Ротационный вискозиметр

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) П риоритет Опубликовано 15, 11,80. Бюллетень42 по делам изобретений и открытий(53) УДК 532.137 (088,8) Дата опубликования описания 17,11.80(72) Автор изобретения Е, А, Шевкин Ленинградское специальное конструкторское бюро Московского НПО фНефтехимавтоматика"( 54) РОТАЦИОННЫЙ ВИСКОЗИМЕТР вра вля- енки Изобретение относится к вискозиметрии и может быть использовано в научных и практических исследованиях для измерения вязкости и физико-механических характеристик воды, водных растворов, кислот, щелочей, а также светлых нефтепродуктов бензинов, топлив и т,д, при малых скоростях сдвига.Известны ротационные вискозиметры для измерения вязкости и физико-механических характеристик жидких материалов при малых скоростях сдвига. Они имеют, как правило, два цилиндра, В одних конструкциях вискозиметров наружному цилиндру задается постоянная скорость вращения и измеряется приложенный деформируемой15 жидкоствю к внутреннему цилиндру момент, например, по углу закручивания торсиона" в других конструкциях наружный цилиндр неподвижный, угловая скорость задается внутреннему цилиндру и измеряется момент20 или по углу закручивания торсиона, или по изменению электрических параметров (фазы, токов, электрических напряжений) 2электродвигателя, приводящего во вращетие внутренний цилиндр, в третьих типах конструкциивйскозиметров к внутреннему цилиндру прикладывается постоянный момент и измеряется скорость его вращения при этом внутренний цилиндр помещен в опоры, создающие минимальный момент трения ,Наиболее близким техническим решением является ротационный вискозиметр для измерения вязкости и физико-механических характеристик жидких материалов при малых скоростях сдвига, внутренний вращающийся цилиндр которого лишей механических опор2. Наблюдение за щением внутреннего цилиндра осущест ется через прозрачные стеклянные ст наружного цилиндра.Ь известном ротационном вискозиметре поверхностное натяжение жидкости обеспечивает соосное концентрическое расположение цилиндров. Во внутреннем цилиндре помещен стальной шарик с магнитом. Впутцилиндра 1 и внутреннего цилиндра 2, выполненных из оптического кварцевого стекла без полос, натеков, царапин и пузырьков. Во внутреннем цилиндре жестко укреплен стальной омедненный шарик 3 и экран с кольцевой щелью 4, У наружногоцилиндра 1 на уровне экрана 4 жесткоукреплен осветитель 6, с противоположнойстороны наружного цилиндра на том жеуровне укреплены в вертикальной плоскости два фотодиода фотодатчика 6, электрически соединенные с усилителями 7 иэлектромагнитом 8, расположенным поднаружным цилиндром 1.На уровне омедненного шарика 3 вокруг наружного цилиндра 1 расположен четырехполюсный, двухфазный, воздушный(без магнитопровода) статор 9, электрически соединенный с. высокочастотнымгенератором 10На стенке внутреннего цилиндра нанесена продольная риска 11, служащая длярегистрации периода вращения цилиндра.Работает устройство следующим обра-зом. Предварительно сбалансированный(так, чтобы продольная ось внутреннегоцилиндра отклонялась от вертикали не более чем на 10-15 угл.мин) и отрегулированный на небольшую положительнууо плавучесть внутренний цилиндр 2 помещаетсяв наружный цилиндр 1, Цилиндр полностью.заполняется исследуемой жидкостью.В рабочем состоянии внутреннего цилиндра 2 световой поток от осветителя 5ограничивается экраном с кольцевой щелью4 так, что освещает нижнюю половину верхнего фотодиода и верхнюю половину нижнего фотодиода фотодатчика 6, при этомусилитель 7 вырабатывает номинальныйток, электромагнит 8, протягивая шарик(вместе с ним и внутренний цилиндр 2),компенсирует положительную плавучестьвнутреннего цилиндра.При отклонении в вертикальной плоскости внутреннего цилиндра 2 от рабочегоположения происходит перераспределениесветового потока между фотодиоами"фотодатчика, изменение электрического сиг-,нала фотодатчика 6, изменение тока электромагнита 8 и изменение силы притяжения, Например, при случайном подьемевнутреннего цилиндра 2 под действиемкаких-то сил сита притяжения шарика 3к электромагниту 8 возрастает, компенсировав дополнительную силу,Создаваемое электромагнитом. 8 осесимметрическое неоднородное магнитноеполе способствует центрированию внутреннего цилиндра 2,3 . 779862френний цилиндр размещен между постоян,ными магнитами и привращении от приво,да увлекается во вращательное движение.При малых скоростях деформации и ма.лых напряжениях сдвига наличие менискаделает невозможным измерение вязкости.5и физико-механических характеристик жидких материалов,Наличие вибраций, обусловленных приводом, вращение постоянных магнитов(с частотами, кратными частоте питающегоэлектродвигатель электрического тока: счастотами, кратными частоте вращенияпостоянных магнитов), наличие механического воздействия вращающихся .магнитов15на помещенный во внутренний цилиндр стальной шарик с магнитом не позволчет измерить вчзкость и физико-механические характеристики жидких материалов при малыхнапряжениях сдвига,При наполнении стеклянного цилиндраисследуемой жидкостью происходит химикофизическое взаимодействие (например выщела-,чивание стекла образованием гели и т,д.)со стенками цилиндров, что приводит к недостоверным результатам измерений.Целью изобретения является повышениеточности измерения при малых скоростяхсдвига,Бель достигается тем, что в известном30ротационном вискозиметре, имеющем неподвижный термостатируемый прозрачныйнаружный цилиндр и внутренний герметич.ный, с небольшой положительной плавучестью прозрачный цилиндр полностью погружен 35нов исследуемую жидкость, внутреннийцилиндр снабжен омедненным стальйым шариком, а статор датчикамомента, подключенный к гейератору высокочастотного тока, выполнен четырехполюсным, двухфазным, воздушным (без маг 40нитопровода), ротором же служит меднаяоболочка стального шарика внутреннего.цилиндра, чем устраняются вибрации, колебания и сотрясения. Устройство для устано45вки и центрирования измерительного узлавыполнено в виде магнитодинамическогоподвеса,Использование в качестве материаладля наружного и внутреннего цйлиндроввискозиметра оптического кварцевого стек-.50ла исключает химическо-физическое взаимодействие исследуемой жидкости со стенками цилиндров в широком диапазоне температур;На чертеже изображен общий вид пред 55ложенного ротационного вискозиметра.Ротационный вискоэиметр состоит изнеподвижного наружного термостатируемого5 7798Четырехполюсный, двухфазный, воздушный (без магнитопровода) статор датчика момента 9 создает высокочастотное вращающееся магнитное поле. Возбужденные в медной оболочке шарика 3 токи Фуко взаимодействуют с магнитйым полем ста тора 9, создавая вращающий момент. С помощью риски 11, нанесенной на поверх носты внутреннего цилиндра 2, измеряется период обращения этого цилиндра, являю щийся величиной, обратной скорости вращения. Угловая скорость внутреннего цилиндра 2 является функцией вязкости и физико-механических свойств исследуемой жидкости. 5Создание ротационного вискозимет,га из оптического кварца с магнитодинамическим одвесом внутреннего цилиндра и оптпческим сьемом его пространственного положения,. с полностью погруженным р в исследуемую жидкость внутренним цилиндром, с прецизионным высокочастотным датчиком момента позволит исследовать вязкость и физико-механические характе ристики жидких материалов при сверхма- р 5 лых скоростях деформации и сверхмалых напряжениях сдвига, расширят представления о тонкой исверхтонкой структуре жидкостей.формула иэобретенияЭО1, Ротационный вискозиметр, содержащий прозрачные неподвижный термостати 626руемый наружный цйлиндр и внутреннийгерметичный цилиндр с жестко закрепленным внутри стальным шариком, устройство для вращения внутреннего цилиндран устройство для установки и центрирования измерительного узла, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения при малых скоростях сдвига, внутренний цилиндр полностью погружен в исследуемую жидкость,поверхность стального шарика покрытамедным слоем, устройство для вращениявнутреннего цилиндра выполнено в видевоздушного четырехполюсного, двухфаэного статора.2, Ротационный вискоэиметр по п. 1,о т л и ч а ю щ и,й с я тем, что уст-ройство для установки и центрированияизмерительного узла выполнено в видемагнитодинамического подвеса,3, Ротационный вискозиметр по п.1,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что цилинндры выполнены из оптического кварца. Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1, Белкин И, М, и др. Ротационныеприборы, М., "Машиностроение", 1968,с. 265.2, фрисман Э. В, и др. Стеклянныйротационный вискозиметр, "Коллоидныйжурнал", М 1, М.,: "Наука", 1965, с.130,779862 Составитель В, филатоваа Техред М.Петко Корректор Е. Папп едактор Г. Филиал ППП "Патент, г.Ужгород, ул, Проектная 931518 Тираж 101 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Р