CZ2009657A3 - Zarízení pro stanovení reogramu a/nebo elektrických vlastností kapaliny - Google Patents

Abstract

Vynález se týká zarízení pro stanovení reogramu a/nebo elektrických vlastností kapaliny (4), které je tvoreno injekcní stríkackou se skleneným telem (1) a kovovým pístem (2), ve kterém je umísten tlakový snímac (3) elektricky izolovaný od pístu (2), pricemž k pístu (2) je pripojena trubka (14) procházející celem pro ovládání pístu (2). Injekcní stríkacka muže být opatrena celem (13), ke kterému je pres elektrický izolant (5) pripojen výmenný nástavec (6). K výmennému nástavci (6) a k celu (13) je elektricky pripojen kalibrovaný rezistor (7), a k celu (13) a k trubce (14) je pripojen další kalibrovaný rezistor (8), pricemž k celu (13) je pripojen zdroj (9) strídavého napájecího napetí a k tlakovému snímaci (3) je pripojen zdroj (10) stejnosmerného napájecího napetí.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro stanovení reogramu a/nebo elektrických vlastností kapaliny. Jedná se o zařízení určené ke stanovení závislosti viskozity na rychlosti deformace. Jejich principem je vyhodnocení závislosti mezi tlakovou ztrátou a průtokem kapaliny tekoucí ve štíhlé trubce, kapiláře, v níž převládá jednoduchý smykový tok. V kapilárních reometrech lze dosáhnout vysokých rychlostí deformace při minimálních destrukčních účincích na testovanou kapalinu, takže nacházejí široké uplatnění v průmyslu - chemickém, potravinářském, zpracovatelském, farmaceutickém, zejména jako laboratorní přístroje největší oblast aplikací je rheologie plastů.

Dosavadní stav techniky

Stávající kapilární reometry se liší zejména způsobem vytlačování kapaliny, způsobem měření průtoku a tlakové ztráty. Kapalina je buď vytlačována hydrostatickým tlakem ze zásobníku, pneumaticky přetlakem plynu, působícího na membránu zásobníku nebo se vytlačuje pístem či plunžrem s pohonem hydraulickým nebo mechanickým, například šroubovým s elektropohonem. Tlaková ztráta se zjišťuje tlakovým snímačem, umístěným buď přímo v zásobníku kapaliny, nebo před vstupem kapiláry, popřípadě se odvozuje z výšky sloupce kapaliny. Průtok se měří vážením proteklého vzorku, nebo opticky, sledováním výšky sloupce kapaliny v byretě. Komerčně vyráběné kapilární reometry jsou určené především pro vyšetřování Teologických vlastností tavenin plastů, jsou velké, robustní a drahé - řádově miliony Kč. Pro aplikace například v potravinářském průmyslu jsou takto koncipované reometry nevhodné.

Takového reometry jsou popsány například v patentových spisech US 5417106 , US 5172585 a US 3203225.

U příkladného kapilárního reometru Anton Paar HVA-6 se jedná o vysokotlaký kapilární reometr s výměnnými ocelovými nebo skleněnými kapilárami o průměru 0.15 až 0.8 '1 ♦· • · * « φ ··· • φ · · * • · * · • Φ ··

ΦΦ φ

φ φ ·* • *« mm. Testovaná kapalina je vytlačována kapilárou stlačeným dusíkem o tlaku 16 MPa přes oddělovací pryžovou membránu, tlak je měřen snímačem tlaku a průtok opticky pomocí dvou světelných závor vbyretě. Výhodou tohoto řešení je přesnost, možnost dosažení vysokých rychlostí deformace až 10⁶ s'¹. Nevýhodou je cena, protože základní pořizovací cena je vyšší než milion Kč, vysoká je i cena náhradních dílů jako jsou kapiláry. Další nevýhodou je nutnost používání tlakových dusíkových bomb, velké potřebné množství vzorku, časově náročné experimenty, vysoké provozní náklady dané zejména vysokou cenou kapilár, které se snadno zanesou. Přístroj není přenosný, vyžaduje přesnou laboraci a pečlivou údržbu, všechny důležité komponenty jsou unikátní a nezaměnitelné. Přístroj není vhodný pro operativní měření v provozu nebo pro rychlé stanovení alespoň orientačních hodnot viskozity.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny zařízením pro stanovení reogramu a/nebo elektrických vlastností kapaliny, podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že zařízení je tvořeno injekční stříkačkou se skleněným tělem a kovovým pístem, ve kterém je umístěn tlakový snímač, přičemž s pístem je vodivě spojena trubka - táhlo, umožňující manuálního ovládání pohybu pístu. Poloha pístu je odvozována z rastru na skleněném těle stříkačky a z elektrického odporu testované kapaliny mezi kovovým Čelem stříkačky a pístem. Tento elektrický odpor je monitorován úbytkem napětí na kalibrovaném rezistoru, který propojuje píst stříkačky se zdrojem střídavého napětí. Zařízení je ve výhodném provedení opatřeno analogovým digitálním převodníkem napětí a procesorem pro vyhodnocení časového průběhu napětí.

Injekční stříkačka je s výhodou opatřena kovovým čelem s kónickým vyústěním pro připojení standardních injekčních jehel tj. výměnných kapilár a/nebo výměnných nástavců.

Výměnný nástavec může být tvořen elektricky nevodivou kapilárou, ke které je na konci připojena kovová koncová kapilára pro měření elektrické vodivosti kapaliny podrobené smykovému napětí při toku nástavcem a ke stanovení závislost mezi elektrickou vodivostí, smykovým napětím a dobou expozice. Elektrický odpor kapaliny v nástavci je monitorován stejným způsobem jako elektrický odpor kapaliny v tělese stříkačky, tzn. připojením

		··	a*
• Φ	•	4		•	• ·
•	Φ	•	• ·	Φ ·
•	a Φ	• Φ	•	♦ •Φ
•	a	Φ	•	»	•
• 4«	Φ·	aa

kalibrovaného rezistoru ke zdroji střídavého napětí.

Výměnný nástavec může být v podobě adaptéru pro vyhodnocení permeability vzorků porézních materiálů a/nebo těsnosti připojeného zařízení z časového poklesu tlaku expandujícího vzduchu. Adaptér pro vložení proměřovaného vzorku je pouzdro s vhodně tvarovaným otvorem pro napojeni na stříkačku. Trubka tj. táhlo pístu je s výhodou opatřena odstupňovanými zarážkami.

Výměnný nástavec může být rovněž v podobě membránového adaptéru pro identifikaci materiálových parametrů elastických membrán. Membránový adaptér je s výhodou tvořen nádobou opatřenou membránou s přítlačným kroužkem a konfokální sondou pro měření průhybu a tloušťky membrány.

Zařízení může být umístěno ve svislé poloze.

Zařízení je tedy modifikací injekční stříkačky se skleněným tělem a kovovým pístem. Do pístu stříkačky je umístěn tlakový snímač. V základním provedení reometru je možné stanovit střední rychlost posuvu pístku z časového průběhu zaznamenaného tlaku, který určuje začátek a konec vytlačování a z vytlačeného objemu testované kapaliny. Tímto způsobem lze vyhodnotit viskozitu Newtonských kapalin s konstantní viskozitou. V případě kapalin s proměnnou viskozitou lze okamžitou polohu, a z ní odvozenou proměnnou rychlost pohybu pístu, zjišťovat ze změny elektrického odporu mezi pístem a kovovým čelem stříkačky, protože elektrický odpor je dán výhradně měrnou elektrickou vodivostí kapaliny κ a okamžitou polohou pístu L_p. Z okamžité hodnoty tlaku a z rychlosti pístu, která je stanovena časovou derivací dZp/dr, lze vypočíst zdánlivou viskozitu testované kapaliny - ze známé geometrie použité jehly, její délky L a vnitřního průměru d. Protože manuální ovládání pístku umožňuje plynule měnit rychlost jeho pohybu, například od nuly do maxima, lze během jediného experimentu tj. během vyprázdnění celého objemu stříkačky, získat informace o závislosti viskozity na rychlosti deformace, tj. úplný reogram kapaliny, včetně stanovení eventuální meze toku, vypočítané z tlaku, při kterém začíná docházet ke změně elektrického odporu. Vedlejším efektem navržené úpravy je získání informací i o elektrických vlastnostech testované kapaliny. Fakt, že modifikací stříkačky jsou získány informace o objemu proteklé látky a o tlaku, lze využít i ve zcela odlišných aplikacích, například pro stanovení permeability tj. hydraulického odporu porézních látek nebo membrán, stačí nahradit injekční jehly vhodnými adaptéry.

-4Nezbytnou součástí zařízení je i programové vybavení, které je implementované buď v univerzálním PC, nebo ve specializovaném mikroprocesoru vybaveném převodníkem napětí. Software zajišťuje snímání tlaku, elektrických odporů, zadání typu použité výměnné jehly i objemu kapaliny, a vyhodnocení Teologických parametrů testované kapaliny dle zvoleného modelu Teologického chování.

Výhodou zařízení je jednoduchost, malé rozměry, přenositelnost, nízké pořizovací náklady, snadná čistitelnost a sterilizovatelnost, využití standardních a snadno vyměnitelných komponent. Základní výhodou je víceúčelovost, umožňující současné měření Teologických a elektrických vlastností, a další aplikace při použití výměnných nástavců.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude podrobněji popsán na konkrétních příkladech provedení s pomocí přiložených výkresů. Na obr. 1 je znázorněno schéma geometru. Na obr. 2 je znázorněno konkrétní provedení úpravy pístu stříkačky. Na obr. 3 je znázorněna výměnná kapilára pro měření elektrické vodivosti. Na obr.4a je znázorněna konfigurace reometru při měření permeability a na obr. 4b je znázorněn pružný tvarovaný ocelový pásek, blokující zpětný pohyb pístu. Na obr. 5a je znázorněno zařízení pro zjišťování materiálových vlastností membrány ve svislé poloze a na obr. 5b v horizontální poloze.

Příklady provedení vynálezu

Zařízení pro stanovení reogramu a/nebo elektrických vlastností kapaliny 4 je tvořeno injekční stříkačkou se skleněným tělem 1 a kovovým pístem 2 s těsnicím kroužkem, ve kterém je umístěn tlakový snímač 3, přičemž k pístu 2 je připojena trubka 14 procházející čelem pro ovládání pístu 2. Injekční stříkačka je opatřena čelem 13, ke kterému je přes elektrický izolant 5 - plastovou násadku jehly, připojen výměnný nástavec 6 - jehla. K výměnnému nástavci 6 a k čelu 13 je elektricky připojen kalibrovaný rezistor 7 a k čelu 13 a k trubce 14 je připojen další kalibrovaný rezistor 8. K čelu 13 je připojen zdroj 9 střídavého napájecího napětí 3 až 30 V a k tlakovému snímači 3 je připojen zdroj 10 stejnosměrného napájecího napětí 9 až 20 V. Skleněné tělo 1 je opatřeno rastrem 15 stupnice objemu kapaliny 4.

··

V dalším provedení je výměnný nástavec 6 tvořen elektricky nevodivou kapilárou 17, ke které je na konci připojena kovová koncová kapilára 16 pro měření elektrické vodivosti kapaliny podrobené smykovému napětí při toku nástavcem 6 a stanovení závislost mezi elektrickou vodivostí, smykovým napětím a dobou expozice. Zařízení je opatřeno analogovým digitálním převodníkem 11 napětí a procesorem 12 pro vyhodnocení časového průběhu napětí.

V dalším provedení je výměnný nástavec 6 v podobě adaptéru 18 pro vložení proměřovaného vzorku pro vyhodnocení permeability vzorků porézních materiálů a/nebo těsnosti připojeného zařízení z časového poklesu tlaku expandujícího vzduchu. Trubka 14 je opatřena odstupňovanými zarážkami.

Ještě v dalším provedení je výměnný nástavec 6 v podobě membránového adaptéru 21 pro identifikaci materiálových parametrů elastických membrán. Membránový adaptér 21 je tvořen nádobou opatřenou membránou 22 s přítlačným kroužkem 23 a konfokální sondou 24 pro měření průhybu a tloušťky membrány 22.

Příklad 1

Základní provedení, jen s tlakovým snímačem i bez měření elektrických odporů. Tato varianta je použitelná pro stanovení viskozity Newtonských tekutin, jejichž viskozita nezávisí na rychlosti deformace, a snímaný tlak p je tudíž přímo úměrný průtoku a tedy i rychlosti pístu

2. Za předpokladu, že lze zanedbat koncové efekty - tedy pro dostatečně štíhlé kapiláry L!d>40, pak z Hagen Poisseuile vztahu plyne fl

128ΖΔΓ (1) kde ÁV je celkový objem vytlačené kapaliny 4, stanovený z rastru 15 na těle 1 stříkačky, Δρ je přetlak vůči atmosférickému tlaku na výstupu z nástavce 6 - jehly a integrál tlaku se stanoví numerickou integrací signálu p(fy vzorkovaného s dostatečně vysokou frekvencí tj. >10 Hz. Časy začátku a konce vytlačování jsou dány překročením nastavené mezní hodnoty přetlaku -u řídícího software se osvědčilo doplnit tuto podmínku o požadavek minimální doby trvání zvýšené hodnoty tlaku tak, aby byl eliminován náhodný šum signálu. Viskozita, vypočtená z (1), odpovídá střední rychlosti deformace na stěně kapiláry - konzistenční proměnná Γ

4ΔΚ

-í₀)' (2)

Opakováním experimentu s různou rychlostí vytlačování lze tudíž alespoň kvalitativně určit nenewtonský charakter testované kapaliny 4.

Rozsah viskozit testovaných kapalin 4 je omezen tlakovým rozsahem snímače 3, a volbou nástavce 6 - jehly. Typické parametry, odpovídající 5ti jehlám s různou geometrií, tlakovým snímačem 3 Kulíte XTM 190M pro rozsah tlaků do 70 kPa, a celkové době 20 s potřebné pro vytlačení vzorku 10 ml z injekční stříkačky, jsou uvedeny v následující tab. 1.

Tab. 1 Rozsah maximálních viskozit a rychlostí deformace pro Δρ=70 kPa.

Jehla	d [mm]	L [mm]	Mmax [Pa.s]	Re	Γ [1/s]
	0.5	20	0.011	119	5000
	0.6	25	0,018	60	3000
	0.7	35	0,024	39	1900
	0.8	40	0,035	23	1200
	0.9	50	0,045	16	900

Z tab.l a z provedených experimentů - voda a roztoky cukru o různých koncentracích, plyne, že lze proměřovat s vyhovující přesností tj. 5% kapaliny 4 s nízkou viskozitou, ale i kapaliny 4, jejichž viskozita je více než o dva řády vyšší než voda. Pro pomalejší vytlačování, At = 60 s, přetlak Δρ = 400 kPa, je pro uvedené nástavce 6 - jehly maximální viskozita 0.8 Pa.s, pro jehly s větším vnitřním průměrem 1.5 mm se rozsah viskozit zvyšuje až do desítek Pa.s.

Příklad 2

Pro elektricky vodivé kapaliny 4, například i běžnou vodu, lze polohu pístu 2 stanovit z měnícího se elektrického odporu R, kladeného testovanou kapalinou 4 ve válcovém prostoru mezi pístem 2 a čelem 13 stříkačky. Pro přibližně homogenní elektrické pole v tomto prostoru tj rovinné elektrody na pístu 2 a čele 13 a skleněný plášť těla 1 je dokonalý izolant, platí (3) • · · • ··♦

-Ί πθ²κ kde κ je měrná elektrická vodivost kapaliny 4 -například 0.035 S/m kohoutková voda, 1.5 S/m pro l%ní roztok NaCl. Přepočteno na konkrétní rozměry stříkačky je tedy maximální ohmický odpor u kohoutkové vody cca 5 kQ pro objem lOml, respektive 3 kQ pro objem 20 ml, zatímco u vodivějšího roztoku NaCl klesnou tyto odpory na 180 Ω, respektive 120 Ω. Pro měření těchto odporů stačí jednoduché zapojení dle obr. 1 s transformátorem střídavého napětí 3 až 30 V použití střídavého napětí >50 Hz potlačuje vliv elektrolýzy a zkreslení měřeného odporu. Velikost odporu R2 se volí tak, aby byla řádově stejná jako elektrický odpor kapaliny 4 dle (3). Měřená střídavá napětí se před vstupem do A/D převodníků usměrňují diodovými můstky. Neznámá hodnota měrné elektrické vodivosti testované kapaliny 4 se určí z rovnice (3) ze změřené hodnoty odporu R ve výchozí poloze pístu 2. Takto stanovená hodnota je jednou ze sledovaných charakteristik testovaného vzorku - tím je zajištěna funkce konduktometru. Zjištěná závislost mezi měřenou rychlostí pístu 2 a tedy objemovým průtokem nástavcem 6 jehlou a tlakovou ztrátou umožňuje vykreslit reogram tj. závislost smykového napětí na konzistenční proměnné Γ na displeji připojeného PC 12 přímo během prováděného experimentu. Součástí software je i automatické vyhodnocení parametrů reologických modelů, například koeficientu konzistence a indexu toku u mocninových kapalin.

Příklad 3

Změřením elektrické vodivosti testované kapaliny 4 v injekční jehle a porovnáním s měrnou elektrickou vodivostí kapaliny 4 v zásobníku, lze posoudit vliv toku tj. smykového napětí, na změnu elektrické vodivosti kapaliny 4, vyvolanou například poškozením červených krvinek - protržením jejich membrány a uvolněním iontů. Pro tato měření je třeba použít speciální kapiláru 16 z elektricky nevodivého materiálu, obr. 3, která má pouze koncovku vodivou - měří se pak výsledný elektrický odpor kapaliny 4 v kapiláře, daný vztahem (3), v němž je však třeba dosadit za D průměr kapiláry a za délku Z_p délky izolované části 17 kapiláry. Výsledné elektrické odpory jsou podstatně vyšší, čemuž musí odpovídat vyšší hodnoty referenčního odporu Ri dle obr. 1. Pro běžnou vodu a kapiláru d = l mm je odpor R cca 0.5 ΜΩ, pro J=0.5mm vzroste až na cca 2 ΜΩ. Přídavek iontů tyto odpory podstatně snižuje, na 16 resp. 64 ΙίΏ pro 1 %ní roztok NaCl.

U experimentů tohoto typu je kromě reogramu možné zobrazovat i graf závislosti • 4 • 4 4 4 4 4 • 4 4 4 4 4

měrné elektrické vodivosti kapaliny 4 na velikosti smykového napětí.

Příkiad 4

Náhradou kapiláry jednoduchým adaptérem dle obr. 4, lze proměřovat permeabilitu porézních látek, například tuhé pěny na bázi plastů, škrobu, kultivačních skeletů, permeabilitu dostatečně porézních membrán nebo i těsnost spojů. Permeabilitu ψ lze definovat jako součinitel přímé úměrnosti mezi hustotou hmotnostního toku tekutiny [kg.m^.s¹] a gradientem tlaku ve směru toku [Pa.m¹] ax (4)

Pro stanovení ψ [s] je tedy třeba měřit okamžitý hmotnostní průtok a gradient tlaku rozdíl tlaků před a za membránou při měření propustnosti membrány. Vzhledem ke skutečnosti, že řada porézních biomateriálů je hygroskopická je třeba místo kapaliny použít vzduch. Zlepšení těsnosti pístu 2 stříkačky se v tomto případě dosáhne tak, že stříkačka je orientována svisle a na dno pístu 2 se nasaje tenká vrstva vazké kapaliny, viz obr. 4, kde je znázorněna konfigurace reometru při měření permeability. Do adaptéru 18 je vkládán proměřovaný vzorek - válec, nebo otevřená skříňka s příčným průřezem S. V adaptéru 18 je umístěn testovaný materiál 19. K pístu 2 je připojen pružný tvarovaný ocelový pásek 20 blokující zpětný pohyb pístu 2 při objemech V₍, V₂,...

Postup měření je následující. Výchozí stav: To je maximální objem vzduchu ve stříkačce a v testovacím přípravku při atmosférickém tlaku p_A. Experiment začíná rychlým stlačením pístu 2 do polohy, fixované západkou, tvarovanou na pružném ocelovém pásku 20, který se pohybuje spolu s pístem 2. Této poloze odpovídá objem vzduchu V\ a monitorované zvýšení tlaku pi - absolutní hodnoty objemů íý a řj v této fázi ještě známé nejsou, aleje znám jejich rozdíl, daný změnou polohy pístu 2. Rychlé stlačení je děj adiabatický, kdy lze zanedbat přenos tepla. Tudíž je možné ze změřeného poměru tlaků pi/pA a ze známé změny objemu při kompresi, stanovit mrtvý objem vzduchu, respektive objemy Po a na základě vztahu kde γ je polytropický exponent - pro vzduch γ = 1.4. Od okamžiku stlačení a zafixování pístu 2 bude tlak klesat. Pokud je permeabilita vzorku 19 nízká a pokles tlaku velmi pomalý tj. řádově minuty, lze celý děj lze pokládat za izotermickou expanzi, popisovanou vztahem (5)

-9P(O = (A ~P_A)exp(-^{z) +} ’

(6) kde 5 je příčná plocha průtočného průřezu testovaného vzorku 19, L jeho délka a R_m je univerzální plynová konstanta. Jediný neznámý parametr je právě permeabilíta ψ, stanovená regresí dat zaznamenávaného tlaku. Vyhodnocení lze provádět průběžně, protože vztah (6) lze snadno linearizovat logaritmováním. V případě, že permeabilíta testovaného vzorku 19 je vysoká a k expanzi dochází řádově během sekund, je blíže k realitě předpoklad adiabatické expanze, kde pokles tlaku popisuje obyčejná diferenciální rovnice dp V^SR,J dt “ V_YLy

(7) kterou je třeba integrovat numericky, jinak je postup podobný jako v případě izotermní expanze. Pro každý experiment lze tedy vyhodnotit dvojici permeabilit, pro mezní případy izotermní a adiabatické expanze a tím vymezit pásmo neurčitosti stanovení ψ.

Příklad 5

V podobné konfiguraci tj. vertikální orientaci stříkačky, ale s přípravkem pro uchycení testované membrány 22 dle obr. 5, lze provést experimenty, sloužící ke stanovení parametrů hyperelastických materiálů - elastické konstanty. V tomto případě se parametry vyhodnocují ze stacionárních dvojic parametrů: objem a tlak. V membránovém adaptéru 21 je umístěna pomocí přítlačného kroužku 23 membrána 22. Nad membránou 22 je konfokální sonda 24 pro měření průhybu a tloušťky membrány 22. K zařízení je připojen zásobník 25 vody s odvzdušňovacím ventilem 26 s dřevěnou kuličkou.

K nosiči testované membrány 22 lze připojit i konfokální optickou sondu 24 pro vyhodnocování průhybu tlakované membrány 22 a eventuálně i její tloušťky. Pokud je testovaná membrána 22 nekompatibilní s vodou, je nutné použít vzduch a stejnou techniku provedení i vyhodnocení jako v předchozím případě - vertikální uspořádání na obr. 5a. Pokud membrána 22 s vodou kompatibilní je, což je například u tkání dokonce žádoucí, je výhodnější varianta s vodorovným uspořádáním - obr. 5b, jejíž přednost spočívá mimo jiné v tom, že lze elektricky snímat pohyb pístu 2, tedy objem vrchlíku tlakované membrány 22. Zvláštností konstrukčního návrhu je pojišťovací kuličkový ventil 26 s kuličkou, jejíž hustota je menší než voda, ale vyšší než vzduch - přítomnost vzduchu ventil 26 automaticky uvolni. Základní modul

-10·· ·· · ·· ·* « ··· · · · · · · · • ···· · · ·· · · • · · ·« · · · ·· · · • · · ♦ ··· *· *· ·· ««**« · · ·

- stříkačku s tlakovým snímačem 3 a elektrickým vyhodnocováním posuvu pístu 2 lze využít i při inflačním testu, zjišťování materiálových vlastností elastické trubice, například cévy.

Příklad 6

Navržené dávkovači zařízení, které je schopné monitorovat časový průběh tlaku a koncentrace během krátkého nástřiku je téměř ideální nástroj pro experimenty typu vzruchodezva, které používají značkovací látky, jako jsou roztoky solí, radionuklidy, pro identifikaci impulsní odezvy systému - například aparátu nebo částí oběhového systému krve. Injekční stříkačka dle navržené úpravy, přičemž stačí základní konfigurace, je výhodná zejména v experimentech s vodivostními sondami, kde značkovací látkou je roztok soli, jehož elektrická vodivost, nastřikované množství i Časový průběh nástřiku musí být známé, aby bylo možné vyhodnotit a eventuálně korigovat zaznamenané odezvy systému a provést i bilancování značkovací látky - zřeďovací metoda stanovení průtoku.

Příklad konstrukce zařízení

Navržené zařízení lze konstruovat například ze skleněných injekčních stříkaček firmy Poulen & Graf GmbH pro objemy vzorku 10 ml - průměr pístu 15 mm, pracovní zdvih 50 mm a 20 ml - průměr pístu 20 mm, pracovní zdvih 60 mm. V obou případech lze píst vybavit např. tlakovým snímačem Kulite XTM 190M nebo Kulite XTL-123B-190M pro tlakové rozsahy 1 až Ί barů, závit M5, vnější průměry těchto snímačů 9 mm. Úprava injekční stříkačky spočívá v odstranění původního táhla a vyvrtání průchozího otvoru do pístu se závitem M5 a osazením pro zašroubování tlakového snímače.

Průmyslová využitelnost

Zařízení pro stanovení reogramu a/nebo elektrických vlastností kapaliny, podle tohoto vynálezu je určeno pro práci v laboratořích, které jsou prakticky vždy vybaveny PC s analogově digitálním převodníkem pro měření elektrických napětí. V tomto případě stačí jednoduchá konfigurace standardní skleněné injekční stříkačky s vyměněným pístem, napájecím zdrojem a CD-ROM software. Konfigurace může zahrnovat A/D převodník sUSB konektorem. Tuto konfiguraci lze využít pro rychlé a jednoduché měření viskozity a dalších reologických vlastností spolu s orientačním údajem o měrné elektrické vodivosti testované

kapaliny. Omezení použitelnosti reometru spočívá jen v horní hranici viskozit, dané nutností nasátí testované kapaliny hrdlem injekční stříkačky. Pro průměr 1 mm - typický pro stříkačky 10 ml, lze během 20ti sekund nasát kapaliny sviskozitou cca 0.5 Pa.s, u průměru 2 mm typické pro stříkačky 20 ml, je horní hranice viskozit cca 8 Pa.s. Pro ilustraci, maximální viskozita olejů při mrazu je cca 4 Pa.s, Typické aplikace v potravinářském průmyslu: mléko a tekuté mléčné výrobky, nápoje. Chemický, farmaceutický a zpracovatelský průmysl: oleje, pohonné a nátěrové hmoty, roztoky, suspenze, kaly. Biomedicínské aplikace: reologie krve, vliv smykového napětí na krevní částice, hematokrit. U tohoto typu aplikací je výhodou sterilizovatelnost geometru, která je omezená jen přípustnou teplotou tlakového snímače. Předností řešení je víceúčelovost, permeabilita porézních materiálů, vlastnosti elastických membrán, dávkovači zařízení značkovacích látek. Klíčové komponenty zařízení tj. tlakový snímač, tělo stříkačky, jsou komerčně dostupné a snadno vyměnitelné.

Claims (9)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zařízení pro stanovení reogramu a/nebo elektrických vlastností kapaliny, vyznačující se tím, že je tvořeno injekční stříkačkou se skleněným tělem (1) a kovovým pístem (2), ve kterém je umístěn tlakový snímač (3), přičemž k pístu (2) je připojena trubka (14) procházející čelem pro ovládání pístu (2).
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že injekční stříkačka je opatřena čelem (13), ke kterému je přes elektrický izolant (5) připojen výměnný nástavec (6), k výměnnému nástavci (6) a k čelu (13) je elektricky připojen kalibrovaný rezistor (7), a k čelu (13) a k trubce (14) je připojen další kalibrovaný rezistor (S), přičemž k čelu (13) je připojen zdroj (9) střídavého napájecího napětí a k tlakovému snímači (3) je připojen zdroj (10) stejnosměrného napájecího napětí.
3. 3. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že výměnný nástavec (6) je tvořen elektricky nevodivou kapilárou (17), ke které je na konci připojena kovová koncová kapilára (16) pro měřeni elektrické vodivosti kapaliny podrobené smykovému napětí při toku nástavcem (6) a stanovení závislost mezi elektrickou vodivostí, smykovým napětím a dobou expozice.
4. 4. Zařízení podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že je opatřeno analogovým digitálním převodníkem (11) napětí a procesorem (12) pro vyhodnocení Časového průběhu napětí.
5. 5. Zařízení podle kteréhokoli z uvedených nároků, vyznačující se tím, že výměnný nástavec (6) je v podobě adaptéru (18) pro vložení proměřovaného vzorku pro vyhodnoceni permeability vzorků porézních materiálů a/nebo těsnosti připojeného zařízení z Časového poklesu tlaku expandujícího vzduchu.
6. 6. Zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že trubka (14) je opatřena odstupňovanými zarážkami.
7. 7. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že výměnný nástavec (6)

   - 13je v podobě membránového adaptéru (21) pro identifikaci materiálových parametrů elastických membrán.
8. 8. Zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že membránový adaptér (21) je tvořen nádobou opatřenou membránou (22) s přítlačným kroužkem (23) a konfokální sondou (24) pro měření průhybu a tloušťky membrány (22).
9. 9. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 5 až 8, vyznačující se tím, že je umístěno ve svislé poloze.