RU2051372C1

RU2051372C1 - Method of measurement of viscosity of liquid

Info

Publication number: RU2051372C1
Authority: RU
Inventors: А.М. Онищенко
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью "Ди Си Ди"
Priority date: 1992-09-29
Filing date: 1992-09-29
Publication date: 1995-12-27

Abstract

FIELD: automatic viscosity control of liquid media. SUBSTANCE: method consists in pumping of liquid through volume where working medium is anchored on restoring suspension, in measurement of deformation of suspension emerging with movement of liquid and in determination of value of liquid viscosity by measured value. Ball is used as working medium and restoring suspension is manufactured in the form of loop from conductive rubber placed into insulation elastic shell. Deformation of suspension is found by change of resistance of conductive rubber. EFFECT: improved authenticity of method. 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения динамической вязкости жидкости, например, агрессивных, диэлектрических, электропроводных, ядовитых и других жидкостей. The invention relates to measuring technique and can be used to measure the dynamic viscosity of a liquid, for example, aggressive, dielectric, conductive, toxic and other liquids.

Известен способ измерения вязкости жидкости, включающий подачу жидкости с постоянным напором в капилляр, измерение перепада давления на входе и выходе капилляра и определение вязкости жидкости по величине перепада давлений, в котором для повышения точности путем увеличения чувствительности к изменению вязкости ньютоновских маловязких жидкостей последовательно с капилляром устанавливают эжектор [1]
Недостатком известного способа является низкая точность измерения вязкости жидких сред.A known method of measuring the viscosity of a liquid, including supplying a constant-pressure fluid to the capillary, measuring the pressure drop at the inlet and outlet of the capillary and determining the fluid viscosity by the pressure drop, in which, to increase the sensitivity by increasing the sensitivity to viscosity changes of Newtonian low-viscosity fluids, is installed in series with the capillary ejector [1]
The disadvantage of this method is the low accuracy of measuring the viscosity of liquid media.

Известен вискозиметр для непрерывного измерения вязкости движущейся жидкости с подвешенной на упругой нити пластиной и зеркалом, в котором для повышения точности сосуд (труба) с подвешенными на упругой нити пластиной и зеркалом при помощи ответвляющихся трубок соединен с трубопроводом испытываемой жидкости, а пластина закреплена на упругой нити, заключена в коробке, через которую протекает испытываемая жидкость, силой вязкости которой она поворачивается на определенный угол, скручивая нить и поворачивая закрепленное на ней зеркало, световой луч от которого на градуировочной шкале показывает вязкость жидкости [2]
Недостатками известного способа, реализованном в известном устройстве, являются низкая точность измерения вязкости из-за малой чувствительности и низкая надежность работы по внезапным отказам из-за высокой сложности его реализации.A viscometer is known for continuously measuring the viscosity of a moving fluid with a plate and a mirror suspended on an elastic thread, in which, to increase accuracy, a vessel (pipe) with a plate and a mirror suspended on an elastic thread is connected to the test fluid pipe using branch tubes, and the plate is mounted on an elastic thread , is enclosed in a box through which the test fluid flows, the force of viscosity of which it rotates by a certain angle, twisting the thread and turning the mirror attached to it, with etovoy beam from which a calibration scale on the liquid shows a viscosity [2]
The disadvantages of the known method implemented in the known device are the low accuracy of measuring viscosity due to low sensitivity and low reliability of sudden failures due to the high complexity of its implementation.

Цель изобретения повышение точности измерения вязкости за счет увеличения чувствительности при одновременном повышении надежности работы по внезапным отказам за счет упрощения. The purpose of the invention is to increase the accuracy of measuring viscosity by increasing sensitivity while increasing the reliability of sudden failures due to simplification.

Цель достигается тем, что в способе измерения вязкости жидкости, включающем прокачивание жидкости через объем, в котором закреплено на упругом подвесе рабочее тело, измерение деформации подвеса, возникающей при движении жидкости, и определение по измеренной величине вязкости жидкости, в качестве рабочего тела используют шарик, упругий подвес выполнен в виде петли из электропроводной резины, заключенной в изоляционную эластичную оболочку, а деформацию подвеса определяют по изменению электрического сопротивления электропроводной резины. The goal is achieved by the fact that in the method for measuring the viscosity of a fluid, including pumping a fluid through a volume in which a working fluid is mounted on an elastic suspension, measuring a suspension deformation that occurs when the fluid moves, and determining from the measured fluid viscosity, a ball is used as a working fluid, the elastic suspension is made in the form of a loop of conductive rubber enclosed in an insulating elastic shell, and the deformation of the suspension is determined by the change in electrical resistance of the conductive rubber s.

На чертеже показано устройство для реализации способа измерения вязкости жидкости. The drawing shows a device for implementing a method for measuring the viscosity of a liquid.

Устройство для измерения динамической вязкости жидкости содержит трубу 1, через которую с постоянной скоростью прокачивают жидкость 2, т.е. с постоянным объемным расходом. В трубе 1 на нити 3 из электропроводной резины подвешен шарик 4. Нить 3 состоит из сложенных вдвое жил 5 и 6 из электропроводной резины, которые помещены в изоляционную оболочку 7 из эластичного упругого материала, например из резины или латекса. Между жилами 5 и 6 находится изолирующая прокладка 8, также из эластичного упругого материала. Торец 9 жил 5 и 6 изолирован от шарика 4, например, с помощью прокладки 10. Концы жил 5 и 6 проводниками 11 и 12 соединены со входами омметра 13. A device for measuring the dynamic viscosity of a liquid comprises a pipe 1 through which liquid 2 is pumped at a constant speed, i.e. with constant volume flow. In the pipe 1, a ball 4 is suspended on a thread 3 of conductive rubber 4. Thread 3 consists of double-strand cores 5 and 6 of conductive rubber, which are placed in an insulating sheath 7 of elastic material, for example, rubber or latex. Between the cores 5 and 6 is an insulating strip 8, also of elastic elastic material. The end face 9 lived 5 and 6 is isolated from the ball 4, for example, by laying 10. The ends of the wires 5 and 6 by conductors 11 and 12 are connected to the inputs of the ohmmeter 13.

Способ измерения вязкости жидкости заключается в перемещении в жидкости шарика со скоростью ν, или, что то же самое, перемещении жидкости относительно шарика с постоянной скоростью ν. При движении шарика в жидкости на него действует сила трения F_тр, величина которой прямо пропорциональная динамической вязкости жидкости η, радиусу шарика r и скорости шарика относительно жидкости ν и равна
F_тр 6πηrV (1)
Сила трения F_тр, действующая на шарик, растягивает подвес, т.е. нить 3, на которой подвешен шарик. Нить 3 из эластичного упругого материала работает в пределах упругих деформаций, при которых в любой момент времени объем нити остается постоянным. Поэтому при увеличении длины нити в 2 раза от l до 2l поперечное сечение нити уменьшается также в 2 раза от S до S/2, чтобы объем нити V lS остался постоянным. Известно, что сопротивление любого проводника прямо пропорционально его удельному сопротивлению ρ и длине l, обратно пpопорционально поперечному сечению S и равно
R ρl/S (2)
Поэтому с увеличением динамической вязкости жидкости согласно (1) увеличивается действующая на шарик сила трения F_тр, что приводит к увеличению длины нити пропорционально действующей на нее через шарик силы F_тр. Сила трения, действующая на шарик, уравновешивается силой натяжения нити, которая в соответствии с законом Гука равна
F_н K Δl, (3) где К жесткость нити. Δl удлинение нити.A method for measuring fluid viscosity is to move a ball in a fluid at a speed ν, or, equivalently, move a fluid relative to a ball at a constant speed ν. When a ball moves in a fluid, a friction force F _Tr acts on it, the value of which is directly proportional to the dynamic viscosity of the fluid η, the radius of the ball r and the ball velocity relative to the fluid ν and is equal to
F _Tr 6πηrV (1)
The friction force F _Tr acting on the ball stretches the suspension, i.e. thread 3 on which the ball is suspended. The thread 3 of elastic elastic material operates within elastic deformations, at which the volume of the thread remains constant at any time. Therefore, with a 2-fold increase in the length of the thread from l to 2l, the cross-section of the thread also decreases by a factor of 2 from S to S / 2, so that the volume of the thread V lS remains constant. It is known that the resistance of any conductor is directly proportional to its specific resistance ρ and length l, inversely proportional to the cross section S and is equal to
R ρl / S (2)
Therefore, with an increase in the dynamic viscosity of the liquid according to (1), the friction force F _Tr acting on the ball increases, which leads to an increase in the length of the thread in proportion to the force F _Tr acting on it through the ball. The friction force acting on the ball is balanced by the force of tension of the thread, which in accordance with Hooke’s law is
F _n K Δl, (3) where K is the stiffness of the thread. Δl thread extension.

При равенстве сил F_тр F_н шарик пребывает в равновесии в жидкости. Чем больше сила трения F_тр, тем в большей степени удлиняется нить и тем большим становится сопротивление нити R.With the equality of forces F _Tr F _{n the} ball is in equilibrium in a liquid. The greater the friction force F _Tr , the more the thread lengthens and the greater the resistance of the thread R.

Величина сопротивления нити R является мерой динамической вязкости жидкости η. При увеличении динамической вязкости жидкости η по линейному закону согласно формуле (1) увеличивается действующая на шарик сила F_тр, а в соответствии с законом Гука с ростом силы F_н F_тр согласно формуле (3) по линейному закону увеличивается длина нити. При увеличении длины нити в n раз от l до nl для сохранения постоянства объема V const в те же n раз уменьшается поперечное сечение нити S от S до S/n. Поэтому согласно формуле (2) в n² раз увеличивается сопротивление нити R. Таким образом, сопротивление нити растет квадратично с увеличением вязкости жидкости η, т.е. с ростом вязкости жидкости в 2 раза сопротивление увеличивается в 4 раза, с ростом вязкости в 3 раза сопротивление нити увеличивается в 9 раз, а в общем случае при увеличении динамической вязкости жидкости в n раз сопротивление нити увеличивается в n² раз. Поэтому предлагаемое устройство при градуировке приводят в однозначное соответствие путем построения квадратичной шкалы для омметра 13, измеряющего сопротивление R нити.The resistance value of the thread R is a measure of the dynamic viscosity of the fluid η. With an increase in the dynamic viscosity of the fluid η according to the linear law according to formula (1), the force F _Tr acting on the ball increases, and in accordance with Hooke’s law, as the force F _n F _Tr increases, according to formula (3), the length of the thread increases. When the length of the thread is increased n times from l to nl, in order to maintain the volume constant V const, the cross section of the thread S from S to S / n decreases the same n times. Therefore, according to formula (2), the resistance of the filament R. increases n ² times. Thus, the resistance of the filament increases quadratically with increasing fluid viscosity η, i.e. with an increase in the viscosity of the liquid by a factor of 2, the resistance increases by a factor of 4, with an increase in viscosity by a factor of 3, the resistance of the thread increases by a factor of 9, and in general, when the dynamic viscosity of the fluid increases by a factor of n, the resistance of the thread increases by a factor of ² . Therefore, the proposed device during calibration is brought into unambiguous correspondence by constructing a quadratic scale for the ohmmeter 13, which measures the resistance R of the thread.

Последовательность операций по измерению динамической вязкости жидкости сводится к следующему. The sequence of operations for measuring the dynamic viscosity of a fluid is as follows.

Перемещают подвешенный на нити из электропроводной резины шарик в жидкости с постоянной скоростью ν, или перемещают жидкость относительно шарика с той же постоянной скоростью ν, измеряют сопротивление нити, на которой подвешен шарик, по величине сопротивления R нити определяют динамическую вязкость жидкости. A ball suspended in a thread from electrically conductive rubber is moved into a fluid with a constant speed ν, or the fluid is moved relative to the ball with the same constant velocity ν, the resistance of the thread on which the ball is suspended is measured, and the dynamic viscosity of the fluid is determined by the resistance value R of the thread.

Таким образом, в предлагаемом способе в n раз увеличена чувствительность к вязкости по сравнению с известными вискозиметрами, у которых в лучшем случае сигнал изменяется линейно с увеличением вязкости. За счет n-кратного увеличения чувствительности к вязкости ровно в n раз при прочих равных условиях увеличивается точность измерения вязкости. Это главное преимущество предлагаемого способа по сравнению с известными. Предлагаемый способ характеризуется простотой реализации. Здесь не используются сложные и дорогие механизмы для преобразования вязкости в электрический сигнал, не применяются сложные и дорогие приборы типа дифманометров или специальные установки для периодических подъемов шарика и блоков для определения времени падения шарика в жидкости с заданной высоты и так далее. За счет простоты в способе увеличена надежность работы по внезапным отказам. Увеличение точности при одновременном упрощении подтверждает, что в способе преодолено техническое противоречие. Thus, in the proposed method, the sensitivity to viscosity is n times increased in comparison with known viscometers, in which, in the best case, the signal changes linearly with increasing viscosity. Due to an n-fold increase in viscosity sensitivity, exactly n times, all other things being equal, the accuracy of measuring viscosity increases. This is the main advantage of the proposed method in comparison with the known. The proposed method is characterized by ease of implementation. It does not use complicated and expensive mechanisms for converting viscosity into an electrical signal, it does not use complex and expensive devices such as differential pressure gauges or special installations for periodic ball and block lifts to determine the time the ball falls in a liquid from a given height and so on. Due to the simplicity of the method, the reliability of sudden failure is increased. The increase in accuracy while simplifying confirms that the technical contradiction is overcome in the method.

Claims

METHOD FOR MEASURING VISCOSITY OF A LIQUID, including pumping a fluid through a volume in which a working fluid is mounted on an elastic suspension, measuring a suspension deformation that occurs when the fluid moves, and determining from a measured value of a fluid viscosity, characterized in that a ball, an elastic suspension are used as a working fluid made in the form of a loop of conductive rubber enclosed in an insulating elastic shell, and the deformation of the suspension is determined by the change in electrical resistance of the conductive rubber.