RU2056626C1

RU2056626C1 - Rotary viscometer

Info

Publication number: RU2056626C1
Authority: RU
Inventors: Н.И. Клочков; В.А. Николаев; Е.Г. Осипов; А.В. Пальчиков; А.Ф. Поезжаев; К.Н. Чепурин
Original assignee: Акционерное общество СПКБ "Промавтоматика"
Priority date: 1992-07-07
Filing date: 1992-07-07
Publication date: 1996-03-20

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: rotary viscometer has case with two coaxial cylinders placed into it. Outer cylinder is coupled to rotation drive, inner cylinder is connected to measurement unit by means of torsion bar spring. Torsion bar spring is manufactured in the form of squirrel cage with bars of angular profile facing axis of torsion bar spring with their vertexes. Third cylinder made in the form of sleeve with bottom facing upwards and made fast to outer coaxial cylinder can be placed inside coaxial cylinder in addition. Diameters of cylinders provide for similar rate of displacement of examined liquid in both clearances between cylinders. EFFECT: enhanced authenticity of measurements. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к приборам для измерения кинематической вязкости и напряжения сдвига ньютоновских и неньютоновских жидкостей. The invention relates to devices for measuring kinematic viscosity and shear stress of Newtonian and non-Newtonian fluids.

Известен ротационный вискозимер, содержащий корпус с расположенными в нем двумя коаксиальными цилиндрами, причем внешний соединен с приводом вращения, а внутренний посредством торсиона с измерительным блоком. Known rotational viscometer, comprising a housing with two coaxial cylinders located in it, the external connected to the rotation drive, and the internal through a torsion bar with a measuring unit.

Известный вискозиметр обладает ограниченным диапазоном измерения из-за недостаточной жесткости крестообразного торсиона к осевым и изгибающим усилиям, недостаточной точностью измерений из-за нестабильности упругих свойств торсиона, большим объемом пробы исследуемой жидкости, что существенно при исследовании биологических жидкостей. The known viscometer has a limited measurement range due to the insufficient rigidity of the cruciform torsion to axial and bending forces, insufficient measurement accuracy due to the instability of the elastic properties of the torsion bar, and a large sample volume of the studied fluid, which is essential when studying biological fluids.

Технической задачей изобретения является расширение диапазона и повышение точности измерений. An object of the invention is to expand the range and improve the accuracy of measurements.

Поставленная задача достигается тем, что в ротационном вискозиметре, содержащем корпус с расположенными в нем двумя коаксиальными цилиндрами, из которых внешний соединен с приводом вращения, а внутренний посредством торсиона с измерительным блоком, дополнительно содержится стержень, проходящий по оси торсиона и жестко соединенный с одной стороны с внутренним цилиндром, а с другой стороны посредством рычага с введенным в блок измерения тензометрическим элементом, причем торсион выполнен в виде "беличьего колеса" со стержнями углового профиля, обращенными вершинами к оси торсиона. The task is achieved in that in a rotational viscometer containing a housing with two coaxial cylinders located in it, of which the external is connected to the rotation drive, and the internal by means of a torsion bar with a measuring unit, additionally contains a rod passing along the torsion axis and rigidly connected on one side with an inner cylinder, and on the other hand, by means of a lever with a strain gauge element inserted into the measuring unit, the torsion bar being made in the form of a “squirrel wheel” with angular pins profile, with vertices facing the torsion axis.

Такое выполнение торсиона в несколько раз (около четырех) увеличивает момент сопротивления изгибу и повышает его устойчивость в тех же габаритах при сохранении номинальной жесткости при кручении. Это позволяет расширить диапазон измерения более чем в 10 раз и повысить не менее чем в 2 раза точность измерений. This embodiment of the torsion bar several times (about four) increases the moment of resistance to bending and increases its stability in the same dimensions while maintaining the nominal torsional rigidity. This allows you to expand the measurement range by more than 10 times and increase the measurement accuracy by at least 2 times.

От прототипа заявленное техническое решение отличается тем, что вискозиметр дополнительно содержит стержень, проходящий по оси торсиона и жестко соединенный с одной стороны с внутренним коаксиальным цилиндром, а с другой стороны посредством рычага с введенным в блок измерения тензометрическим элементом, причем торсион выполнен в виде "беличьего колеса" со стержнями углового профиля, обращенными вершинами к оси торсиона. The claimed technical solution differs from the prototype in that the viscometer further comprises a rod extending along the torsion axis and rigidly connected on one side to the internal coaxial cylinder and, on the other hand, by means of a lever with a strain gauge element inserted into the measuring unit, the torsion being made in the form of “squirrel” wheels "with rods of an angular profile facing the vertices to the axis of the torsion bar.

Другой целью изобретения является минимизация объема пробы исследуемой жидкости и упрощение обработки результатов измерений. Another objective of the invention is to minimize the sample volume of the test fluid and simplify the processing of measurement results.

Указанная цель достигается тем, что в ротационном вискозиметре дополнительно внутри внутреннего коаксиального цилиндра расположен третий цилиндр, выполненный в виде стакана, обращенного днищем вверх, и жестко соединенный с внешним коаксиальным цилиндром, причем диаметры цилиндров обеспечивают одинаковую скорость сдвига исследуемой жидкости в обоих зазорах между цилиндрами. This goal is achieved by the fact that in the rotational viscometer additionally inside the inner coaxial cylinder there is a third cylinder, made in the form of a cup facing the bottom up and rigidly connected to the external coaxial cylinder, and the cylinder diameters provide the same shear rate of the test fluid in both gaps between the cylinders.

При таком выполнении цилиндров почти в два раза увеличивается активная поверхность измерительного цилиндра и весь объем исследуемой жидкости участвует в процессе измерения, что позволяет свести его к минимуму. Кроме того, диаметры цилиндров обеспечивают одинаковую скорость сдвига исследуемой жидкости в обоих зазорах между цилиндрами и измерения можно производить, не прибегая к сложным расчетам. With this arrangement of cylinders, the active surface of the measuring cylinder almost doubles and the entire volume of the liquid under investigation is involved in the measurement process, which allows it to be minimized. In addition, the cylinder diameters provide the same shear rate of the test fluid in both gaps between the cylinders and measurements can be made without resorting to complex calculations.

Еще одной целью изобpетения является температурная стабилизация исследуемой жидкости, что особо существенно для биологических жидкостей. Another objective of the invention is the temperature stabilization of the test fluid, which is especially important for biological fluids.

Эта цель достигается тем, что в вискозиметре цилиндры помещены в контейнер для термостатирующей жидкости, причем в днище контейнера выполнен патрубок для подвода жидкости, снабженный распылителем и подведенный к днищу введенного цилиндра, а в верхней части контейнера выполнен патрубок отвода термостатирующей жидкости. Термостатирующая жидкость при этом омывает зону размещения исследуемой жидкости со всех сторон и надежно стабилизирует температуру во время исследований, что существенно влияет на достоверность измерений. This goal is achieved by the fact that in the viscometer the cylinders are placed in a container for thermostatic fluid, and in the bottom of the container there is a pipe for supplying fluid, equipped with a sprayer and connected to the bottom of the introduced cylinder, and in the upper part of the container there is a pipe for draining the thermostatic fluid. The thermostatic fluid at the same time washes the area of the test fluid from all sides and reliably stabilizes the temperature during the study, which significantly affects the reliability of the measurements.

На фиг. 1 изображен вискозиметр, продольный разрез; на фиг. 2 он же в плане; на фиг. 3 торсиона; на фиг. 4 его поперечный разрез. In FIG. 1 shows a viscometer, a longitudinal section; in FIG. 2 he is in the plan; in FIG. 3 torsion bars; in FIG. 4 its cross section.

Ротационный вискозиметр (фиг. 1) содержит корпус 1 с расположенными в нем двумя коаксиальными цилиндрами 2 и 3. Внешний цилиндр 2 установлен в подшипниках 4 и соединен с приводом вращения (электродвигателем) 5 шестеренчатой передачей 6. Внутренний цилиндр 3 соединен торсионом 7 с измерительным блоком. Торсион 7 выполнен в виде "беличьего колеса" со стержнями 8 углового профиля, обращенными вершинами к оси торсиона 7. По оси торсиона проходит стержень 9, жестко соединенный с одной стороны с внутренним коаксиальным цилиндром 3, а с другой стороны с рычагом 10 (фиг. 2) и тензометрическим элементом 11 измерительного блока 12. Внутри внутреннего цилиндра 4 расположен цилиндр 13, выполненный в виде стакана, обращенного днищем вверх, и жестко соединенный с цилиндром 2, причем диаметры цилиндров 2, 3 и 13 обеспечивают одинаковую скорость сдвига исследуемой жидкости в обоих зазорах между цилиндрами. Цилиндры 2, 3 и 13 помещены в контейнер 14 для термостатирующей жидкости. В днище контейнера выполнен патрубок 15 для подвода жидкости, снабженный распылителем 16 и подведенный к днищу цилиндра 13. В верхней части контейнера 14 выполнен патрубок 17 для отвода термостатирующей жидкости. The rotational viscometer (Fig. 1) contains a housing 1 with two coaxial cylinders 2 and 3 located in it. The outer cylinder 2 is mounted in bearings 4 and is connected to the rotation drive (electric motor) 5 by gear 6. The inner cylinder 3 is connected by a torsion 7 to the measuring unit . The torsion bar 7 is made in the form of a "squirrel wheel" with rods 8 of an angular profile facing the vertices to the axis of the torsion 7. A rod 9 passes along the axis of the torsion bar, which is rigidly connected on one side to the inner coaxial cylinder 3 and, on the other hand, to the lever 10 (Fig. 2) and a strain gauge element 11 of the measuring unit 12. Inside the inner cylinder 4 is a cylinder 13 made in the form of a cup facing the bottom up and rigidly connected to the cylinder 2, and the diameters of the cylinders 2, 3 and 13 provide the same shear rate of the investigated Liquids in both gaps between cylinders. Cylinders 2, 3 and 13 are placed in a container 14 for thermostatic fluid. At the bottom of the container, a nozzle 15 for supplying liquid is provided, equipped with a sprayer 16 and connected to the bottom of the cylinder 13. At the top of the container 14, a nozzle 17 is made for draining the thermostatic liquid.

Вискозиметр работает следующим образом. The viscometer operates as follows.

Исследуемую жидкость помещают в зазор между внутренней поверхностью цилиндра 2 и цилиндром 13, устанавливают контейнер 14 и подключают подачу термостатирующей жидкости, цилиндр 2 приводят во вращение. Исследуемая жидкость при этом в условиях тангенциального сдвига в однородном поле напряжений в двух зазорах между цилиндрами 2, 3 и 13. Цилиндр 3 передает крутящий момент от сил внутреннего трения (вязкости) через стержень 9 и рычаг 10 на тензометрический элемент 11. Жесткость при кручении торсиона 7 достаточно мала и не оказывает влияния на результаты измерений, к тому же и угол закручивания весьма мал благодаря использованию тензометрического элемента. Значение вязкости исследуемой жидкости индицируется на цифровом табло вискозиметра. The test liquid is placed in the gap between the inner surface of the cylinder 2 and the cylinder 13, the container 14 is installed and the flow of thermostatic liquid is connected, the cylinder 2 is rotated. In this case, the studied fluid under conditions of a tangential shift in a uniform stress field in two gaps between cylinders 2, 3 and 13. Cylinder 3 transmits torque from internal friction (viscosity) through rod 9 and lever 10 to tensometric element 11. Torsion torsion rigidity 7 is quite small and does not affect the measurement results, in addition, the twist angle is very small due to the use of a tensometric element. The viscosity value of the test fluid is displayed on a digital viscometer display.

Предложенное техническое решение позволяет при измерении вязкости расширить диапазон и повысить точность измерения вискозиметра, минимизировать объем исследуемой жидкости, стабилизировать температуру исследуемой жидкости, упростить обработку результатов измерений. The proposed technical solution allows, when measuring viscosity, to expand the range and increase the accuracy of measuring a viscometer, minimize the volume of the test fluid, stabilize the temperature of the test fluid, and simplify the processing of measurement results.

Claims

1. ROTARY VISCOSYMETER, comprising a housing with two coaxial cylinders located in it, the external connected to the rotation drive, the internal via a torsion bar with a measuring unit, characterized in that it further comprises a rod passing along the torsion axis and rigidly connected on one side to an internal coaxial cylinder, and on the other hand by means of a lever, with a strain gauge element additionally inserted into the measuring unit, the torsion bar being made in the form of a squirrel wheel with rods angularly profile with the vertices facing the torsion axis.

2. The viscometer according to claim 1, characterized in that in addition to the inner coaxial cylinder there is a third cylinder made in the form of a cup facing the bottom up and rigidly connected to the external coaxial cylinder, the cylinder diameters providing the same shear rate of the test fluid in both gaps between cylinders.

3. The viscometer according to claim 2, characterized in that the cylinders are placed in a container for thermostatic liquid, and in the bottom of the korteiner there is a liquid supply pipe equipped with a spray gun and connected to the bottom of the additionally introduced cylinder, and a pipe for thermostatic liquid discharge is made in the upper part of the container.