PL229693B1 - Reometr przeznaczony do wyznaczania właściwości reologicznych cieczy nienewtonowskich, zwłaszcza niestabilnych reologicznie - Google Patents

Abstract

Reometr przeznaczony do wyznaczania właściwości reologicznych cieczy nienewtonowskich, zwłaszcza niestabilnych reologicznie jest wyposażony w usytuowany pionowo, umieszczony w otoczonym płaszczem (10) naczyniu termostatującym zbiornik ciśnieniowy (1) zamknięty głowicą (9), w której znajduje się doprowadzenie badanej cieczy (18), doprowadzenie sprężonego azotu (16) oraz w której jest zamocowany koniec czujnika termometrycznego (17) umieszczonego wewnątrz zbiornika ciśnieniowego (1). W dnie zbiornika ciśnieniowego (1) są przelotowe otwory, w których są zamocowane wloty umieszczonych w metalowych oprawach i także termostatowanych kapilar (3). Wewnątrz zbiornika ciśnieniowego (1) jest umieszczony obrotowy element roboczy (7) reometru. Element roboczy (7) jest osadzony na wydrążonym wewnątrz wale, którego jeden koniec jest ułożyskowany w pokrywie (2) zbiornika ciśnieniowego (1) oddzielającej zbiornik ciśnieniowy (1) od głowicy (9), zaś drugi koniec wału elementu roboczego (7) jest usytuowany w pobliżu dna zbiornika ciśnieniowego (1), Wał elementu roboczego (7) jest połączonym z silnikiem elektrycznym wyposażonym w urządzenie do jego sterowania i stabilizowania jego prędkości obrotowej, zawierające układ do pomiaru częstości obrotowej oraz układ do pomiaru naprężeń stycznych w badanej cieczy. Wyloty kapilar (3) znajdują się wewnątrz ich metalowych opraw, których dolne końce są umieszczone w tulejach prowadzących zamocowanych w przelotowych otworach w dnie naczynia termostatującego. Wloty kapilar (3) są zamknięte elastycznymi korkami, przymocowanymi do perforowanego talerza (4) usytuowanego wewnątrz zbiornika ciśnieniowego (1), sprzężonego za pomocą trzpienia (5) z dźwignią siłownika elektromagnetycznego (6) złączonego z układem zasilającym wyposażonym w miernik czasu, umieszczonego także wewnątrz głowicy (9) reometru, Reometr zawiera co najmniej trzy kapilary (3) o różnych długościach i/lub o różnych średnicach. Na wale obrotowego elementu roboczego (7), pod pokrywą (2) zbiornika ciśnieniowego (1), jest osadzony kołowy okap (21) z łopatkami przymocowanymi do jego zewnętrznej powierzchni.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest reometr przeznaczony do wyznaczania właściwości teologicznych cieczy nienewtonowskich. zwłaszcza niestabilnych reologicznie (tiksotropowych i antytiksotropowych).

Do badania parametrów reologicznych cieczy nienewtonowskich stosuje się przede wszystkim dwa podstawowe typy reometrów - reometry rotacyjne i reometry kapilarne, przy czym do badania cieczy nienewtonowskich reologicznie niestabilnych stosuje się głównie reometry rotacyjne.

Znane są reometry kapilarne wyposażone w umieszczony w naczyniu termostatującym zbiornik ciśnieniowy z przelotowym otworem w dnie, w którym to otworze jest zamocowany wlot usytuowanej pionowo kapilary umieszczonej w obudowie i także termostatowanej. Reometr jest wyposażony także w zawór do zamykania wlotu kapilary. Zbiornik ciśnieniowy jest zamknięty od góry głowicą, w której znajduje się doprowadzenie badanej cieczy, doprowadzenie sprężonego gazu z układu ciśnieniowego połączonego ze zbiornikiem gazu oraz jest zamocowany koniec czujnika temperatury. Znane są reometry kapilarne wyposażone w dwie kapilary.

Znane reometry rotacyjne są wyposażone w usytuowany pionowo, cylindryczny zbiornik na badaną ciecz, wewnątrz którego jest umieszczony układ pomiarowy, który tworzą: dwa współosiowe cylindry lub stożek i płytka, bądź dwie równoległe płytki lub (jeden element układu pomiarowego obraca się, zaś drugi jest nieruchomy), lub jest to umieszczone współosiowo w zbiorniku mieszadło, na przykład ślimakowe lub wstęgowe. Obracający się dement układu pomiarowego jest osadzony na wale napędzanym silnikiem elektrycznym. Reometry zawierają ponadto blok urządzeń do pomiaru częstości obrotów oraz, miernik umożliwiający pomiar naprężeń na wale obracającego się elementu pomiarowego.

Reometry rotacyjne stwarzają możliwość uzyskiwania podczas badań szybko zmieniających się. różnych szybkości ścinania dzięki możliwości uzyskiwania szybkich zmian prędkości obrotowej organu roboczego, co wykorzystuje się podczas badania cieczy reologicznie niestabilnych. Istnieje jednak pewien problem, związany z określoną przez konstrukcję przyrządu dynamiką działania układu pomiarowego, a więc z rzetelnością pomiaru naprężeń w badanej cieczy, mierzonych podczas gwałtownie zmieniających się szybkości ścinania, co ma miejsce na skutek gwałtownych zmian prędkości obrotowych. Dynamika przyrządu sprawia, że wartości mierzone mogą się różnić od rzeczywiście istniejących w chwili pomiaru, ponieważ, prawidłowe wartości nie zdążą się jeszcze ustalić, a przyrząd już zaczyna pracować przy kolejnej prędkości obrotowej.

Reometr przeznaczony do wyznaczania właściwości reologicznych nienewtonowskich zwłaszcza niestabilnych reologicznie, wyposażony w usytuowany pionowo, umieszczony w otoczonym płaszczem naczyniu termostatującym zbiornik ciśnieniowy zamknięty od góry głowicą, w której znajduje się doprowadzenie badanej cieczy, doprowadzenie sprężonego azotu połączone, za pośrednictwem układu ciśnieniowego wyposażonego w urządzenie do pomiaru ciśnienia, ze zbiornikiem tego gazu oraz w której jest zamocowany koniec czujnika termometrycznego umieszczonego wewnątrz zbiornika ciśnieniowego, w dnie którego to zbiornika ciśnieniowego są przelotowe otwory, w których są zamocowane wloty usytuowanych pionowo, umieszczonych w metalowych oprawach i także termostatowanych kapilar zawierający nadto zaniknięcia wlotów kapilar, wyposażony także w obrotowy element roboczy w postaci mieszadła bądź układu wielotarczowego. osadzony na wale połączonym z silnikiem elektrycznym wyposażonym w zautomatyzowane urządzenie do jego sterowania i stabilizowania jego prędkości obrotowej, zawierające układ do pomiaru częstości obrotowej oraz układ do pomiaru naprężeń stycznych w badanej cieczy, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że obrotowy element roboczy reometru jest umieszczony wewnątrz zbiornika ciśnieniowego, w którego dnie są zamocowane wloty kapilar także usytuowanych wewnątrz otoczonego płaszczem naczynia termostatującego. Obrotowy element roboczy jest osadzony na usytuowanym pionowo, wydrążonym wewnątrz wale, którego jeden koniec jest ułożyskowany w wyposażonej w otwory pokrywie zbiornika ciśnieniowego oddzielającej zbiornik ciśnieniowy od głowicy reometru, zaś drugi koniec wału elementu roboczego jest usytuowany w pobliżu dna zbiornika ciśnieniowego. Pokrywa zbiornika ciśnieniowego jest połączona rozłącznie z tym zbiornikiem i z głowicą reometru. Wyloty kapilar znajdują się wewnątrz ich metalowych opraw, których dolne końce są umieszczone w wyposażonych w pierścienie uszczelniające tulejach prowadzących, zamocowanych w przelotowych otworach w dnie płaszcza termostatującego. Wloty kapilar są zamknięte elastycznymi korkami, przymocowanymi do perforowanego talerza usytuowanego wewnątrz zbiornika ciśnieniowego w pobliżu jego dna, sprzężonego, za pomocą trzpienia usytuowanego wewnątrz wału elementu roboczego i dociskanego sprężyną umieszczoną w nakrętce wkręconej w głowicę reometru, z dźwignią siłownika elektromagnetycznego złączonego z układem zasilającym wyposażonym w miernik czasu,

PL 229 693 B1 umieszczonego także wewnątrz głowicy reometru. Reometr zawiera co najmniej trzy kapilary o różnych długościach i/lub różnych średnicach. Nadto na wale obrotowego elementu roboczego, pod pokrywą zbiornika ciśnieniowego jest osadzony kołowy okap o średnicy rosnącej w kierunku dna zbiornika ciśnieniowego, z kołnierzem o średnicy zewnętrznej większej od średnicy obrotowego elementu roboczego, z przymocowanymi do jego zewnętrznej powierzchni, usytuowanymi pionowo łopatkami.

Reometr według wynalazku umożliwia przeprowadzenie pomiarów właściwości reologicznych cieczy nienewtonowskich reologicznie niestabilnych, ale również umożliwia prowadzenie pomiarów właściwości reologicznych cieczy nienewtonowskich stabilnych reologicznie zarówno metodą rotacyjną, jak i kapilarną.

Przeprowadzenie pomiarów właściwości reologicznych cieczy nienewtonowskich reologicznie niestabilnych jest możliwe dzięki jednoczesnemu wykorzystaniu w reometrze według wynalazku systemu pomiarowego rotacyjnego i systemu pomiarowego kapilarnego. Po osiągnięciu równowagowych wartości naprężeń stycznych (gdy dalsze zmiany naprężeń stycznych, obserwowanych przy tej szybkości ścinania już nie zachodzą) w cieczy badanej metodą rotacyjną w zbiorniku ciśnieniowym przy stałej prędkości obrotowej, a więc również przy stałej zastępczej szybkości ścinania cieczy badanej, istnieje możliwość dokonania jednoczesnego wielopunktowego pomiaru w systemie kapilarnym reometru. Pozwala to podczas badań cieczy reologicznie niestabilnych zastąpić wyniki pomiarów uzyskiwane za pomocą reometru rotacyjnego, pracującego przy zmienianych kolejno szybkościach ścinania, a także zwiększyć dokładność tych danych, ze względu na fakt wyeliminowania w pływ u dynamiki reometru rotacyjnego. Przeprowadzenie pomiarów właściwości reologicznych cieczy nienewtonowskich reologicznie stabilnych i niestabilnych metodą rotacyjną jest możliwe dzięki możliwości pomiaru naprężeń stycznych w badanej cieczy za pomocą układu do pomiaru tych naprężeń zawartego w zautomatyzowanym urządzeniu do sterowania silnikiem napędzającym obrotowy element roboczy, realizującym stabilizację zadanej prędkości obrotowej tego silnika poprzez sterowanie momentem wytwarzanym przez ten silnik, oraz dzięki możliwości określenia zastępczych szybkości ścinania panujących w zbiorniku ciśnieniowym z obrotowym elementem roboczym, przy określonej prędkości obrotowej.

Przeprowadzenie pomiarów właściwości reologicznych cieczy nienewtonowskich reologicznie stabilnych metodą kapilarną jest możliwe dzięki temu, iż reometr jest wyposażony w zestaw wymiennych kapilar o różnych średnicach i długościach, przez które przepływ badanej cieczy, powodowany ustalonym i mierzonym ciśnieniem w zbiorniku ciśnieniowym, odbywa się jednocześnie. Sprawia to, iż zarówno wartość naprężeń stycznych jak i szybkości ścinania jest określana wymiarami geometrycznymi kapilar (długością i średnicą) i wartością zastosowanego ciśnienia.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia reometr w przekroju wzdłużnym, zaś fig. 2 schemat reometru wraz z wyposażeniem.

Reometr jest wyposażony w usytuowany pionowo zbiornik ciśnieniowy 1, umieszczony wewnątrz otoczonego płaszczem 10 naczynia termostatującego. W głowicy 9 reometru, oddzielonej od zbiornika ciśnieniowego 1 pokrywą 2 tego zbiornika, znajduje się wlew badanej cieczy zamknięty korkiem 18, króciec 16 do doprowadzania sprężonego azotu ze zbiornika ciśnieniowego 23 tego gazu, za pośrednictwem układu ciśnieniowego 22 wyposażonego w układ pomiaru ciśnienia, i także jest zamocowany koniec, umieszczonego wewnątrz zbiornika ciśnieniowego 1, czujnika termometrycznego 17 wyprowadzeniem 20 do miernika temperatury. Pokrywa 2 zbiornika 1 jest wyposażona w otwory umożliwiające wyrównanie ciśnień wewnątrz głowicy 9 i w zbiorniku ciśnieniowym 1 i jest połączona rozłącznie z tym zbiornikiem i z głowicą 9. Wewnątrz zbiornika ciśnieniowego 1 współosiowo z nim jest umieszczony obrotowy element roboczy 7 reometru w postaci mieszadła ślimakowego, osadzony na wydrążonym wewnątrz wale połączonym z silnikiem elektrycznym 8 umieszczonym wewnątrz głowicy 9. Jeden koniec wału obrotowego elementu roboczego 7 jest ułożyskowany w pokrywie 2 zbiornika ciśnieniowego 1, zaś drugi jest usytuowany w pobliżu dna zbiornika ciśnieniowego 1. W dnie zbiornika ciśnieniowego 1 są przelotowe otwory, w których są zamocowane wloty kapilar 3, umieszczonych w metalowych oprawach, także usytuowanych wewnątrz otoczonego płaszczem 10 naczynia termostatującego. Wloty kapilar 3 zamocowane w dnie zbiornika ciśnieniowego 1 są zamknięte elastycznymi korkami przymocowanymi do perforowanego talerza 4 usytuowanego wewnątrz, zbiornika ciśnieniowego 1, w pobliżu jego dna i sprzężonego, za pomocą trzpienia 5 usytuowanego wewnątrz wału elementu roboczego i dociskanego sprężyną 27 umieszczoną w nakrętce wkręconej w głowicę 9 dźwignią siłownika elektromagnetycznego 6 umieszczonego także wewnątrz głowicy 9 i złączonego z układem zasilającym wyposażonym w miernik czasu. Wylot kapilar 3 znajdują się wewnątrz metalowych opraw, których dolne końce są umieszczone w wyposażonych w pierścienie uszczelniające tulejach prowadzących zamocowanych

PL 229 693 B1 w przelotowych otworach w dnie otoczonego płaszczem 10 naczynia termostatującego, Reometr zawiera co najmniej trzy kapilary 3 o różnej długości i średnicy. Reometr jest wyposażony w zautomatyzowane urządzenie do sterowania silnikiem elektrycznym 8 i stabilizowania jego prędkości obrotowej, zawierające układ do pomiaru częstości obrotowej oraz układ do pomiaru naprężeń stycznych w badanej cieczy. Na wale elementu roboczego 7 pod pokrywą 2 zbiornika ciśnieniowego 1 jest osadzony kołowy okap 21 o średnicy rosnącej w kierunku dna zbiornika ciśnieniowego 1. Okap 21 jest wyposażony w kołnierz o średnicy zewnętrznej większej od średnicy obrotowego elementu roboczego 7 oraz w przymocowane do jego zewnętrznej powierzchni, usytuowane pionowo łopatki. W głowicy 9 zbiornika ciśnieniowego 1 są także zamocowane wyprowadzenia elektryczne 11 silnika elektrycznego 8 i siłownika elektrycznego 6. W dnie otoczonego płaszczem 10 naczynia termostatującego znajdują się końcówki 15 do przyłączenia termostatu wodnego 26.

Silnik elektryczny 8 i siłownik elektryczny 6 są złączone z elektronicznymi układami sterującymi 24. Płaszcz 10 naczynia termostatującego oraz zbiornik ciśnieniowy 1 z głowicą 9 są przymocowane do pionowych ramion 12 statywu 19, do którego jest także przymocowana pólka 14, na której są ustawione pojemniki 13 na próbki badanej cieczy, ustawione pod dolnymi końcami metalowych opraw kapilar 3, zamocowanymi w dnie otoczonego płaszczem 10 naczynia termostatującego.

Po zamknięciu wlotów kapilar 3 umieszczonych w dnie tego zbiornika ciśnieniowego 1 poprzez opuszczenie, przy użyciu siłownika elektromagnetycznego 6, talerza 4 z korkami, którego trzpień jest dociskany sprężyna 27, napełnia się zbiornik ciśnieniowy 1 badaną cieczą i po uzyskaniu założonej temperatury badanej cieczy, mierzonej za pomocą czujnika termometrycznego 17, włącza się silnik elektryczny 8 napędzający organ roboczy 7. Równocześnie z silnikiem 8 włącza się zautomatyzowane urządzenie do sterowania silnikiem elektrycznym 8 i stabilizowania jego prędkości obrotowej. Po ustaleniu się momentu elektromagnetycznego wytwarzanego przez silnik elektryczny 8, co jest jednoznaczne z ustaleniem się równowagowej wartości naprężeń stycznych w badanej cieczy, do zbiornika 1 doprowadza się sprężony azot o znanym ciśnieniu i otwiera wloty kapilar 3 umieszczone w dnie zbiornika 1 poprzez uniesienie, przy użyciu siłownika elektromagnetycznego 6. talerza 4 z korkami. Za pomocą sprężonego azotu doprowadzonego do zbiornika 1 badana ciecz jest przetłaczana przez kapilary 3 do pojemników 13 ustawionych pod wylotami opraw kapilar 3 umieszczonych w tulejach prowadzących zamocowanych w dnie naczynia termostatującego. Znając czas wypływu badanej cieczy z kapilar 3. ciśnienie azotu przetłaczającego badaną ciecz oraz mierzoną na precyzyjnej wadze 25 masę cieczy, która w zmierzonym czasie wypłynęła z każdej z kapilar 3 o znanej średnicy i długości, dla danej prędkości obrotowej elementu roboczego 7, określa się, za pomocą znanych zależności, wartości parametrów reologicznych badanej cieczy przy różny eh wartościach szybkości ścinania uzależnionych od długości i średniej kapilar 3. Po ponownym uruchomieniu organu roboczego 7 z inną prędkością obrotową i ustaleniu się kolejnej wartości naprężeń stycznych, określa się metodą kapilarną wartości parametrów reologicznych badanej cieczy przy innej szybkości ścinania, właściwej dla tej innej prędkości obrotowej organu roboczego 7. Rejestrowanie wartości naprężeń stycznych w badanej cieczy przed osiągnięciem wartości ustalonej pozwala na wyznaczenie parametrów krzywej kinetycznej zmian tych naprężeń w czasie. Okap 21 reometru zapobiega przedostawaniu się badanej cieczy do systemu ułoży skowania wału organu roboczego 7 reometru, a jednocześnie zapewnia łagodny spływ cieczy, nalewanej przez wlot 18, do zbiornika ciśnieniowego 1 reometru. Jeśli przy nalewaniu badanej cieczy organ roboczy 7 oraz okap 21 wykonują ruch obrotowy z niewielką prędkością, łopatki okapu 21 powodują odrzucanie cieczy w kierunku ścianek zbiornika 1.

W przypadku użycia reometru do badania cieczy reologicznie stabilnych reometr stosu je się jako wielopunktowy reometr kapilarny lub jako reometr rotacyjny.

Claims (1)

1. Reometr przeznaczony do wyznaczania właściwości reologicznych cieczy nienewtonowskich, zwłaszcza niestabilnych reologicznie, wyposażony w usytuowany pionowo, umieszczony w otoczonym płaszczem naczyniu termostatującym zbiornik ciśnieniowy zamknięty od góry głowicą, w której znajduje się doprowadzenie badanej cieczy, doprowadzenie sprężonego azotu połączone, za pośrednictwem układu ciśnieniowego wyposażonego w urządzenie do pomiaru ciśnienia, ze zbiornikiem tego gazu oraz w której jest zamocowany koniec czujnika termometrycznego umieszczonego wewnątrz zbiornika ciśnieniowego, w dnie którego

PL 229 693 B1 to zbiornika ciśnieniowego są przelotowe otwory, w których są zamocowane wloty usytuowanych pionowo, umieszczonych w metalowych oprawach i także termostatowanych kapilar, zawierający nadto zamknięcia wlotów kapilar, wyposażone także w obrotowy element roboczy w postaci mieszadła bądź układu wielotarczowego, osadzony na wale połączonym z silnikiem elektrycznym wyposażonym w zautomatyzowane urządzenie do jego sterowania i stabilizowania jego prędkości obrotowej, zawierające układ do pomiaru częstości obrotowej oraz układ do pomiaru naprężeń stycznych w badanej cieczy, znamienny tym, że obrotowy element roboczy (7) reometru jest umieszczony wewnątrz zbiornika ciśnieniowego (1), w którego dnie są zamocowane wloty kapilar (3) także usytuowanych wewnątrz otoczonego płaszczem 10 naczynia termostatującego i jest osadzony na wydrążonym wewnątrz wale, którego jeden koniec jest ułożyskowany w wyposażonej w otwory pokrywie (2) zbiornika ciśnieniowego (1), połączonej rozłącznie z tym zbiornikiem i z głowicą (9) reometru, oddzielającej zbiornik ciśnieniowy (1) od tej głowicy, zaś drugi koniec wału elementu roboczego (7) jest usytuowany) w pobliżu dna zbiornika ciśnieniowego (1), natomiast wyloty kapilar (3) znajdują się wewnątrz ich metalowych opraw, których dolne końce są umieszczone w wyposażonych w pierścienie uszczelniające tulejach prowadzących zamocowanych w przelotowych otworach w dnie otoczonego płaszczem 10 naczynia termostatującego, a wyloty kapilar (3) są zamknięte elastycznymi korkami, przymocowanymi do perforowanego talerza (4) usytuowanego wewnątrz zbiornika ciśnieniowego (1) w pobliżu jego dna sprzężonego, za pomocą trzpienia (5) usytuowanego wewnątrz wału elementu roboczego (7) i dociskanego sprężyną (27) umieszczoną w nakrętce wkręconej w głowicę (9) reometru, z dźwignią siłownika elektromagnetycznego (6) złączonego z układem zasilającym wyposażonym w miernik czasu, umieszczonego także wewnątrz głowicy (9) reometru, przy czym reometr zawiera co najmniej trzy kapilary (3) o różnych długościach i lub o różnych średnicach, nadto na wale obrotowego elementu roboczego (7), pod pokrywą (2) zbiornika ciśnieniowego (11), jest osadzony kołowy okap (21) o średniej rosnącej w kierunku dna zbiornika ciśnieniowego 1, z kołnierzem o średnicy zewnętrznej większej od średnicy obrotowego elementu roboczego (7), z przymocowanymi do jego zewnętrznej powierzchni, usytuowanymi pionowa łopatkami.