CS255132B1 - Kapilární viskozimetr pro měřenítokových křivek nenewtonských kapalin - Google Patents

Abstract

Kapilární viskozimetr pro měření tokových křivek nenewtonských kapalin sestává z měřicího tělesa opatřeného tlakovým snímačem, s výhodou tenzometřickým, a pístem ovládaným mikrometrickým šroubem a z měrné kapiláry, jejíž poměr délky ku vnitřnímu průměru je minimálně 300:1, která z jedné strany je připojena k měřicímu tělesu a z druhé strany k zásobní nádrži, přičemž ústí kapiláry je umístěno pod hladinu měřené kapaliny v zásobní nádrži. Viskozimetr je vhodný pro stanovení viskozitníoh funkcí, zejména při určení parametru limitní viskozity při rychlostech deformace blížících se k nule.

Description

Vynález se týká konstrukčního uspořádání kapilárního viskozimetru pro měření tokových nenewtonských kapalin při nízkých rychlostech deformace.

Pro stanovení viskozity nenewtonských kapalin, popřípadě viskozitní funkce nenewtonských kapalin, se v poslední době téměř výhradně používají metody, které určují viskozitu z integrálních charakteristik toků, jejichž teoretické řešení obsahuje viskozitu jako konstantní parametr. Podle toho lze měřicí postupy rozdělit na kapilární viskozimetrii, rotační viskozimetrii, vibrační viskozimetrii, postupy založené na využití plastometrů a extenzometrů a metody pádu kulových částic.

Kapilární metody stanovení viskozity patří pro svoji jednoduchost a investiční nenáročnost mezi nejrozšířenější postupy jak ve výzkumu, tak i v průmyslu. Jsou založeny na měření objemového průtoku kapalin kapilárou konstantní geometrie při daném tlakovém rozdílu. Principiálně jde o svislou nebo vodorovnou kapiláru různého profilu a různých rozměrů, která je vyvedena ze zásobní nádrže se zkoumaným vzorkem. Potřebný tlakový rozdíl je vyvozován bud hydrostatickým tlakem kapaliny nebo tlakem plynu na hladinu v zásobní nádrži. Objemový průtok je určován z doby potřebné k výtoku kapaliny z nádrže konstantního objemu nebo vyvážením kapaliny vyteklé do odměrné nádoby za určitý čas. Zvláštní skupinu tvoří viskozimetry, u nichž je požadovaný objemový průtok zajišťován pomocí pístu, který se pohybuje konstantní rychlostí a vtlačuje proměřovaný vzorek do kapiláry. Výhodou této konstrukce je především snadné určení objemového průtoku.

V poslední době, v souvislosti s potřebou studia viskozítních vlastností nenewtonských kapalin, doznaly velkého rozšíření zvláště kapilární viskozimetry s uspořádáním, které umožňuje provádět měření při různých průtocích kapalin, neboť po přepočtu tlakového spádu a objemového průtoku kapaliny na místní charakteristiky toku - tečné napětí a rychlost deformace - lze získat tokovou křivku, jejíž znalost je nutná pro chemickoinženýrské výpočty.

Společným nedostatkem všech dosud používaných kapilárních viskozimetrů tohoto typu je skutečnost, že s nimi nelze měřit kapaliny o viskozitě menší než 1 Pa.s při rychlostech deformace menších než 1 s a tudíž s jejich pomocí nelze ani stanovit limitní hodnotu viskozity při deformačních rychlostech blížících se k nule, která je významnou charakteristikou tokových vlastností kapaliny. Přístroje s tlakovým plynem jako zdrojem tlakového spádu neumožňují přesné nastavení velmi nízkých tlakových rozdílů ani v případě, kdy tlakový plyn působí proti hydrostatickému tlaku sloupce kapaliny. Problematické je i přesné stanovení objemového průtoku a zanedbatelný není ani vliv povrchového napětí při výtoku kapaliny z kapiláry do vzduchu. Přesněji lze stanotit objemový průtok pomocí viskozimetrů s vytlačovacím pístem. Ty jsou však většinou konstruovány pro měření viskozity tavenin polymerů nebo polymerních roztoků s viskozitou vyšší než 10 Pa.s. Pro měření nízkoviskozních kapalin jsou tyto přístroje zcela nevhodné, neboť mají krátkou vertikální kapiláru a nejsou uzpůsobeny pro měření velmi malých tlakových rozdílů.

Dalším nedostatkem výše uvedených typů viskozimetrů je to, že požadované množství proměřovaného vzorku je příliš velké a po několika měřeních je nutné přelévat náplň zpět do zásobní nádrže.

Uvedené nevýhody odstraňuje kapilární viskozimetr pro měření tokových křivek nenewtonských kapalin, sestávající z měřicího tělesa, opatřeného pístem a tlakovým snímačem a z měrné kapiláry, jehož podstata podle vynálezu spočívá v tom, že sestává z měřicího tělesa opatřeného tlakovým snímačem, s výhodou tenzometrickým a pístem ovládaným mikrometrickým šroubem a z měrné kapiláry, jejíž poměr délky ku vnitřnímu průměru je minimálně 300:1, která z jedné strany je připojena k měřicímu tělesu a z druhé strany k zásobní nádrži, přičemž ústí kapiláry, je umístěno pod hladinu měrné kapaliny v zásobní nádrži. Umístění kapiláry eliminuje vliv povrchových napětí na velikost tlakového rozdílu a zároveň umožňuje snadnou manipulaci s proměřovaným vzorkem.

Mikrometrický šroub v sestavě kapilárního viskozimetru představuje přesné určení objemového průtoku měřené kapaliny a to především při rychlostech deformace menších než

Mezi funkční a materiální výhody zařízení podle vynálezu lze počítat jednoduché a přesné měření objemu proteklé kapaliny pomocí mikrometrického šroubu, který s vysokou přesností určuje posuv pístu i při malých průtocích, možnost měření tokových křivek nízkoviskozních nenewtonských kapalin v širokém rozsahu rychlostí deformace vhodnou volbou kapiláry a rychlosti otáčení mikrometrického šroubu, možnost určení limitní hodnoty viskozity při velmi nízkých rychlostech deformace, umístění výtoku kapaliny z kapiláry pod hladinu v zásobní nádrži eliminuje uplatňování vlivu povrchových napětí na velikost tlakového rozdílu, možnost jednoduchého přečerpání proměřováné kapaliny ze zásobní nádrže zpět do měřicího tělesa pomocí zpětného posuvu pístu, což umožňuje použití malého množství měřené kapaliny, použití plošného tenzometrického snímače tlaku zabudovaného ve stěně měřicího tělesa umožňuje měřeni tokových křivek viskoelastickýoh kapalin a zároveň usnadňuje přímé propojení viskozimetru s mikropočítačem, stavebnicové uspořádání viskozimetru, které umožňuje temperaci celého měřícího prostoru přístroje a snadné a rychlé čištění jednotlivých částí a poměrná jednoduchost konstrukčního provedení přístroje.

Příklad vyřešení kapilárního viskozimetru podle vynálezu je uveden na přiloženém obrázku, který schematicky znázorňuje sestavu zařízení.

Vlastní kapilární viskozimetr pro měření tokových křivek nenewtonských kapalin při nízkých rychlostech deformace sestává z měřicího tělesa _1_ s místem odběru tlaku a temperovaného adaptéru Jž kapilár 2 ^s možností použití různých výměnných kapilár _3, jejichž hodnoty délky a vnitřního průměru jsou závislé na použité kapalině a objemovém průtoku a jsou v poměrech minimálně 300:1. Výtok kapilár je veden pod hladinu měřené kapaliny v nádrži £ s konstantně udržovanou výškou hladiny. Teploměr 14 je umístěn v termostatu 13 a kontrolní rtutový teploměr 12 v měřené kapalině v nádrži i_.

Píst 5 se bodově dotýká mikrometrického šroubu 6, který je spojen přes stupňovou převodovku j) a spojku 7_ s motorem 9. Snímač tlaku 10 je umístěn v měřicím tělese j. a spojen s digitálním voltmetrem 11.

Konstantní objemový průtok měřené kapaliny je určován posuvem pístu 5 v závislosti na rychlosti otáčení mikrometrického šroubu 6, jehož pohyb je zajištěn přes stupňovou převodovku j! a spojku 7_ motorem 2· ^Pro měření tlakového spádu na měřicí kapiláře 3 je použit snímač tlaku 10 a digitální voltmetr li.

Přístroj podle tohoto vynálezu lze účelně využít ve výzkumných pracovištích, která se zabývají studiem chování nenewtonských kapalin, při stanovení viskozitních funkcí, zejména při určení parametru limitní viskozity při rychlostech deformace blížících se k nule. Stejně tak lze tento přístroj využít v provozech, kde je třeba měřit viskozitní funkci polymerních látek, případně jemných suspenzí a koloidních roztoků v širokém rozsahu rychlostí deformace.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Kapilární viskozimetr pro měření tokových křivek nenewtonských kapalin sestávající z měřicího tělesa, opatřeného pístem a tlakovým snímačem, z měrné kapiláry a ze zásobní nádrže, vyznačený tím, že sestává z měřicího tělesa (1), opatřeného tlakovým snímačem (10), s výhodou tenzometrickým, a pístem (5) ovládaným mikrometrickým šroubem (6) a z měrné kapiláry (3), jejíž poměr délky ku vnitřnímu průměru je minimálně 300:1, která z jedné strany je připojena k měřicímu tělesu (1) a z druhé strany k zásobní nádrži (4)>, přičemž ústí kapiláry (3) je umístěno pod hladinu měřené kapaliny v zásobní nádrži (4).