан. ного ротационного вискоэиметра, 6028245Ротапионный вискозиметр работает следующимобразом. Для загрузки исследуемой жидкости в врибор наружный цилиндр вместе с центрнрующимстаканом снимают с ведущего вала, Дннамометр Эпри этом поднимают вверх. После установки рабочихцилиндров в рабочее положение и определения нулевого положения шкалы прибора проводят один издвух опытов:Определение угла закручйввния динвмометрвпод влиянием потока жндкости в кольцевом звзЬре при некоторой постоянной скороса вращениянаружного цилиндра;наблюдение вращения внутреннего цилиндра ввысоковязкой системе под влиянием напряженияпереданного внутреннему цилиндру от динамометра, закрученного на некоторый определенный угол,и последукацее наблюдение обратного вращенияпосле снятия нагрузки нод влиянием эластическихсил, развившихся в системе от первоначальногодвижения.ЮВ первом опьпе определяется вязкость какфункция градиента скорости при повторении опытапри разных скоростях, во втором - определяетсявязкость, модуль эластичности, кинетнка упругогопоследействия жидкой системы, а также ее пределтекучести.Положительный эффект от внещжния ротацн.онного.внскозиметра состоит в том, что увеличендиапазон исследуемых вязкостей и.повышена точность измерения вязкости - от сотых долей санти.пуазы до нескольких миллионов пуаз, обеспечена возможность измерения различных реологнческих,характеристик.Формула изобретенияРотвционный внскозиметр колоколообразноготипа, содержащий внутренний циащрр, ковксналь.ио расположенный между двойными стеикаье нвружного цилиндра связанного с валом привода, нзмерительную систему, о т л и ч в ю щ и й с я тем,что, с целью рвсщирения диапазона измеряемыхвязкостей и повышения точности их измерения,внутренний цилиндр соединен с динамометром измерительной системы с помощью выступов выполнен.ных в его верхней части и частично затопляемых висследуемой жидкости, в наружный цилиндр соеди.нен с валом привода посредством центрирующегостакана с регулировочными винтами, причем обв ци.лнндра выполнаш с возможностью их соединеиияпрн помощи съемной оси.2. Вискозиметр по п, 1, о т л и ч,а ю щ и й.с я тем, что соотношение измерительной поверх.ностй внутреннего цилиндра с его моментом ивер.цни выбрано в пределах 0,6-2,5 г ,Источники информации, принятые во вниманиепри экспертизе:1, Белкин И. М, и др, Ротацнонные приборы,М., "Машиностроение", 1968, с. 15-265.2, Белкин И, М, и др, Ротационные приборы,М "Машиностроение", 1968, с, 198.602824 Составитель Н, ПлотниковаТехред О.Андрейко Корректор М. Демчнк р Н. Зайце Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 акаэ 183 В/38 Тираж 1112 ЦНИИПИ Государственного комитета Со по делам изобретений и о 113035, Москва, Ж, Раушск