CS230950B1 - Rotační reometr typu disk-disk - Google Patents

Abstract

isk je vytvořen ze dvou dílů, z nichž nepohyblivý periferní díl je ve tvaru mežikruzí, v jehož volném středovém prostoru je bezdotykově uložen centrální díl s torzní tyčí a mezikruhové Štěrbina mezi oběma díly je napojena na přívod regulovatelného tlakového plynu.

Description

Vynález se týká rotačního reometru typu disk-disk, jehož horní disk se skládá ze dvou dílů, v· důsledku čehož se dosáhne přesnějších výsledků měření.

Známý typ reometru disk-disk obsahuje dolní disk upevněný na otočně a posuvně uloženém hřídeli podepřeném např. ohebně, pružným nosníkem pro měření celkové osofcé tlakové síly vyvozené normálovým napětím v kapalině. Hřídel je poháněna stálou úhlovou rychlostí ω .

Horní disk je fixován axiálně ve vzdálenosti h od dolního disku. Je pevně spojen s otočně uloženou torzní tyčí, na které se pomocí dalšího mechanismu snímá kroutící moment llezi horní a dolní disk je umislovéna měřená kapalina, přenášející při rotaci dolního disku kroutící moment na horní disk a na torzní tyč.

Současný stav techniky měření viskozity a normálových napětí pomocí reometrů typu disk-disk neumožňuje provádět měřeni neovlivněná povrchovým napětím existujícím ne volné hladině na okraji obou disků. Rovněž neumožňuje eliminaci vlivu poruchy rychlostního pole mezi disky způsobené sekundárním prouděním kapaliny při zvýšení rotační rychlosti. V známýcl· reometrech typu disk-disk je sekundární proudění ovlivňováno nepřítomností pevné stěny v rovině horního disku pro poloměry větší,než je poloměr horního disku představujícího měřicí prvek pro smyková napětí i nepřítomností pevné stěny v rovině dolního disku představujícího měřicí prvek pro normálová napětí. Porucha pole sekundární rychlosti, která v důsledku toho vzniká, znemožňuje aplikovat existující vztahy pro sekundární tok mezi dvěma neohraničenými rovnoběžnými rovinami s relativní rotací. V těchto reometrech nelze proto provést korekci celkového změřeného kroutícího momentu a celkové změřené normálové síly na vliv sekundárního toku, a tedy nelze provést výpočet správné hodnoty viskozity a součinitele normálového napětí, pokud existuje mezi disky sekundární tok.

Snížení dalšího nepříznivého vlivu od povrchového napětí se ve stávajících systémech r reometrů typu disk-disk dosahuje doplněním rotačního disku válcovou částí, tak, že je vytvořena nádoba o větším průměru než je průměr horního disku. Horní disk je svou dolní funkční plochou zanořen do měřené kapaliny nacházející se v takto vzniklé nádobce. V tomto uspořádání je efekt povrchového napětí snížen, nebot vzniká pouze po obvodu horního disku. Zůstává však nadále rušivý vliv na měřénuu hotnotu kroutícího momentu způsobený přítomností volné hladiny, na níž není splněna stejná okrajová podmínka jako na dolní ploše horního disku.

Výše uvedená obtíže reometrů typu disk-disk jsou eliminovány v reometru podle vynálezu. Podstata řešení je v tom, že horní disk se skládá z nepohyblivého periferního dílu ve tvaru mezikruží, v jehož volném středovém prostoru je bezdotykově uložen centrální díl s torzní tyčí a mezikruhová štěrbina mezi oběma díly je napojena na přívod regulovatelného tlakového plynu.

Provedením reometru typu disk-disk podle vynálezu se účinně eliminuje rušivý vliv povrchového napětí a odstraní se vliv nehomogenní okrajové situace v rovině horního disku. Periferní díl horního óifcku je v pevné poloze a kroutící moment ani síla způsobená normálovým napětím v důsledku rotace kapaliny a jejího proudění nejsou z tohoto dílu snímány.

Provedením reometru typu disk-disk podle vynálezu se tak umožní kalkulace vlivu sekundárního proudění vyvolaného rotací kapaliny při měřeni, a tedy i korekce měření viskozity a normálového napětí na sekundární proudění, nebol tímto provedením je zajištěna pro měřicí prvek, kterým je centrální díl horního disku, platnost okrajových podmínek předpokládaných v existujících teoriích a z nich vyplývajících vztazích pro proudění mezi rovnoběžnými rovinami s relativní rotací. Sekundární prouděni v kapalině nacházející se v měřicím prostoru je neporušené a lze na něj proto aplikovat vztahy odvozené pro sekundární proudění za předpokladů platnosti těchto teoretických vztahů. Tyto vztahy umožňují výpočet kroutícího momentu způsobeného sekundárním prouděním, který musí býti odečten od celkového změřeného kroutícího momentu, aby byla stanovena správná hodnota viskozity.

Tímto provedením reometru typu disk-disk se rovněž zvýší i horní hranice rozsahu rotačních rychlostí, po který bude možno s rotačními reometry pracovat, nebot vznikající intenzívnější sekundární proudění, bude možno eliminovat při výpočtu viskozity.

Vynález umožňuje též měření koeficientu normálových napětí a provádění korekce jeho velikosti na vliv sekundárního proudění obdobně jako při měření viskozity. V tomto případě je korigována celková normálová síla vyvozené rotací e prouděním kapaliny; tato síla působí kolmo k ploše horního disku a je snímána pouze z jeho centrálního dílu a přenášena torzní tyčí na měřicí zařízení, které současně udržuje silovou rovnováhu s touto měřenou silou tak, aby nenastával posun centrálního dílu podél rotační osy.

Ne přiloženém výkresu je schematicky znázorněno provedení rotačního reometru typu disk-disk podle vynálezu. '

Reometr se skládá z dolního otáčivého disku 2 uloženého na hřídeli 6. Hřídel 6 je t poháněna neznázorněným hnacím mechanismem, který umožňuje nastavení volitelné konstantní úhlové rychlosti Si a současně umožňuje výškové přestavení hřídele 6. Dolní otáčivý disk 2 může být také opatřen svislým válcovým pláštěm 2, takže vznikne rotační nádoba, v níž je • měřené kapalina. Na povrchu měřené kapaliny ve vzdálenosti h od dolního otáčivého disku je uložen horní disk, který je rozdělen na centrální díl 1 opatřený torzní tyčí J, a periferní díl 2, který je pevný a je oddělen od centrálního dílu 1 soustřednou mezikruhovou štěrbinou J. V periferním dílu 2 je soustředně upraven kruhový otvor poo uložení centrálního dílu 1. Mezikruhová štěrbina J je napojena na přívod 8 regulovatelného tlakového plynu, kterým je v ní udržován potřebný přetlakΔp zabraňující vniknutí měřené kapaliny mezi centrální díl 1 a periferní díl 2 horního disku. Horní konec torzní tyče J je pevně spojen s neznázorněným mechanismem umožňujícím snímání kroutícího momentu a normálové sily N při stálé vertikální poloze torzní tyče J a centrálního dílu J..

Vzhledem k popsaným vynálezeckým účinkům mohou být voleny úhlové rychlost ω, vzdálenost disků h a poloměr R měřicího prvku - centrálního dílu i horního disku - podle potřeby měření v širokých mezích, s tím, že bude dodržen dostatečně velký poměr poloměru Rg periferního dílu 2 a poloměrů R centrálního dílu Je-li dolní otáčivý disk % opatřen svislým pláštěm 2, je možno využit výhod účinků vynálezu i pro měření řídkých a velmi řídkých kapalin.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Rotační reometr typu disk-disk, obsahující dolní otáčivý disk uložený na hnané a výškově stavitelné hřídeli, a dále horní disk spojený s torzní tyčí, vyznačený tím, že horní disk se skládá z nepohyblivého periferního dílu (2) ve tvaru mezikruží, v jehož volném středovém prostoru je bezdotykově uložen centrální díl (1) s torzní tyčí (3) a mezikruhová štěrbina (4) mezi oběma díly (1, 2) je napojena na přívod (8) regulovatelného tlakového plynu.