RU2080584C1 - Method of liquid viscosity measurement - Google Patents

Method of liquid viscosity measurement Download PDF

Info

Publication number
RU2080584C1
RU2080584C1 RU94009397A RU94009397A RU2080584C1 RU 2080584 C1 RU2080584 C1 RU 2080584C1 RU 94009397 A RU94009397 A RU 94009397A RU 94009397 A RU94009397 A RU 94009397A RU 2080584 C1 RU2080584 C1 RU 2080584C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
probe
time
acceleration
ascent
viscosity
Prior art date
Application number
RU94009397A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU94009397A (en
Inventor
В.П. Подживотов
М.Л. Грузнов
Е.Л. Грузнов
Л.П. Грузнов
Original Assignee
Ивановский Инженерно-Строительный Институт
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 Ивановский Инженерно-Строительный Институт filed Critical Ивановский Инженерно-Строительный Институт
Priority to RU94009397A priority Critical patent/RU2080584C1/en
Publication of RU94009397A publication Critical patent/RU94009397A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2080584C1 publication Critical patent/RU2080584C1/en

Links

Landscapes

  • Complex Calculations (AREA)

Abstract

FIELD: liquid viscosity measurement. SUBSTANCE: the method consists in acceleration of a ball probe in liquid under test to the predetermined speed, its free emersion in liquid under its own momentum, measurement at definite time moments of the value of coordinate, or speed, or acceleration, calculation of decelerated motion exponent time constant T and determination of viscosity by calculation. EFFECT: facilitated procedure. 1 dwg

Description

Изобретение относится к способам измерения физико-химических характеристик жидких сред, в частности их вязкости. The invention relates to methods for measuring the physicochemical characteristics of liquid media, in particular their viscosity.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения вязкости жидкости, включающий погружение шарового зонда радиусом R и плотностью ρ в жидкости с начальной скоростью V0, измерение скорости равномерного перемещения зонда Vр и определение вязкости. Измеряют на участке ускоренного движения зонда в момент времени t координату L, или скорость V, или ускорение dv/dt, определяют постоянную времени ускоренного движения T как решение соответствующего уравнения из следующих трех:
L Vр•t T•(Vр V0)•(1 - e-t/T);
V Vр (Vр V0)•e-t/T;

Figure 00000002

и определяют вязкость η по соотношению
Figure 00000003

Однако недостатком известного способа является снижение точности измерения при больших скоростях движения зонда, при которых закон Стокса перестает выполняться.Closest to the proposed is a method for measuring the viscosity of a liquid, including immersing a ball probe of radius R and density ρ in a liquid with an initial speed V 0 , measuring the speed of uniform movement of the probe V p and determining the viscosity. The coordinate L, or velocity V, or acceleration dv / dt is measured in the area of accelerated probe motion at time t, the accelerated motion time constant T is determined as a solution to the corresponding equation from the following three:
LV p • t T • (V p V 0 ) • (1 - e -t / T );
VV p (V p V 0 ) • e -t / T ;
Figure 00000002

and determine the viscosity η by the ratio
Figure 00000003

However, the disadvantage of this method is the decrease in measurement accuracy at high probe speeds, at which the Stokes law ceases to be satisfied.

Технический результат повышение точности измерения. EFFECT: increased accuracy of measurement.

Сущность способа поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема реализующего его устройства. The essence of the method is illustrated in the drawing, which shows a structural diagram of a device that implements it.

Устройство содержит шаровой зонд 1, ускоритель 2, измеритель параметров движения 3 и вычислительный блок 4. Индексом 5 на чертеже обозначена исследуемая жидкость. The device comprises a ball probe 1, an accelerator 2, a motion parameter meter 3, and a computing unit 4. The test fluid is indicated by index 5 in the drawing.

Предлагаемый способ может быть реализован следующим образом. The proposed method can be implemented as follows.

Пример 1. В начале измерения вычислительный блок 2, выдавая напряжение на собственные выходы, включает в работу ускоритель 2 и измеритель 3. При срабатывании ускорителя 2 шаровой зонд 1 разгоняется до вертикальной скорости, не превышающей некоторое максимально допустимое значение. Поскольку движение зонда 1 происходит в исследуемой жидкости и вертикально вверх, его скорость непрерывно уменьшается до тех пор, пока он не остановится в какой-то момент времени tm (последующее погружение зонда 1 в жидкости для измерения не используется). Измеритель 3, выдающий аналоговое напряжение, пропорциональное высоте зонда 1, передает это напряжение на вход вычислительного блока 4. В обусловленные программой моменты времени ti осуществляется аналогодискретное преобразование поданного на вход вычислительного блока 4 напряжения, в процессе которого формируется дискретный код, определяющий значение высоты зонда 1 при замере. Очередная пара значений ti и hi записывается в память вычислительного блока 4. После окончания эксперимента, т.е. после достижения зондом 1 верхней точки траектории движения, вычислительный блок 4 выключает ускоритель 2 и измеритель 3. Затем он выполняет обработку собранной информации, т.е. расчет постоянной времени экспоненты T путем решения системы уравнений, получаемой подстановкой очередных пар значений в соотношение, определяющее зависимость высоты всплытия зонда 1h от времени t и других параметров движения. Полученная система уравнений решается, в частности одним из методов решения систем нелинейных уравнений. После расчета постоянной времени экспоненты T вычислительный блок 4 рассчитывает измеренное значение вязкости и печатает полученный результат.Example 1. At the beginning of the measurement, the computing unit 2, supplying voltage to its own outputs, turns on the accelerator 2 and the meter 3. When the accelerator 2 is activated, the ball probe 1 accelerates to a vertical speed not exceeding a certain maximum permissible value. Since the probe 1 moves in the liquid under investigation and vertically upward, its speed continuously decreases until it stops at some point in time t m (subsequent immersion of the probe 1 in the liquid is not used for measurement). The meter 3, which produces an analog voltage proportional to the height of the probe 1, transmits this voltage to the input of the computing unit 4. At the instants of time t i caused by the program, an analog-to-digital conversion of the voltage applied to the input of the computing unit 4 is performed, during which a discrete code is formed that determines the value of the height of the probe 1 when measuring. The next pair of values of t i and h i is recorded in the memory of computing unit 4. After the experiment, i.e. after the probe 1 reaches the upper point of the trajectory, the computing unit 4 turns off the accelerator 2 and the meter 3. Then it performs processing of the collected information, i.e. calculation of the time constant of the exponent T by solving a system of equations obtained by substituting the next pairs of values in a ratio that determines the dependence of the ascent height of the probe 1h on time t and other motion parameters. The resulting system of equations is solved, in particular, by one of the methods for solving systems of nonlinear equations. After calculating the exponential time constant T, the computing unit 4 calculates the measured viscosity value and prints the result.

Пример 2. В основном повторяется эксперимент предыдущего примера, но в процессе движения в жидкости шарового зонда 1 измеритель 3 формирует на собственном выходе аналоговое напряжение, пропорциональное текущему значению вертикальной составляющей скорости движения. Это напряжение передается на информационный вход вычислительного блока 4. В обусловленные моменты времени ti этим блоком производится измерение текущего значения скорости Vi. Пары значений ti и Vi записываются в память вычислительного блока 4. Расчет измеренного значения постоянной времени экспоненты T выполняется путем решения системы нелинейных уравнений, полученных последовательной подстановкой пар значений в соотношение, связующее текущую скорость V с временем погружения t.Example 2. Basically, the experiment of the previous example is repeated, but in the process of moving the ball probe 1 in the liquid, meter 3 generates an analog voltage at its own output, proportional to the current value of the vertical component of the speed of movement. This voltage is transmitted to the information input of the computing unit 4. At the specified time t i, this unit measures the current value of the speed V i . The pairs of values of t i and V i are recorded in the memory of the computing unit 4. The calculation of the measured value of the time constant of the exponent T is performed by solving a system of nonlinear equations obtained by sequentially substituting the pairs of values into a relation connecting the current speed V with the immersion time t.

Пример 3. В основном повторяется эксперимент примера 1. Однако в процессе движения зонда 1 измеритель 3 формирует аналоговое напряжение, пропорциональное текущему значению ускорения зонда 1. Это напряжение передается на информационный вход вычислительного блока 4. В обусловленные моменты времени ti производится измерение текущего значения ускорения (dV/dt)i. Пары значений ti и (dV/dt)i записываются в память вычислительного блока 4. Система нелинейных уравнений, решение которой позволяет оценить измеренное значение постоянной времени экспоненты T, получается последовательной подстановкой пар значений ti и (dV/dt)i в соотношение, связывающее текущее ускорение (dV/dt) с временем погружения t.Example 3. The experiment of Example 1 is basically repeated. However, during the movement of the probe 1, the meter 3 generates an analog voltage proportional to the current value of the acceleration of the probe 1. This voltage is transmitted to the information input of the computing unit 4. At the specified time t i , the current value of the acceleration is measured (dV / dt) i . The pairs of values of t i and (dV / dt) i are recorded in the memory of computing unit 4. The system of nonlinear equations, the solution of which allows us to estimate the measured value of the time constant of the exponent T, is obtained by sequentially substituting the pairs of values of t i and (dV / dt) i in the relation linking the current acceleration (dV / dt) with the dive time t.

В основе способа лежит следующая закономерность. The basis of the method is the following regularity.

В результате разгона зонда 1 вертикальная составляющая скорости его движения при t 0 имеет значение V0. По инерции зонд 1 движется вверх с постоянно уменьшающейся скоростью до момента времени tм, когда его скорость окажется равной нулю: Vм 0.As a result of acceleration of the probe 1, the vertical component of its velocity at t 0 has a value of V 0 . By inertia, the probe 1 moves upward with a constantly decreasing speed until the time t m , when its speed turns out to be zero: V m 0.

В соответствии с вторым законом Ньютона ускорение зонда 1 в процессе движения определяется равенством
m•a FВ Pз Fс, (1)
где m масса зонда 1;
a его ускорение;
FВ действующая на зонд 1 выталкивающая сила;
Pз вес зонда 1;
Fс сила сопротивления движению зонда 1 со стороны вязкой жидкости.
In accordance with Newton’s second law, the acceleration of the probe 1 in the process of motion is determined by the equality
m • a F B P s F s , (1)
where m is the mass of the probe 1;
a its acceleration;
F In the buoyant force acting on the probe 1;
P s the weight of the probe 1;
F with the force of resistance to the movement of the probe 1 from the side of a viscous liquid.

С учетом параметров зонда и свойств исследуемой жидкости соотношение (1) может быть преобразовано к виду

Figure 00000004

где R радиус шарового зонда 1;
ρ плотность его материала;
V скорость зонда 1;
dv/dt его ускорение;
g ускорение свободного падения;
rж плотность исследуемой жидкости;
η вязкость исследуемой жидкости.Taking into account the parameters of the probe and the properties of the investigated fluid, relation (1) can be converted to
Figure 00000004

where R is the radius of the ball probe 1;
ρ is the density of its material;
V probe speed 1;
dv / dt its acceleration;
g acceleration of gravity;
r W the density of the test fluid;
η viscosity of the test fluid.

В соответствии с законом Стокса справедливо следующее соотношение

Figure 00000005

где Vр равномерная скорость погружения зонда 1 в жидкость под действием собственного веса.In accordance with Stokes law, the following relation
Figure 00000005

where V p the uniform rate of immersion of the probe 1 in a liquid under the action of its own weight.

Выражение (2) с учетом выражения (3) может быть преобразовано к виду

Figure 00000006

Разделяя переменные дифференциального уравнения (4) и вводя постоянную для конкретной жидкости величину Vр под знак дифференциала (что допустимо), получим следующее дифференциальное уравнение
Figure 00000007

Оно имеет аналитическое решение следующего вида
Figure 00000008

где
Figure 00000009
постоянная времени экспоненты.Expression (2) taking into account expression (3) can be converted to the form
Figure 00000006

Separating the variables of differential equation (4) and introducing a constant V p for a specific fluid under the differential sign (which is permissible), we obtain the following differential equation
Figure 00000007

It has an analytical solution of the following form
Figure 00000008

Where
Figure 00000009
exponent time constant.

Потенцирование правой и левой частей соотношения (6) приводит к следующему равенству
V + Vр C•e-t/T. (7)
Значение постоянной интегрирования C определится из граничных условий, которым должно удовлетворять решение дифференциального уравнения (7). Подстановка в это уравнение значений t 0 и V V0 позволяет получить уравнение:
V0 + Vр C. (8)
Подстановка в уравнение (7) значений t tм и V 0 приводит к соотношению

Figure 00000010

Из соотношений (8) и (9) можно получить следующее выражение для расчета постоянной интегрирования C
Figure 00000011

Подстановкой соотношения (10) в соотношение (9) получаем выражение для расчета Vp
Figure 00000012

Подстановкой соотношений (10) и (11) в соотношение (7) получаем следующую зависимость скорости всплытия зонда 1 от определяющих ее параметров:
Figure 00000013

Именно уравнение (12) используется в примере 2 для формирования системы из трех уравнений с тремя неизвестными, решение которой позволяет оценить значение постоянной времени экспоненты T.The potentiation of the right and left sides of relation (6) leads to the following equality
V + V p C • e -t / T. (7)
The value of the integration constant C is determined from the boundary conditions that must be satisfied by the solution of differential equation (7). Substitution of the values of t 0 and VV 0 into this equation allows us to obtain the equation:
V 0 + V p C. (8)
Substitution in equation (7) the values of tt m and V 0 leads to the relation
Figure 00000010

From relations (8) and (9), we can obtain the following expression for calculating the integration constant C
Figure 00000011

Substituting relation (10) into relation (9), we obtain the expression for calculating V p
Figure 00000012

Substituting relations (10) and (11) into relation (7), we obtain the following dependence of the ascent rate of probe 1 on the parameters determining it:
Figure 00000013

It is equation (12) that is used in Example 2 to form a system of three equations with three unknowns, the solution of which allows us to estimate the value of the time constant of exponent T.

Дифференцированием по времени левой и правой частей уравнения (12) получаем уравнение, характеризующее изменение во времени ускорения зонда 1 при всплытии:

Figure 00000014

В примере 3 уравнение (13) используется для формирования системы из трех нелинейных уравнений с тремя неизвестными.Differentiation in time of the left and right parts of equation (12) we obtain the equation characterizing the change in time of the acceleration of the probe 1 during ascent:
Figure 00000014

In example 3, equation (13) is used to form a system of three nonlinear equations with three unknowns.

И наконец, интегрирование уравнения (12) позволяет получить формулу для расчета высоты всплытия зонда 1:

Figure 00000015

в котором значение постоянной интегрирования C находят на основании условия, что при t tм имеем h hм:
Figure 00000016

Из этого соотношения находим:
Figure 00000017

Следовательно, соотношение, на основе которого в примере 1 формируется система из четырех нелинейных уравнений с четырьмя неизвестными, имеет вид:
Figure 00000018

Из соотношения (6), которым определяется взаимосвязь постоянной времени T и измеряемой вязкости η, получаем формулу для расчета вязкости после того, как постоянная времени экспоненты T определена:
Figure 00000019

Поскольку наибольшая скорость движения зонда 1 в жидкости определяется значением начальной скорости V0, величину этой скорости всегда можно задать такой, чтобы условия закона Стокса были удовлетворены.And finally, the integration of equation (12) allows us to obtain a formula for calculating the ascent height of probe 1:
Figure 00000015

in which the value of the integration constant C is found on the basis of the condition that at tt m we have hh m :
Figure 00000016

From this relation we find:
Figure 00000017

Therefore, the ratio, on the basis of which in example 1 a system of four nonlinear equations with four unknowns is formed, has the form:
Figure 00000018

From relation (6), which determines the relationship between the time constant T and the measured viscosity η, we obtain the formula for calculating the viscosity after the time constant of the exponent T is determined:
Figure 00000019

Since the highest velocity of the probe 1 in the liquid is determined by the value of the initial velocity V 0 , the magnitude of this velocity can always be set so that the conditions of the Stokes law are satisfied.

Claims (1)

Способ измерения вязкости жидкости, включающий движение в ней шарового зонда радиусом R и плотностью его материала ρ, измерение в моменты времени t координаты h, или скорости v, или ускорения dv/dt, расчет постоянной времени T экспоненты замедленного движения и определение вязкости по соотношению η = (R2•ρ)/(4,5•T), отличающийся тем, что осуществляют разгон зонда до обусловленной скорости движения, обеспечивают его свободное всплытие в жbдкости по инерции, измерение в моменты времени t координаты h, или скорости v, или ускорения dv/dt осуществляют на участке всплытия зонда и определяют постоянную времени Т экспоненты замедленного движения как решение соответствующего уравнения из следующих трех:
Figure 00000020

Figure 00000021

Figure 00000022

где v0 значение скорости всплытия зонда в момент времени t0 0;
hм наибольшая высота всплытия зонда;
tм время достижения зондом точки траектории всплытия с высотой hм.
A method for measuring the viscosity of a liquid, including the movement of a ball probe with a radius R and density of its material ρ, measurement at the time t of the coordinate h, or velocity v, or acceleration dv / dt, calculation of the time constant T of the slow motion exponent and determination of viscosity by the ratio η = (R 2 • ρ) / (4,5 • T), characterized in that the probe is accelerated to a predetermined speed of movement, provide its free ascent in liquid by inertia, measurement at time t of the coordinate h, or speed v, or accelerations dv / dt carry out at the ascent of the probe and determine the time constant T of the slow motion exponent as a solution to the corresponding equation of the following three:
Figure 00000020

Figure 00000021

Figure 00000022

where v 0 the value of the ascent rate of the probe at time t 0 0;
h m is the highest ascent of the probe;
t m is the time the probe reaches the ascent trajectory with a height of h m
RU94009397A 1994-03-16 1994-03-16 Method of liquid viscosity measurement RU2080584C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94009397A RU2080584C1 (en) 1994-03-16 1994-03-16 Method of liquid viscosity measurement

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94009397A RU2080584C1 (en) 1994-03-16 1994-03-16 Method of liquid viscosity measurement

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU94009397A RU94009397A (en) 1996-01-10
RU2080584C1 true RU2080584C1 (en) 1997-05-27

Family

ID=20153662

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU94009397A RU2080584C1 (en) 1994-03-16 1994-03-16 Method of liquid viscosity measurement

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2080584C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SU, авторское свидетельство, 1746251, кл. G 01 N 11/00, 1992. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bisgaard Velocity fields around spheres and bubbles investigated by laser-Doppler anemometry
Chan et al. Simultaneous determination of drag coefficient and added mass
KR890010396A (en) Turbine Blade Cross Section Determination Method and Apparatus
RU2080584C1 (en) Method of liquid viscosity measurement
RU2061216C1 (en) Method of measurement of viscosity of liquid
WO2022187912A1 (en) Method for determining the density and viscosity of fluids
RU2082958C1 (en) Method for measuring viscosity of liquid
RU2082153C1 (en) Device measuring viscosity and density of liquid
RU2084865C1 (en) Method of measurement of viscosity and density of liquid
RU1837208C (en) Method of measuring viscosity and density of liquids
CN110057788B (en) Nano material absorbance test device, and stabilization phase test method, system and device
SU1746251A1 (en) Method of measuring viscosity of liquids
RU2069346C1 (en) Method of determination of ultimate velocity of movement of body in liquid for which stokes law is valid
RU2196973C2 (en) Method for concurrent measurement of liquid density and viscosity
RU2196976C2 (en) Method of determination of density, viscosity and lubricating capacity of liquid media
CN111060272A (en) Free vibration damping test method for elevator car
RU2061217C1 (en) Method fo measurement of liquid viscosity
CN1282868C (en) Measure method of pulse force
SU966493A1 (en) Mechanism measuring articles dimensions
SU661296A1 (en) Viscosimeter
RU2187822C1 (en) Way determining parameters of transient process
SU684099A1 (en) Method of investigating stability of soil to washout
SU709982A1 (en) Device for measuring viscosity, density and electroconductivity of melts
CN117760607A (en) Raindrop impact force measuring method based on piezoelectric fiber sensor
SU635410A1 (en) Method of measuring viscosity in a stream