CZ304430B6 - Levitation-vibrating device for measuring viscosity, density and interfacial tension - Google Patents
Levitation-vibrating device for measuring viscosity, density and interfacial tension Download PDFInfo
- Publication number
- CZ304430B6 CZ304430B6 CZ2012-875A CZ2012875A CZ304430B6 CZ 304430 B6 CZ304430 B6 CZ 304430B6 CZ 2012875 A CZ2012875 A CZ 2012875A CZ 304430 B6 CZ304430 B6 CZ 304430B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- density
- levitation
- surface tension
- measuring
- viscosity
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Levitačně-vibrační zařízení pro měření viskozity, hustoty a povrchového napětí a způsob jejich měřeníLevitation-vibration device for measurement of viscosity, density and surface tension and method of their measurement
Oblast technikyTechnical field
Měření Teologických vlastností tekutin, zařízení pro měření viskozity, hustoty a povrchového napětí.Measurement of Theological properties of fluids, devices 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 fůnkčně s těmito vlastnostmi souvisí.Current methods of measuring theological properties of fluids rely on the registration of quantities that are in some way functionally related to these properties.
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 by viscometers or rheometers. They can be divided into capillary (flow), outflow, body (gravity), rotary, vibration and torsion, according to another criterion into 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 někteiými výhodami: snadná změna smykového napětí, nebo smykové rychlosti, snadné nastavení doby měření, kapalina nevytéká. Tyto viskozimetry lze aplikovat i na nenewtonské 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 funguje 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, single geometry viscometers are used for conventional Newtonian fluids. The Ubbelohde effluent viscometer can be mentioned here. These viscometers are typically used for orientation viscosity measurements in engineering practice. Other widely used viscometers are rotary. To achieve proper accuracy, they require complex design, but have some advantages over spout viscometers: easy change of shear stress or shear rate, easy adjustment of measurement time, no leakage. These viscometers can also be applied to non-Newtonian fluids for accurate laboratory experiments. Their disadvantage is the previously mentioned constructional complexity and associated production costs. Nevertheless, this type of viscometer is the most widespread in current industrial practice requiring accurate registration of theological properties of liquids. There are many on the market. Vibration viscometers have related designs. These are currently less widespread, although they offer relatively high measurement accuracy. In laboratory practice, a Hoppler viscometer can be found to a lesser extent. Piezoelectric string viscometers are rather a rare design.
Povrchové napětí se obvykle měří tenziometry, pomocí nichž se měří různé parametry kapek. Například Wilhelmyho 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 Noiiy, 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 předkládanému řešení je z tohoto pohledu asi tyčinkový tenziometr podle Du Noůy - Padday, kteiý využívá tyčinku ponořenou do kapaliny, přičemž se měří síla, kterou je nutno vyvinout při vytahování tyčinky z kapaliny. V omezené míře se lze setkat s kapilárními staglamometry.Surface tension is usually measured by strain gauges, which measure various drop parameters. For example, Wilhelmy's plate tensiometer uses a plate immersed in a liquid to measure the force required to pull it out. The surface tension value is then calculated from the measured value. Another type is the Du Noiiy Ring Strain Gauge, which uses a platinum ring immersed in a liquid to measure the tension required to extract it. The surface tension value is then calculated from the measured value. In this respect, the closest solution to this is the Du Noa-Padday rod tensiometer, which utilizes a rod immersed in the liquid, measuring the force required to pull the rod out of the liquid. Capillary staglamometers can be encountered to a limited extent.
Hustotu lze též měřit několika způsoby. Např. klasickými hustoměiy nebo Mohrovými vážkami, případně tzv. pivními váhami využívajícími Archimédův zákon nebo pyknometry 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. by classical densities or by Mohr's dragonflies, or by the so-called beer scales using Archimedes law or pycnometers, where the weight of the liquid is determined at a constant and predetermined volume of the container. The density value is then calculated based on the known volume and the 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 měřící jak viskozitu, tak i hustotu, avšak s využitím rezonančního principu.A large number of viscometers are described in the patent literature, for example a rotary type in US 4,643,021. Also of interest are solutions described in DE 19 840 868, where the measuring element is located on a spring or EP 1 462 775, where the measurement is based on capacitance. or EP 1 674 865, wherein the measurement is based on a piezoelectric effect. EP 1 698 880 describes a device measuring both viscosity and density, but using the resonant principle.
-1 CZ 304430 B6-1 CZ 304430 B6
V US 4 741 200, US 4 905 499 a JP 3 123 839 jsou sice popsána zařízení pracující na vibračním principu, avšak na rozdíl od řešení podle vynálezu nevyužívají levitaci.Although US 4 741 200, US 4 905 499 and JP 3 123 839 describe devices operating on a vibration principle, they do not employ levitation in contrast to the present invention.
Nejvíce se k řešení podle vynálezu blíží JP59 221 639. Jde o zařízení na stanovení viskozity kapaliny na základě vibrací feromagnetického tělíska umístěného v kapalině. Tělísko levituje mezi dvěma elektromagnety. Rozdílem zařízení podle vynálezu oproti JP 59 221 639 je, že zařízení podle vynálezu využívá pouze jednoho elektromagnetu namísto dvou použitých u JP59 221 639, namísto spodního elektromagnetu je využívána tíha měřicího elementu. Dále v JP 59 221 639 je levitující element uváděn do vibrací tím, že elektromagnety jsou napájeny oscilujícím elektrickým proudem, v případě podle vynálezu jde o vlastní kmitání regulované soustavy po jejím mžikovém vypnutí a opětovném zapnutí. Jedná se tedy o odlišný princip.JP59 221 639 is the closest solution to the present invention. It is a device for determining the viscosity of a liquid based on the vibrations of a ferromagnetic body placed in the liquid. The body levitates between two electromagnets. The difference of the device according to the invention compared to JP 59 221 639 is that the device according to the invention uses only one electromagnet instead of the two used in JP59 221 639, instead of the lower electromagnet the weight of the measuring element is used. Furthermore, in JP 59 221 639, the levitating element is vibrated by the electromagnets being supplied by an oscillating electric current, in the case of the invention, the self-oscillation of the controlled system after its instantaneous switching off and on again. It is therefore a different principle.
V patentu JP 59 221 639 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 vynálezu má element, který je částečně ponořen a částečně vyčnívá, světelná závora snímá nad kapalinou. Zařízení podle vynálezu lze tedy použít i pro kapaliny a nádobky neprůhledné. Navíc lze zařízení podle vynálezu použít i pro měření povrchového napětí kapaliny a její hustoty.In patent JP 59 221 639, the levitation element is completely immersed in the liquid to be examined, the light beam of the light beam illuminates it, so it can be used only for an optically permeable liquid. Also, the container must be optically permeable, which in some cases can be a complication (aggressive liquids, hot melt). The device according to the invention has an element which is partially submerged and partially protruding, the light barrier senses above the liquid. The device according to the invention can therefore also be used for opaque liquids and containers. Moreover, the device according to the invention can also be used to measure the surface tension of a liquid and its density.
Dále se k řešení podle vynálezu 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 vynálezu nad kapalinou. Obě řešení mohou mít výhodu i nevýhody.Further, the solution according to the invention is approached by SU 1 762 187, which operates on the levitation principle, but there are several significant differences. The device according to SU 1 762 187 has position sensors placed in a liquid. The device according to the invention above the liquid. Both solutions can have advantages and disadvantages.
V SU 1 762 187 není uvedeno, najakém 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 optický by bylo velmi problematické použití pro kapaliny o vysokých teplotách (taveniny), nebo agresivní kapaliny. Řešení podle vynálezu 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 vynálezu 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 vynálezu je princip jiný, elektromagnet vyvozuje sílu pouze v jednom směru (nahoru), v opačném směru působí zemská tíže a element se uvede do oscilací nikoli nucené, ale jde o samovolné oscilace při ustalování regulované soustavy.SU 1 762 187 does not disclose what principle the encoders work. However, if they were optical sensors, they would not be usable for opaque liquids. Even in the case of a sensor principle other than optical, it would be very problematic to use liquids with high temperatures (melt) or aggressive liquids. The solution according to the invention with a light barrier outside the liquid makes it possible to measure both opaque liquids and, if appropriate, also melt and aggressive liquids. The device according to SU 1 762 187 measures only the viscosity, while the device according to the invention is also capable of measuring surface tension and density. The device according to SU 1 762 187 brings the measuring element into oscillations in that the electromagnet generates alternately a magnetic field of opposite polarities. In the device according to the invention, the principle is different, the electromagnet generates force in only one direction (upwards), the earth's gravity acts in the opposite direction and the element is brought into oscillations not forced, but spontaneous oscillations when the regulated system is fixed.
Celkově lze říci, že není známo zařízení, které by využívalo vibračně-levitační princip a bylo schopné měřit jako viskozitu, tak i hustotu a povrchové napětí.Overall, there is no known device that uses the vibration-levitation principle and is able to measure both viscosity, density and surface tension.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Vzhledem k tomu, že vynález se týká 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 povrchové napětí a nakonec hustoty. Níže uvedené informace týkající se popisu zařízení při měření viskozity platí adekvátně i pro stanovení povrchového napětí a hustoty.Since the invention relates to one device (and thus one circuit) that can measure the values of three different physical quantities only by switching to a given mode, the device and the method of measuring the individual quantities will be described separately first for measurement viscosity, then to measure the surface tension and finally the density. The following information regarding the description of the device when measuring viscosity applies accordingly to the determination of surface tension and density.
Podstatou vynálezu 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. RegistraceSUMMARY OF THE INVENTION The invention is based on a device operating on the principle of vibration damping of a body immersed in a liquid. This body (a rod with a disc at the lower end, which can be immersed in liquids) is maintained in space by electromagnetic levitation, resp. it is floating. The electrical circuit allowing levitation of the respective body is automatically interrupted at short intervals at certain times, thereby causing the body to fall freely. After the circuit is lowered, the body is again pulled back, the equilibrium is established and the whole system is thus vibrated until equilibrium is established. The rate of equilibrium of the body in air is different from its establishment in liquids of different viscosities. Due to the different viscosity, different vibration damping occurs. Registration
-2CZ 304430 B6 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.-2GB 304430 B6 Vibration damping results in the registration of intrinsic viscosity values. Custom attenuation values are then visually displayed and stored electronically using special software. Simultaneously, the temperature of the examined liquids and some parts of the equipment is registered. These data are also archived.
Zařízení je tvořeno fotodiodou, elektromagnetem, udržujícím měřicí tělísko ve vznosu, LED diodou a řídicím obvodem. Je buď 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 závoiy, 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, which keeps the measuring body floating, an LED and a control circuit. It is either connected via a converter to an evaluation device or is connected to a microcontroller, the connection further to the evaluation device being optional. The electromagnet, the photodiode and the LED are unidirectionally connected to the control circuit, both of which form a light barrier. The control circuit controls the switching, respectively. the current is cut by the electromagnet based on the feedback from the light curtain, thereby regulating the levitation of the measuring body. Thus, the control circuit generates vibrations by switching off the electromagnet for a few ms, amplifying and filtering the signal from the photocell for computer measurement.
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 scans the signal from the light barrier (voltage at the photodiode). The amplitude of the signal oscillation, which is proportional to the amplitude of 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 vynálezu se rozumí jakékoli vhodné typy, zejména infračervené.The photodiode and the LED according to the invention are understood to be any suitable types, in particular infrared.
Převodníkem podle tohoto vynálezu se rozumí např. převodník USB6210.A converter according to the invention is understood to be, for example, a USB6210 converter.
Vyhodnocovacím zařízením podle tohoto vynálezu se rozumí počítač, vestavěný mikroprocesorový systém, tablet, PDA, mobilní telefon apod.The evaluation device according to the invention is understood to mean a computer, embedded microprocessor system, tablet, PDA, mobile phone and the like.
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 elementu. I 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 correct operation it is important that the levitating body is always in the same position under the electromagnet (does not rotate). Therefore, a special shape of the end of the electromagnet and the levitating element was developed. Although essentially a body of any shape capable of levitation in an electromagnetic field is useful, a "inverted anchor" or "flat-anchor" shaped body appears to be most preferred.
Toto konstrukční uspořádání disponuje řadou 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.The device is very accurate and sensitive and allows registration of very low viscosity values. This accuracy is achieved by virtually zero friction of moving parts due to electromagnetic levitation. At the same time its small size and thus easy mobility of the whole device.
Oproti obvykle komerčně vyráběným viskozimetrům pracujícím na principu rotace a registrace torzní síly kapaliny působící na rotující tělísko zařízení podle vynálezu do značné míry rezistentní vůči geometrickým nepravidelnostem pohyblivých částí.In contrast to conventional commercially produced 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 invention largely resistant to the geometrical irregularities of the moving parts.
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.Low production costs, compared to commercial models, production costs are lower in the order of magnitude. Possibility to easily and quickly switch devices between modes for measuring 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 softwaru 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 different surface tension values, the liquid level deforms differently. The registration of the deformation of the liquid level (ie the force required to detach 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 electronically using special software. Simultaneously, the temperature of the examined liquids and some parts of the equipment is registered. These data are also archived.
Při měření hustoty k vyvolání ani měření vibrací nedochází, ale dochází k registraci proudu procházejícího cívkou elektromagnetu. Měřený proud je funkcí hustoty, tj. je nepřímo úměrný hustotě. Vlastní hodnoty proudu jsou následně pomocí speciálního softwaru vizuálně zobrazovány a ukládány v elektronické podobě. Současně je registrována teplota zkoumaných kapalin a některých částí zařízení. Tyto údaje jsou rovněž archivovány.Density measurement does not produce or measure vibration, but registers current through the solenoid coil. 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 electronically using special software. Simultaneously, the temperature of the examined liquids and some parts of the equipment is registered. These data are also archived.
-3CZ 304430 B6-3GB 304430 B6
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 provided that suitable construction material is brought into contact with the fluid to avoid interactions in aggressive environments. The advantage is the possibility to register values 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.Several liquids were measured to verify proper operation and stability of the device. Typical outputs of these measurements are shown in the attached drawings.
Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Vynález je blíže osvětlen s pomocí výkresů, na kterých:BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention is illustrated in more detail with reference to the 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 shows a front view of the shape of an electromagnet and a levitating body, Figure 2 shows a side view of the shape of an electromagnet and a levitating body; Figure 5 is a graph of the typical waveform of the output signal for oscillation in air and glycerine when measuring viscosity, Figure 6 is a graph of the voltage versus barrier to the time of opening the circuit for different viscous liquids, Figure 5 Figure 7 is a graph of the calibration curve, ie the barrier voltage versus viscosity, Figure 8 is a graph of the stability test of the device over a period of 25 hours, ie the dependence of the voltage versus barrier over time, Figure 9 is a graph of dependence excitation current on the coil at the temperature of the fluid under test for density and in Figure 10 is u shows the most advantageous shapes of the levitating body.
Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Příklad 1 - Zařízení pro stanovení hodnot viskozity, hustoty a povrchového napětíExample 1 - Device 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 i 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 4 and a control circuit 5. It is connected to a PC 7 via a USB 6210 converter 6. light barrier. The control circuit 5 controls the switching, respectively. expansion of the current by the electromagnet based on feedback from the light barrier, thereby regulating levitation. Converter 6 senses the voltage on the IR photodiode 1.
Příklad 2 - Měření viskozityExample 2 - Viscosity measurement
Nejprve se zapne elektromagnetický levitační okruh. Poté se pod elektromagnet 3 zavěsí tělískoFirst, the electromagnetic levitation circuit is switched on. Then a body is suspended under the electromagnet 3
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).2. The glycerin container 9 is placed on an adjustable pad under the levitating body 2 and slowly lifted so that the end of the body 2 is immersed in the glycerin. Thereafter, the generation of vibrations in the control circuit 5 is started and finally the evaluation software is started. The amplitude of the signal oscillation, which is proportional to the amplitude of mechanical oscillations, is evaluated. These are inversely proportional to the viscosity (the higher the viscosity, the smaller the oscillations).
-4CZ 304430 B6-4GB 304430 B6
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 is switched on. Then the body 2 is suspended under the electromagnet 3. The container 9 with the liquid to be measured is placed on an adjustable pad under the levitating body 2 and is slowly lifted so that the body 2 is only wetted on the surface. Thereafter, the generation of vibrations in the control circuit 5 is started and finally the evaluation software is started. Fluid level deformations are evaluated. Fluid level deformation 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, který registruje proud procházející cívkou elektromagnetu 3. Procházející proud je funkcí hustoty (čím vyšší proud, tím nižší hustota).First, the electromagnetic levitation circuit is switched on. Then the body 2 is suspended under the electromagnet 3. The container 9 with the liquid to be measured is placed on an adjustable pad under the levitating body 2 and is slowly lifted so that the end of the body 2 is immersed in the liquid. The software then registers the current passing through the solenoid coil 3. The passing current 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, food, medicine, engineering, glass and automotive industries and others. The device can therefore be operated under laboratory conditions in the field of primary research, as well as in industrial applications to determine the properties of various types of oils in the food sector, such as the dairy industry, in medicine to measure blood viscosity in various diseases and radiology to measure contrast properties solutions, and generally in the fluid flow industries. It is worth mentioning the automotive industry, where knowledge of these properties is important not only in terms of engine oils, but also in brake fluids and in the paint industry.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2012-875A CZ304430B6 (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 |
|---|---|---|---|
| CZ2012-875A CZ304430B6 (en) | 2012-12-05 | 2012-12-05 | Levitation-vibrating device for measuring viscosity, density and interfacial tension |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2012875A3 CZ2012875A3 (en) | 2014-04-30 |
| CZ304430B6 true CZ304430B6 (en) | 2014-04-30 |
Family
ID=50549504
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2012-875A CZ304430B6 (en) | 2012-12-05 | 2012-12-05 | Levitation-vibrating device for measuring viscosity, density and interfacial tension |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ304430B6 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1762187A1 (en) * | 1989-09-29 | 1992-09-15 | Воронежское опытно-конструкторское бюро автоматики Научно-производственного объединения "Химавтоматика" | Method for vibrating viscosimeter tuning |
| GB2294559A (en) * | 1994-10-28 | 1996-05-01 | Barber Colman Co | Energy saving electromagnetic suspension system |
| US20020124765A1 (en) * | 2000-06-28 | 2002-09-12 | Hansen Brian Nils | Method and apparatus for magnetic levitation |
| JP2011038810A (en) * | 2009-08-07 | 2011-02-24 | Kyoto Electron Mfg Co Ltd | Vibration-type density measuring method and vibration-type densitometer |
-
2012
- 2012-12-05 CZ CZ2012-875A patent/CZ304430B6/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1762187A1 (en) * | 1989-09-29 | 1992-09-15 | Воронежское опытно-конструкторское бюро автоматики Научно-производственного объединения "Химавтоматика" | Method for vibrating viscosimeter tuning |
| GB2294559A (en) * | 1994-10-28 | 1996-05-01 | Barber Colman Co | Energy saving electromagnetic suspension system |
| US20020124765A1 (en) * | 2000-06-28 | 2002-09-12 | Hansen Brian Nils | Method and apparatus for magnetic levitation |
| JP2011038810A (en) * | 2009-08-07 | 2011-02-24 | Kyoto Electron Mfg Co Ltd | Vibration-type density measuring method and vibration-type densitometer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2012875A3 (en) | 2014-04-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6504847B2 (en) | Method and rheometer for determining measurement data of a sample | |
| US10788476B2 (en) | Friction testing apparatus and method | |
| US10054531B2 (en) | Apparatus and method for monitoring a sedimentation parameter in a fluid medium sample | |
| EP2817608B1 (en) | Apparatus and method for constant shear rate and oscillatory rheology measurements | |
| Lee et al. | Electrofluidic circuit-based microfluidic viscometer for analysis of Newtonian and non-Newtonian liquids under different temperatures | |
| JPH07504032A (en) | Liquid viscoelastic property determination device and its usage | |
| CN101923032B (en) | Device and method for rapidly measuring viscosity of high-temperature melt by using free vibration method of spring oscillator | |
| Yosick et al. | Fluid inertia in large amplitude oscillatory shear | |
| EP2963412A1 (en) | Method for finding shear rate of fluid, and program and device for same | |
| CZ304430B6 (en) | Levitation-vibrating device for measuring viscosity, density and interfacial tension | |
| Shangguan et al. | Mapping phase diagrams of polymer solutions by a combination of microfluidic solution droplets and laser light-scattering detection | |
| Martín-Pérez et al. | Real-time particle spectrometry in liquid environment using microfluidic-nanomechanical resonators | |
| KR101458320B1 (en) | Viscometer using Terminal setting velocity and Method of measuring viscosity | |
| CZ25212U1 (en) | Levitation-vibrating device for measuring viscosity, density and interfacial tension | |
| Izumo et al. | Technological background and latest market requirements concerning “static viscosity” measurement with a tuning-fork vibration viscometer | |
| Zhao et al. | In-situ measurement of fluid density rapidly using a vibrating piezoresistive microcantilever sensor without resonance occurring | |
| Lee et al. | Viscometry of single nanoliter-volume droplets using dynamic force spectroscopy | |
| RU2522718C2 (en) | Inertial viscosity gage | |
| RU2569173C1 (en) | Viscosimeter | |
| Fedorchenko et al. | The optical viscometer based on the vibrating fiber partially submerged in fluid | |
| Heinisch et al. | Miniaturized resonating viscometers facilitating measurements at tunable frequencies in the low kHz-range | |
| RU2012117930A (en) | METHOD FOR RESEARCH OF THERMOPHYSICAL PROPERTIES OF LIQUIDS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
| RU2308016C2 (en) | Device for measuring elasticity modulus of construction materials at high temperatures | |
| RU2335741C1 (en) | Vibrating liquid level indicator | |
| KR20060027910A (en) | Precision hydrometer and system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20171205 |