Способ измерения отношения объемной и сдвиговой вязкостей

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 1 ц 958911 ФФФ:Гасударственный кемнтет СССР Опубликовано 15.09.82. Бюллетень34Дата опубликования описания 25.09.82на делам нзоеретеннй н еткрмтий(72) Авторы изобретения Ковтонюк,ф:. (4с"Е,1ХИФЧ 1 Ст,".с С. М. Константинов, 1 О. А. Скрипник, Л. А. Глазко Н. Ф. Ковтонюк и В. С. Шевел Киевский технолог 71) Заявител кий институт легкой пром СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ И СДВИГОВОИ ВЯЗКОСТЕИ ЕМН ния двух различных ч фициент затуханияделяют отношение о й н вязкостей по ф акустические колебатот, измеряют коэфэтих частотах и опремной 1 и сдвиговмуле на 4 (сС- Ьсл)3 кл где- экспе чени сл- коэф тани ории форм рая п сдвиг проп тоты Недостатком кая точность,стью измерения фициента затух личин, использу при аналитичес Действитель значения коэффИзобретение относится к приборостроению и может быть применено при акустических методах контроля состава и свойств веществ в промышленных и лабораторных условиях.Известен акустический способ измерения реологических характеристик различных сред, заключающийся в том; что в контролируемой среде возбуждают акустические колебания, определяют акустические параметры (наиболее часто - это скорость рас о пространения и коэффициент затухания акустической волны), характеризующие свойства среды и далее с помощью известных аналитических зависимостей судят о контролируемом параметре 1.Недостатком такого способа является низкая точность измерения определяемых величин, обусловленная методической погрешностью, возникающей при измерении абсолютных акустических параметров.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ измерения вязкости полимерных материалОв, заключающийся в том; что в контролируемой среде последовательно возбуждают риментально измеренное знае коэффициента затухания; фициент затухания, рассчиый согласно классической тераспространения звука поуле Стокса-Кирхгофа, коториписывает затухание лишь .о вой вязкости, растущее орционально квадрату час .прототипа является его низобусловленнай необходимо- абсолютного значения коэфания и низкой точностью веемых в качестве исходных ких расчетах.но, измерение абсолютного ициента затухания объек%г )10 р%, (2)50 где Ф - характеристическая частота релаксации, известная величина, феноменологических связанная с реологичеокими характеристиками исследуемой среды.Выбранное неравенство %/Фр1055 обеспечивает практическое постоянство фа- . зовой скорости С на частотах в диапазонеот %р до 1 Ч. тивно отягощено методической ошибкой, обусловленной главным образом неидеальностью ввода акустической энергии в исследуемую среду. На практике к этому добавляются некотролируемые ошибки, вызванные, например, образованием на поверхности излучателя полимерной пленки, акустической неоднородностью среды и т. п. Низкая же точность величин, используемых при аналитических расчетах, обусловлена практически всегда имеющим место несоответствием параметров среды (плотность, температура, давление и т. п.), применяемых при расчетах, действительным параметрам среды в момент измерения.Целью изобретения является повышение точности измерения отношения объемной и сдвиговой вязкостей.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу кзмерения отношения объемной и сдвиговой вязкостей, основанному на прозвучивании исследуемой среды акустическими волнами разных частот и определении характеристик, связанных с затуханием этих волн, периодически изменяют частоту акустических волн в заданное число раз, большее чем 1,3 задавая при этом низкую частоту не менее чем в 10 раз выше характерной частоты релаксации исследуемой среды, выделяют первый сигнал, пропорциональный разности коэффициентов затухания волн на крайних частотах, вновь изменяют частоту акустических волн в то же самое число раз, большее, чем 1,3, однако во втором случае задают максимальную .частоту такой, чтобы она была не менее чем в 10 раз ниже характерной частоты релаксации исследуемой среды, выделяют второй сигнал, пропорциональный разности коэффициентов затухания волн на крайних частотах, а по отношению первого и второго сигналов судят об отношении объемной и сдвиговей вязкостей.На фиг. 1 изображена зависимость квадрата фазовой скорости С акустических коллебаний от частоты % и условно показаны спектральные составляющие частот, используемых по описываемому способу; на фиг. 2 - эпюры, поясняющие способ.По описываемому способу осуществляют первоначальное прозвучивание исследуемой среды на частоте Ж. Конкретное значение частоты Жг определяют из условия выполнения неравенства 5 о 5 го 25 зо 35 4 О 45 Далее увеличивают частоту % в 1 раз, переходя тем самым к прозвучиванию контролируемой среды на частоте %а.Значение 1 выбирают из условия обеспечения заданной точности определения величины изменения коэффициента затухания акустических колебаний, которое появляется вследствие изменения частоты прозвучивания. При этом руководствуются данными об изменении коэффициента затухания и реальной разрешающей способности приемно-измерительного устройства, Для большинства случаев практического применения число 1 определяется в интервале с нижней границей, равной 1,3.Путем периодического изменения частоты прозвучивания получают на выходе приемно-измерительного устройства периодически изменяющийся сигнал, переменная составляющая которого пропорциональна отношению сдвиговой вязкости к плотности контролируемой среды Р (фиг. 26).Действительно, если в выражение для коэффициента затухания А акустических колебаний в вязкой среде(3) (где % - круговая частота колебаний, С - скорость звука в среде) подставить значение коэффициента объемной вязкостина частотах выше частоты релаксации Фр),0 3," -- 1 -- ф р ю (4) (где С и Со - скорость звука при частоте, стремящейся к бесконечности и к нулю), то после предельного перехода по условию %/Фр 1 (в нашем случае %(%р ) 10) получим выражения для коэффициентов затухания на крайних частотах прозвучивания % и Жг: 4%) - т + 2 с-(С - Со ) (5)и из условия Ф = СЮгу 2д Г +(Сг Сг) (6)о э1 Амплитуда огибающей сигнала А равна(7)В результате выполнения этих операций получают не только промежуточную информацию о величинах, характеризующих контролируемую среду, и но и повышают точность их измерения по сравнению с прототипом, так как при выделении амплитуды огибающей исключаются не только аддитивные составляющие, обусловленные объемной вязкостью, что следует из выражения(5) но и те составляющие, которые обусловлены, например, полимеризационной пленкой, неконтролируемо образующейся на поверхности преобразователя.Изменяют частоту и вновь прозвучивают контролируемую среду. Как и раньше осуществляют периодическое изменение частоты в 1 раз, однако при этом. сохраняют отношение более высокой частоты Ъз (фиг. 1 и 2 а) к характеристической частоте релаксации менее 0,1. 15 ЗО(10)35 приводят ее к значению А у 2 сзА А,г ъЧ, с (1 3Р А Ю с 7 4 12 О 40 и, выделив переменную составляющую А приведенного сигнала А, судят об измеряемом отношении Зюз сз45- = Л- - = 1 сА,Ч(13)2 сзгде 1 = - - + -- ,Ь ЪУ,Из последнего выражения видно, что бла- .годаря выполнению указанных выше операций результат измерения определяется измерямым отношением / и коэффициентомпропорциональности Е При этом можноутверждать, что величины, определяющие В результате периодического измерения частоты прозвучивания на выходе приемно-измерительного устройства получают попеременно изменяющийся сигнал (фиг. 2 б), При этом, когда прозвучивание осуществляется на частоте %, этот сигнал равен20(8) а при прозвучивании на частоте Жз -- ,1%4425 с(%з) = ---- ( - 1 +).2 Р Сз 3(9)Выделяют переменную составляющую сигнала, пропорциональную сумм сдвиговой.и объемной составляющих вязкости,коэффициент пропорциональности К имеют детерминированные значения и в отличие от прототипа, практически не зависят от времени, внешних и внутренних условий. Действительно, погрешность определения частот %г, %4 не превышает значений 10 5 - 104 Вместе с этим, в случае выполнения указанных соотношений между рабочими частотами и частотой релаксации погрешность определения значения фазовой скорости распространения акустических колебаний Со и С также является малой величиной по сравнению с методическими погрешностями методов, применяемых для определения реологических характеристик жидких сред. И результат измерения не отягощен погрешностями, возникающими за счет изменения. плотности контролируемой среды в момент- измерения. Это достигается тем, что устраняется необходимость измерения абсолютного значения коэффициента затухания акустических колебаний.Таким образом, применение предлагаемого способа измерения отношения объемной составляющей вязкости позволяет повысить точность определения отношения объемной и сдвиговой вязкостей.Формула изобретенияСпособ измерения отношения объемной и сдвиговой вязкостей, основанный на прозвучивании исследуемой среды акустическими волнами разных частот и определении характеристик, связанных с затуханием этих волн, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения отношения объемной и сдвиговой вязкостей, периодически изменяют частоту акустических волн в заданное число раз, большее чем 1,3, задавая при этом низкую частоту не менее чем в 10 раз выше характерной частоты релаксации исследуемой среды, выделяют первый сигнал, пропорциональный разности коэффициентов затухания волн на крайних частотах, вновь изменяют частоту акустических волн в то же самое число раз, большее чем 1,3, однако во втором случае задают максимальную частоту такой чтобы она была не менее чем в 10 раз ниже характерной частоты релаксации исследуемой среды, выделяют второй сигнал, пропорциональный разности коэффициентов затухания волн на крайних частотах, а по отношению первого и второго сигналов судят об отношении объемной и сдвиговой вязкостей.Источники информации,принятые во внимание приэкспертизе 1. Авторское свидетельство СССР699399, кл. б 01 И 11/14, 1979,2. Потапов А. И., Игнатов В. М., Александров Ю, Б Технологический неразрушающий контроль пластмасс. Л., Химия, 1979, с. 7 - 8 (прототип).едактор М. Дылынаказ 6754/57ВНИ ТирПИ Государеделам изоМосква, Ж -П Патент,113035,Филиал ПП Составитель В, Крутинред А, Бойкас Корректор Е. Рошкож 887 Подписноетвенного комитета СССРретений и открытий35, Раушская наб., д. 4/5г. Ужгород, ул. Проектная, 4