CZ25212U1 - Levitation-vibrating device for measuring viscosity, density and interfacial tension - Google Patents

Levitation-vibrating device for measuring viscosity, density and interfacial tension Download PDF

Info

Publication number
CZ25212U1
CZ25212U1 CZ201227116U CZ201227116U CZ25212U1 CZ 25212 U1 CZ25212 U1 CZ 25212U1 CZ 201227116 U CZ201227116 U CZ 201227116U CZ 201227116 U CZ201227116 U CZ 201227116U CZ 25212 U1 CZ25212 U1 CZ 25212U1
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
density
levitation
surface tension
viscosity
liquid
Prior art date
Application number
CZ201227116U
Other languages
Czech (cs)
Inventor
Dudek@Rostislav
Kolár@Václav
Original Assignee
Vysoká skola bánská-Technická univerzita Ostrava
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vysoká skola bánská-Technická univerzita Ostrava filed Critical Vysoká skola bánská-Technická univerzita Ostrava
Priority to CZ201227116U priority Critical patent/CZ25212U1/en
Publication of CZ25212U1 publication Critical patent/CZ25212U1/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

Levitačně-vibrační zařízení pro měření viskozity, hustoty a povrchového napětíLevitation-vibration device for measuring viscosity, density and surface tension

Oblast technikyField of technology

Měření Teologických vlastností tekutin, zařízení pro měření viskozity, hustoty a povrchového napětí.Measurement of theological properties of fluids, equipment for measuring viscosity, density and surface tension.

Stav technikyState of the art

Současné metody měření Teologických vlastností tekutin spočívají na registraci veličin, jež určitým způsobem funkčně s těmito vlastnostmi souvisí.Current methods of measuring the Theological properties of fluids are based on the registration of quantities that are functionally related to these properties in a certain way.

Viskozita se měří viskozimetry nebo reometry. Lze je rozdělit na kapilární (průtokové), výtokové, tělískové (gravitační), rotační, vibrační a torzní, podle jiného kritéria na stacionární a nestacionární.Viscosity is measured with viscometers or rheometers. They can be divided into capillary (flow), discharge, body (gravitational), rotary, vibrational and torsional, according to other criteria stationary and non-stationary.

V praxi se pro běžné newtonské kapaliny používají viskozimetry s jednoduchou geometrií. Zde lze jmenovat např. Ubbelohdeho výtokový viskozimetr. Tyto viskozimetry se obvykle používají na orientační měření viskozit v technické praxi. Dalšími hojně komerčně využívanými viskozimetry jsou rotační. Pro dosažení náležité přesnosti vyžadují složité konstrukční uspořádání, nicméně disponují vůči výtokovým viskozimetrům některými výhodami: snadná změna smykového napětí, nebo smykové rychlosti, snadné nastavení doby měření, kapalina nevytéká. Tyto viskozimetry lze aplikovat i na newtonské kapaliny a provádět s nimi přesné laboratorní experimenty. Jejich nevýhodou je již dříve zmiňovaná konstrukční náročnost a s tím spojené i výrobní náklady. Přesto je tento typ viskozimetrů v současné průmyslové praxi vyžadující přesnou registraci Teologických vlastností kapalin nejrozšířenější. Na trhu jich figuruje celá řada. Příbuzné konstrukční uspořádání vykazují vibrační viskozimetry. Tyto jsou v současnosti méně rozšířené, přestože nabízejí relativně vysokou přesnost naměřených údajů. V laboratorní praxi se lze dále v menší míře setkat s Hopplerovým viskozimetrem. Piezoelektrické strunové viskozimetry představují spíše jen raritní konstrukční uspořádání.In practice, simple geometry viscometers are used for common Newtonian fluids. Here we can mention, for example, the Ubbelohde discharge viscometer. These viscometers are usually used for indicative measurement of viscosities in technical practice. Other widely used viscometers are rotary. They require a complex design to achieve proper accuracy, however, they have some advantages over discharge viscometers: easy change of shear stress or shear rate, easy setting of measurement time, liquid does not flow. These viscometers can also be applied to Newtonian fluids and perform precise laboratory experiments with them. Their disadvantage is the previously mentioned construction complexity and associated production costs. Nevertheless, this type of viscometers is the most common in current industrial practice requiring accurate registration of the Theological properties of liquids. There are many of them on the market. Vibrating viscometers have a related design. These are currently less common, although they offer relatively high accuracy of measured data. The Hoppler viscometer can also be found to a lesser extent in laboratory practice. Piezoelectric string viscometers are more of a rare design.

Povrchové napětí se obvykle měří tenziometry, pomocí nichž se měří různé parametry kapek. Například Wilhelmiho destičkový tenziometr využívá destičky ponořené do kapaliny u níž je měřena síla, kterou je nutno vyvinout pro její vytažení. Z naměřené hodnoty se poté vypočte hodnota povrchového napětí. Dalším typem je kroužkový tenziometr dle Du Noůy, který využívá platinového kroužku ponořeného do kapaliny u něhož je měřeno napětí, které je potřeba vyvinout pro jeho vytažení. Z naměřené hodnoty se poté vypočte hodnota povrchového napětí. Nejblíže z předkládanému řešení je asi tyčinkový tenziometr podle Du Noůy - Padday, který využívá tyčinku pomořenou do kapaliny, přičemž se měří síla, kterou je nutno vyvinout při vytahování tyčinky z kapaliny. V omezené míře se lze setkat také s kapilárními staglamometry.Surface tension is usually measured with strain gauges, which are used to measure various droplet parameters. For example, the Wilhelmi plate tensiometer uses plates immersed in a liquid that measures the force required to pull it out. The surface tension value is then calculated from the measured value. Another type is a ring tensiometer according to Du Noy, which uses a platinum ring immersed in a liquid, which measures the voltage that needs to be developed to pull it out. The surface tension value is then calculated from the measured value. The closest of the present solution is probably a Du Noah - Padday bar tensiometer, which uses a bar immersed in a liquid, measuring the force that must be exerted when pulling the bar out of the liquid. Capillary staglamometers can also be found to a limited extent.

Hustotu lze též měřit několika způsoby. Např. klasickými hustoměry nebo Mohrovými vážkami, případně tzv. pivními váhami využívajícími Archimédův zákon nebo piknometry u nichž se stanovuje hmotnost tekutiny při konstantním a předem daném objemu nádoby. Hodnota hustoty se pak vypočte na základě známého objemu a naměřené hmotnosti.Density can also be measured in several ways. E.g. conventional densitometers or Mohr's dragonflies, or so-called beer scales using Archimedes' law or pycnometers, in which the weight of the fluid is determined at a constant and predetermined volume of the vessel. The density value is then calculated based on the known volume and measured weight.

V patentové literatuře je popsáno velké množství viskozimetrů, např. rotační typ v US 4 643 021. Zajímavá jsou také řešení popsaná v DE 19 840 868, kde je měřicí element umístěn na pružině nebo EP 1 462 775, kde je měření založeno na principu kapacitního snímače nebo EP 1 674 865, kde je měření založeno na piezoelektrickém jevu. V EP 1 698 880 je popsáno zařízení měřicí jak viskozitu, tak i hustotu, avšak s využitím rezonančního principu. V US 4 741 200, US 4 905 499 a JP 3-123839 jsou sice popsána zařízení pracující na vibračním principu, avšak na rozdíl od řešení podle technického řešení nevyužívají levitaci.A large number of viscometers are described in the patent literature, e.g. the rotary type in US 4,643,021. Also interesting are the solutions described in DE 19 840 868, where the measuring element is placed on a spring or EP 1 462 775, where the measurement is based on sensors or EP 1 674 865, where the measurement is based on a piezoelectric effect. EP 1 698 880 describes a device for measuring both viscosity and density, but using the resonant principle. U.S. Pat. No. 4,741,200, U.S. Pat. No. 4,905,499 and JP 3-123839 describe devices operating on the vibration principle, but in contrast to the solution according to the technical solution, they do not use levitation.

Nejvíce se k řešení podle technického řešení blíží JP 59-221639. Jde o zařízení na stanovení viskozity kapaliny na základě vibrací feromagnetického tělíska umístěného v kapalině. Tělísko levituje mezi dvěma elektromagnety. Rozdílem zařízení podle technického řešení oproti JP 59JP 59-221639 is closest to the solution according to the technical solution. It is a device for determining the viscosity of a liquid based on the vibrations of a ferromagnetic body located in the liquid. The body levitates between two electromagnets. The difference between the equipment according to the technical solution and JP 59

- 1 CZ 25212 UI- 1 CZ 25212 UI

221639 je, že zařízení podle technického řešení využívá pouze jednoho elektromagnetu namísto dvou použitých u JP 59-22 1639, namísto spodního elektromagnetu je využívána tíha měřicího elementu. Dále v JP 59-221639 je levitující element uváděn do vibrací tím, že elektromagnety jsou napájeny oscilujícím elektrickým proudem, v případě podle technického řešení jde o vlastní kmitání regulované soustavy po jejím mžikovém vypnutí a opětovném zapnutí. Jedná se tedy o odlišný princip. V patentu JP 59-221639 je levitační element ponořen zcela ve zkoumané kapalině, paprsek světelné závory ji prosvěcuje, lze ho tedy využít pouze pro opticky propustnou kapalinu. Také nádobka musí být opticky propustná, což v některých případech může být komplikace (agresivní kapaliny, taveniny o vysokých teplotách). Zařízení podle technického řešení má element, který je částečně ponořen a částečně vyčnívá, světelná závora snímá nad kapalinou. Zařízení podle technického řešení lze tedy použít i pro kapaliny a nádobky neprůhledné. Navíc lze zařízení podle technického řešení použít i pro měření povrchového napětí kapaliny a její hustoty.221639 is that the device according to the technical solution uses only one electromagnet instead of the two used in JP 59-22 1639, the weight of the measuring element is used instead of the lower electromagnet. Furthermore, in JP 59-221639, the levitating element is vibrated by the fact that the electromagnets are supplied with an oscillating electric current. So this is a different principle. In JP 59-221639, the levitation element is immersed completely in the liquid under investigation, the beam of the light barrier illuminates it, so it can only be used for an optically transmissive liquid. The vessel must also be optically transparent, which in some cases can be a complication (aggressive liquids, high temperature melts). The device according to the technical solution has an element which is partially immersed and partially protrudes, the light barrier senses above the liquid. The device according to the technical solution can therefore also be used for opaque liquids and containers. In addition, the device according to the technical solution can also be used to measure the surface tension of a liquid and its density.

Dále se k řešení podle technického řešení blíží SU 1 762 187, které pracuje na levitačním principu, je zde však několik závažných rozdílů. Zařízení dle SU 1 762 187 má snímače polohy umístěné v kapalině. Zařízení podle technického řešení nad kapalinou. Obě řešení mohou mít výhodu i nevýhody. V SU 1 762 187 není uvedeno, na jakém principu snímače polohy pracují. Pokud by se ale jednalo o optické snímače, nebylo by je možné použít pro neprůhledné kapaliny. I v případě jiného principu snímačů než je opticky by bylo velmi problematické použití pro kapaliny o vysokých teplotách (taveniny), nebo agresivní kapaliny. Řešení podle technického řešení se světelnou závorou mimo kapalinu umožňuje měřit jak neprůhledné kapaliny, tak při vhodném uspořádání i taveniny a kapaliny agresivní. Zařízení podle SU 1 762 187 měří pouze viskozitu, zatímco zařízení podle technického řešení je schopno měřit i povrchové napětí a hustotu. Zařízení dle SU 1 762 187 uvádí měřicí element do oscilací tím, že elektromagnet vytváří střídavě magnetické pole opačných polarit. U zařízení podle technického řešení je princip jiný, elektromagnet vyvozuje sílu pouze v jednom směru (nahoru), v opačném směru působí zemská tíže a element se uvede do oscilací nikoli nuceně, ale jde o samovolné oscilace při ustalování regulované soustavy.Furthermore, SU 1 762 187, which works on the levitation principle, is approaching the solution according to the technical solution, but there are several serious differences. The device according to SU 1 762 187 has position sensors located in the liquid. Equipment according to the technical solution above the liquid. Both solutions can have advantages and disadvantages. SU 1 762 187 does not state the principle on which position sensors work. However, if they were optical sensors, it would not be possible to use them for opaque liquids. Even in the case of a sensor principle other than optical, it would be very problematic to use for high temperature fluids (melts) or aggressive fluids. The solution according to the technical solution with a light barrier outside the liquid makes it possible to measure both opaque liquids and, with a suitable arrangement, also melts and aggressive liquids. The device according to SU 1 762 187 measures only the viscosity, while the device according to the technical solution is also able to measure surface tension and density. The device according to SU 1 762 187 causes the measuring element to oscillate by the electromagnet generating a magnetic field of opposite polarities. The principle of the device according to the technical solution is different, the electromagnet exerts a force only in one direction (upwards), the earth's gravity acts in the opposite direction and the element is oscillated not forcibly, but spontaneously oscillates when setting up a regulated system.

Celkově lze říci, že není známo zařízení, které by využívalo vibračně-levitační princip a bylo schopné měřit jak viskozitu, tak i hustotu a povrchové napětí.Overall, no device is known which uses the vibration-levitation principle and is able to measure both viscosity and density and surface tension.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Vzhledem k tomu, že technické řešení se tyká jednoho zařízení (a tedy i jednoho zapojení), které může měřit hodnoty tří různých fyzikálních veličin pouze na základě přepnutí do daného módu, budou zařízení a způsob měření jednotlivých veličin pro lepší srozumitelnost dále popsány zvlášť nejprve pro měření viskozity, poté pro měření povrchového napětí a nakonec hustoty.Since the technical solution concerns one device (and thus one connection), which can measure the values of three different physical quantities only on the basis of switching to the given mode, the device and the method of measuring individual quantities for better comprehensibility will be described separately first for viscosity measurement, then for surface tension and finally density measurement.

Níže uvedené informace týkající se popisu zařízení při měření viskozity platí adekvátně i pro stanovení povrchového napětí a hustoty.The information below concerning the description of the viscosity measuring device also applies adequately to the determination of surface tension and density.

Podstatou technického řešení je zařízení pracující na principu útlumu vibrací tělíska ponořeného v kapalině. Toto tělísko (táhlo s diskem v dolním konci, který je možno ponořovat do kapalin) je v prostoru udržováno pomocí elektromagnetické levitace, resp. nachází se ve vznosu. Elektrický obvod umožňující levitaci příslušného tělíska je v určitých časech na krátké intervaly automaticky přerušován, čímž se tělísko dostává do volného pádu. Následným spuštěním obvodu je tělísko opět přitaženo směrem zpět, ustavuje se rovnováha a celý systém se takto do ustavení rovnováhy rozvibruje. Rychlost ustavení rovnováhy tělíska je na vzduchu odlišná od jejího ustavení v kapalinách o různé viskozitě. Díky různé viskozitě dochází k rozdílnému útlumu vibrací. Registrace útlumů vibrací tak vede k registraci hodnot vlastních viskozit. Vlastní hodnoty útlumu jsou následně pomocí speciálního software vizuálně zobrazovány a ukládány v elektronické podobě, současně je registrována teplota zkoumaných kapalin a některých částí zařízení. Tyto údaje jsou rovněž archivovány.The essence of the technical solution is a device working on the principle of attenuation of vibrations of a body immersed in a liquid. This body (rod with a disc at the lower end, which can be immersed in liquids) is kept in space by electromagnetic levitation, resp. is in suspension. The electrical circuit enabling the levitation of the respective body is automatically interrupted at short intervals at certain times, thus causing the body to fall freely. By the subsequent start of the circuit, the body is pulled back again, the equilibrium is established and the whole system thus vibrates until the equilibrium is established. The equilibrium rate of a body is different in air from its equilibrium in liquids of different viscosities. Due to the different viscosities, the vibration attenuation is different. The registration of vibration dampings thus leads to the registration of the values of the intrinsic viscosities. The actual attenuation values are then visually displayed and stored in electronic form using special software, at the same time the temperature of the examined liquids and some parts of the device is registered. This data is also archived.

-2CZ 25212 UI-2CZ 25212 UI

Zařízení je tvořeno fotodiodou, elektromagnetem udržujícím měřicí tělísko ve vznosu, LED diodou a řídicím obvodem. Je bud’ připojeno prostřednictvím převodníku k vyhodnocovacímu zařízení, neboje připojeno k mikrokontroleru, přičemž připojení dále k vyhodnocovacímu zařízení je volitelné. Elektromagnet, fotodioda a LED dioda jsou jednosměrně propojeny s řídicím obvodem, přičemž obě diody vytvářejí světelnou závoru. Řídicí obvod řídí spínání, resp. rozpínání proudu elektromagnetem na základě zpětné vazby ze světelné závory, čímž reguluje levitaci měřicího tělíska. Řídicí obvod tedy generuje vibrace vypnutím proudu elektromagnetem na několik ms, zesiluje a filtruje signál ze světelné závory pro měření pomocí počítače.The device consists of a photodiode, an electromagnet keeping the measuring body in suspension, an LED diode and a control circuit. It is either connected via a converter to the evaluation device or connected to a microcontroller, the connection further to the evaluation device being optional. The solenoid, photodiode and LED are unidirectionally connected to the control circuit, both diodes forming a light barrier. The control circuit controls the switching or expansion of the current by the electromagnet on the basis of the feedback from the light barrier, thus regulating the levitation of the measuring body. The control circuit therefore generates vibrations by switching off the current with the electromagnet for a few ms, amplifies and filters the signal from the light barrier for measurement by means of a computer.

Převodníkem je snímán signál ze světelné závory (napětí na fotodiodě). Vyhodnocuje se amplituda rozkmitu signálu, která je úměrná amplitudě mechanických kmitů. Ty jsou nepřímo úměrné viskozitě (čím vyšší viskozita, tím jsou kmity menší).The converter reads the signal from the light barrier (voltage on the photodiode). The amplitude of the signal oscillation, which is proportional to the amplitude of the mechanical oscillations, is evaluated. These are inversely proportional to the viscosity (the higher the viscosity, the smaller the oscillations).

Fotodiodou a LED diodou podle tohoto řešení se rozumí jakékoli vhodné typy, zejména infračervené.The photodiode and LED according to this solution mean any suitable types, especially infrared.

Převodníkem podle tohoto řešení se rozumí např. převodník USB6210.The converter according to this solution means, for example, the USB6210 converter.

Vyhodnocovacím zařízením podle tohoto řešení se rozumí počítač, vestavěný mikroprocesorový systém, tablet, PDA, mobilní telefon apod.The evaluation device according to this solution means a computer, embedded microprocessor system, tablet, PDA, mobile phone, etc.

Pro správnou činnost je důležité, aby levitující tělísko bylo pod elektromagnetem stále ve stejné poloze (neotáčelo se). Proto byl vyvinut specielní tvar konce elektromagnetu a levitujícího tělíska, když v podstatě použitelné je tělísko jakéhokoli tvaru schopné levitace v elektromagnetickém poli, jako nejvýhodnější se jeví tělísko tvaru „obrácené kotvy“ nebo „kotvy“ se zakončením plochým diskem.For proper operation, it is important that the levitating body is always in the same position (not rotating) under the electromagnet. Therefore, a special shape of the end of the electromagnet and the levitating body has been developed, when in principle a body of any shape capable of levitating in an electromagnetic field is usable, the "inverted armature" or "flat disk end" anchors appear to be the most advantageous.

Toto konstrukční uspořádání disponuje radou výhod:This design has a number of advantages:

Zařízení je velmi přesné a citlivé a dovoluje registraci i velmi nízkých hodnot viskozit. Tato přesnost je dosažena téměř nulovým třením pohyblivých částí díky elektromagnetické levitaci. Současně jeho malé rozměry a tedy i snadná mobilita celého zařízení. Oproti obvykle komerčně vyráběným viskozimetrům pracujícím na principu rotace a registrace torzní síly kapaliny působící na rotující těleso zařízení podle technického řešení do značné míry rezistentní vůči geometrickým nepravidelnostem pohyblivých částí. Nízké výrobní náklady, v porovnání s komerčními modely jsou výrobní náklady nižší řádově. Možnost snadného a rychlého přepojení zařízení mezi režimy měření hodnot viskozity, hustoty a povrchového napětí kapalin.The device is very precise and sensitive and allows the registration of even very low viscosity values. This accuracy is achieved by almost zero friction of moving parts due to electromagnetic levitation. At the same time its small size and therefore easy mobility of the whole device. In contrast to the usually commercially manufactured viscometers operating on the principle of rotation and registration of the torsional force of the liquid acting on the rotating body of the device according to the technical solution, it is largely resistant to geometric irregularities of moving parts. Low production costs, compared to commercial models, production costs are lower by an order of magnitude. Possibility of easy and fast switching of the device between the modes of measuring the values of viscosity, density and surface tension of liquids.

Při měření povrchového napětí není tělísko ponořeno celé, ale pouze smáčí povrch kapaliny. Díky různým hodnotám povrchového napětí dochází k rozdílné deformaci hladiny kapaliny. Registrace deformace hladiny kapaliny (tedy síly potřebné k odtrhnutí tělíska od kapaliny) tak vede k registraci hodnot vlastního povrchového napětí (deformace hladiny kapaliny je funkcí povrchového napětí). Vlastní hodnoty deformace jsou následně pomocí speciálního software vizuálně zobrazovány a ukládány v elektronické podobě, současně je registrována teplota zkoumaných kapalin a některých částí zařízení. Tyto údaje jsou rovněž archivovány.When measuring the surface tension, the body is not fully immersed, but only wets the surface of the liquid. Due to the different values of surface tension, the liquid level is differently deformed. The registration of the deformation of the liquid level (ie the force required to tear the body from the liquid) thus leads to the registration of the values of the actual surface tension (the deformation of the liquid level is a function of the surface tension). The actual deformation values are then visually displayed and stored in electronic form using special software, at the same time the temperature of the examined liquids and some parts of the device is registered. This data is also archived.

Při měření hustoty k vyvolání ani měření vibrací nedochází, ale dochází k registraci proudu procházejícího cívkou. Měřený proud je funkcí hustoty, tj. je nepřímo úměrný hustotě. Vlastní hodnoty proudu jsou následně pomocí speciálního software vizuálně zobrazovány a ukládány v elektronické podobě. Současně je registrována teplota zkoumaných kapalin a některých částí zařízení. Tyto údaje jsou rovněž archivovány.When measuring density, neither vibration nor vibration measurement occurs, but the current flowing through the coil is registered. The measured current is a function of density, ie it is inversely proportional to density. The actual current values are then visually displayed and stored in electronic form using special software. At the same time, the temperature of the examined fluids and some parts of the device is registered. This data is also archived.

Zařízení není v podstatě omezeno typem kapaliny za podmínky použití vhodného konstrukčního materiálu, který přichází s kapalinou do styku, tak aby nedocházelo k jeho interakcím v agresivních prostředích. Výhodou je možnost registrace hodnot i u kapalin o velmi nízké viskozitě, hustotě či povrchovém napětí.The device is not substantially limited by the type of fluid under the conditions of using a suitable construction material that comes into contact with the fluid so that it does not interact in aggressive environments. The advantage is the possibility of registering values even for liquids with very low viscosity, density or surface tension.

Za účelem ověření správné funkce a stability zařízení bylo proměřeno několik kapalin. Typické výstupy z těchto měření jsou uvedeny na přiložených výkresech.In order to verify the correct function and stability of the device, several liquids were measured. Typical outputs from these measurements are shown in the accompanying drawings.

-3 CZ 25212 UI-3 CZ 25212 UI

Objasnění výkresůClarification of drawings

Technické řešení je blíže osvětleno s pomocí výkresů, na kterých:The technical solution is explained in more detail with the help of drawings, in which:

na obrázku č. 1 je nakreslen nárys tvaru elektromagnetu a levitujícího tělíska, na obrázku č. 2 je nakreslen bokorys tvaru elektromagnetu a levitujícího tělíska, na obrázku č. 3. je nakreslen půdorys zakončení elektromagnetu a levitujícího tělíska, na obrázku č. 4 je nakresleno celkové schéma zařízení, na obrázku č. 5 je nakreslen graf typického průběhu výstupního signálu pro kmitání ve vzduchu a v glycerinu při měření viskozity, na obrázku č. 6 je nakreslen graf závislosti napětí na závoře na době rozpojení obvodu pro různě viskózní kapaliny, na obrázku č. 7 je nakreslen graf kalibrační křivky, tedy napětí na závoře v závislosti na viskozitě, na obrázku č. 8 je nakreslen graf testu stability zařízení po dobu 25 hodin, tedy závislost napětí na závoře na čase, na obrázku č. 9 je nakreslen graf závislosti budicího proudu na cívce na teplotě zkoumané kapaliny při měření hustoty a na obrázku č. 10 jsou nakresleny nejvýhodnější tvary levitujícího tělíska.Figure 1 is a front view of the shape of the electromagnet and the levitating body, Figure 2 is a side view of the shape of the electromagnet and the levitating body, Figure 3 is a plan view of the end of the electromagnet and the levitating body, Figure 4 is drawn overall diagram of the device, Figure 5 is a graph of a typical output signal for oscillations in air and glycerin when measuring viscosity, Figure 6 is a graph of the voltage at the barrier on the disconnection time of the circuit for different viscous liquids, Figure No. 7 is a graph of the calibration curve, ie the stress on the barrier as a function of viscosity, Figure 8 shows a graph of the stability test of the device for 25 hours, ie the dependence of the voltage on the barrier as a function of time, Figure 9 shows a graph The dependence of the excitation current on the coil on the temperature of the investigated liquid during the density measurement and in Figure No. 10 the most advantageous shapes of the levitating body are drawn.

Příklady provedeníExemplary embodiments

Příklad 1- Zařízení pro stanovení hodnot viskozity, hustoty a povrchového napětíExample 1- Apparatus for determining viscosity, density and surface tension values

Zařízení 8 podle obr. 4 je tvořeno IR fotodiodou 1, elektromagnetem 3, pod který se zavěšuje tělísko 2, IR LED diodou 4 a řídicím obvodem 5. Je připojeno prostřednictvím převodníku USB 6210 6 k PC 7. IR Fotodioda 1 a IR LED dioda 4 vytvářejí světelnou závoru. Řídicí obvod 5 řídí spínání, resp. rozpínání proudu elektromagnetem na základě zpětné vazby ze světelné závory, čímž reguluje levitaci. Převodník 6 snímá napětí na IR fotodiodě 1.The device 8 according to Fig. 4 consists of an IR photodiode 1, an electromagnet 3 under which the body 2 is suspended, an IR LED diode 4 and a control circuit 5. It is connected via a USB 6210 converter 6 to a PC 7. IR photodiode 1 and IR LED 4 they form a light barrier. The control circuit 5 controls the switching or expansion of the current by the electromagnet based on the feedback from the light barrier, thus regulating the levitation. Converter 6 senses the voltage on IR photodiode 1.

Příklad 2- Měření viskozityExample 2- Viscosity measurement

Nejprve se zapne elektromagnetický levitační okruh. Poté se pod elektromagnet 3 zavěsí tělísko 2. Nádobka 9 s glycerinem se umístí na nastavitelnou podložku pod levitující tělísko 2 a pomalu se zvedne tak, aby byl konec tělíska 2 do glycerinu ponořen. Poté se spustí generování vibrací v řídicím obvodu 5 a nakonec se spustí vyhodnocovací software. Vyhodnocuje se amplituda rozkmitu signálu, která je úměrná amplitudě mechanických kmitů. Ty jsou nepřímo úměrné viskozitě (čím vyšší viskozita, tím jsou kmity menší).First, the electromagnetic levitation circuit turns on. The body 2 is then hung under the electromagnet 3. The glycerin container 9 is placed on an adjustable pad under the levitating body 2 and slowly raised so that the end of the body 2 is immersed in the glycerin. Then, the generation of vibrations in the control circuit 5 starts, and finally, the evaluation software starts. The amplitude of the signal oscillation, which is proportional to the amplitude of the mechanical oscillations, is evaluated. These are inversely proportional to the viscosity (the higher the viscosity, the smaller the oscillations).

Příklad 3 - Měření povrchového napětíExample 3 - Surface tension measurement

Nejprve se zapne elektromagnetický levitační okruh. Poté se pod elektromagnet 3 zavěsí tělísko 2. Nádobka 9 s měřenou kapalinou se umístí na nastavitelnou podložku pod levitující tělísko 2 a pomalu se zvedne tak, aby bylo tělísko 2 kapalinou pouze smáčeno na povrchu. Poté se spustí generování vibrací v řídicím obvodu 5 a nakonec se spustí vyhodnocovací software. Vyhodnocují se deformace hladiny kapaliny. Deformace hladiny kapaliny je funkcí povrchového napětí.First, the electromagnetic levitation circuit turns on. Then the body 2 is hung under the electromagnet 3. The container 9 with the measured liquid is placed on an adjustable pad under the levitating body 2 and is slowly raised so that the body 2 is only wetted on the surface by the liquid. Then, the generation of vibrations in the control circuit 5 starts, and finally, the evaluation software starts. Deformations of the liquid level are evaluated. Deformation of the fluid level is a function of surface tension.

Příklad 4 - Měření hustotyExample 4 - Density measurement

Nejprve se zapne elektromagnetický levitační okruh. Poté se pod elektromagnet 3 zavěsí tělísko 2. Nádobka 9 s měřenou kapalinou se umístí na nastavitelnou podložku pod levitující tělísko 2 a pomalu se zvedne tak, aby byl konec tělíska 2 ponořen do kapaliny. Poté se spustí software, kterýFirst, the electromagnetic levitation circuit turns on. Then the body 2 is hung under the electromagnet 3. The container 9 with the measured liquid is placed on an adjustable pad under the levitating body 2 and is slowly raised so that the end of the body 2 is immersed in the liquid. Then the software starts

-4CZ 25212 UI registruje proud procházející cívkou. Procházející proud je funkcí hustoty (čím vyšší proud, tím nižší hustota).-4GB 25212 The UI registers a current flowing through the coil. The current flowing is a function of density (the higher the current, the lower the density).

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Zařízení lze využívat v široké oblasti výzkumu a vývoje materiálů, stejně jako k testování stávajících výrobků. Mezi základní segmenty trhu lze jmenovat chemický a farmaceutický průmysl, potravinářství, medicínu, strojírenství, sklářský a automobilový průmysl a další. Zařízení lze tedy provozovat v laboratorních podmínkách v oblasti primárního výzkumu, stejně jako v oblasti průmyslových aplikací ke zjišťování vlastností různých typů olejů, v potravinářské oblasti, například v mlékárenském průmyslu, dále v medicíně k měření viskozit krve při různých chorobách a v radiologii při měření vlastností kontrastních roztoků a obecně v odvětvích, která se zabývají prouděním kapalin. Za zmínku stojí ještě automobilový průmysl, kde je znalost těchto vlastností důležitá nejen z hlediska motorových olejů, ale i brzdových kapalin a odvětví zabývající se vývojem nátěrových hmot.The equipment can be used in a wide range of materials research and development, as well as for testing existing products. The basic market segments include the chemical and pharmaceutical industries, the food industry, medicine, engineering, the glass and automotive industries, and more. The device can therefore be operated in laboratory conditions in primary research as well as in industrial applications to determine the properties of various types of oils, in the food industry, for example in the dairy industry, in medicine to measure blood viscosities in various diseases and in radiology in measuring properties contrast solutions and in general in fluid flow industries. It is also worth mentioning the automotive industry, where knowledge of these properties is important not only in terms of engine oils, but also brake fluids and the paint industry.

Claims (4)

NÁROKY NA OCHRANUPROTECTION REQUIREMENTS 1. Levitačně-vibrační zařízení pro měření viskozity, hustoty a povrchového napětí, vyznačující se tím, že je tvořeno fotodiodou (1), elektromagnetem (3) udržujícím měřicí tělísko (2) ve vznosu, LED diodou (4) a řídicím obvodem (5), kde fotodioda (1), elektromagnet (3) a LED dioda (4) jsou jednosměrně propojeny s řídicím obvodem (5), přičemž fotodioda (1) a LED dioda (4) vytvářejí světelnou závoru.Levitation-vibration device for measuring viscosity, density and surface tension, characterized in that it consists of a photodiode (1), an electromagnet (3) holding the measuring body (2) in suspension, an LED diode (4) and a control circuit (5). ), where the photodiode (1), the electromagnet (3) and the LED (4) are unidirectionally connected to the control circuit (5), the photodiode (1) and the LED (4) forming a light barrier. 2. Levitačně-vibrační zařízení pro měření viskozity, hustoty a povrchového napětí podle nároku 1, vyznačující se tím, že je dále připojeno prostřednictvím převodníku (6) k vyhodnocovacímu zařízení (7).The levitation-vibration device for measuring viscosity, density and surface tension according to claim 1, characterized in that it is further connected to the evaluation device (7) via a converter (6). 3. Levitačně-vibrační zařízení pro měření viskozity, hustoty a povrchového napětí podle nároku 2, v y z n a č u j í c í se t í m , že převodník (6) je nahrazen mikrokontrolerem.Levitation-vibration device for measuring viscosity, density and surface tension according to claim 2, characterized in that the transducer (6) is replaced by a microcontroller. 4. Levitačně-vibrační zařízení pro měření viskozity, hustoty a povrchového napětí podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že fotodioda (1) a LED dioda (4) jsou infračervené.Levitation-vibration device for measuring viscosity, density and surface tension according to any one of the preceding claims, characterized in that the photodiode (1) and the LED (4) are infrared.
CZ201227116U 2012-12-05 2012-12-05 Levitation-vibrating device for measuring viscosity, density and interfacial tension CZ25212U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ201227116U CZ25212U1 (en) 2012-12-05 2012-12-05 Levitation-vibrating device for measuring viscosity, density and interfacial tension

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ201227116U CZ25212U1 (en) 2012-12-05 2012-12-05 Levitation-vibrating device for measuring viscosity, density and interfacial tension

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ25212U1 true CZ25212U1 (en) 2013-04-11

Family

ID=48137137

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ201227116U CZ25212U1 (en) 2012-12-05 2012-12-05 Levitation-vibrating device for measuring viscosity, density and interfacial tension

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ25212U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ewoldt et al. Experimental challenges of shear rheology: how to avoid bad data
JP5093599B2 (en) Viscosity / elasticity measuring apparatus and method
KR20150060908A (en) Method and device for measuring fluid body physical properties
US20180321216A1 (en) Friction testing apparatus and method
EP2895854B1 (en) Blood coagulometer and method
Lee et al. Electrofluidic circuit-based microfluidic viscometer for analysis of Newtonian and non-Newtonian liquids under different temperatures
EP2963412A1 (en) Method for finding shear rate of fluid, and program and device for same
Yosick et al. Fluid inertia in large amplitude oscillatory shear
CN101923032B (en) Device and method for rapidly measuring viscosity of high-temperature melt by using free vibration method of spring oscillator
KR101458320B1 (en) Viscometer using Terminal setting velocity and Method of measuring viscosity
CZ25212U1 (en) Levitation-vibrating device for measuring viscosity, density and interfacial tension
EP3382370A1 (en) Probe arrangement and method for rheometric measurements with a disposable probe and remote readability
WO2004106844A2 (en) Oscillatory motion based measurement method and sensor for measuring wall shear stress due to fluid flow
Izumo et al. Technological background and latest market requirements concerning “static viscosity” measurement with a tuning-fork vibration viscometer
Lee et al. Viscometry of single nanoliter-volume droplets using dynamic force spectroscopy
CZ304430B6 (en) Levitation-vibrating device for measuring viscosity, density and interfacial tension
RU2454655C1 (en) Oscillatory shift metre
US20200200732A1 (en) Blood coagulometer and method
KR102011569B1 (en) Device for measuring viscosity of minute volume liquids and method thereof
RU2755869C1 (en) Method and apparatus for monitoring dissolution
JPH05149861A (en) Method and apparatus for measuring physical properties of fluid
RU2569173C1 (en) Viscosimeter
RU2377506C1 (en) Device for measurement of level of liquid
Heinisch et al. Miniaturized resonating viscometers facilitating measurements at tunable frequencies in the low kHz-range
Weiss et al. Driving modes and material stability of a vibrating polyethylene membrane viscosity sensor

Legal Events

Date Code Title Description
FG1K Utility model registered

Effective date: 20130411

MK1K Utility model expired

Effective date: 20161205