RU2417363C1 - Способ измерения вязкости жидкостей - Google Patents
Способ измерения вязкости жидкостей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2417363C1 RU2417363C1 RU2010108845/28A RU2010108845A RU2417363C1 RU 2417363 C1 RU2417363 C1 RU 2417363C1 RU 2010108845/28 A RU2010108845/28 A RU 2010108845/28A RU 2010108845 A RU2010108845 A RU 2010108845A RU 2417363 C1 RU2417363 C1 RU 2417363C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- viscosity
- liquid
- velocity
- fluctuations
- frequency
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Способ измерения вязкости жидкостей целесообразно применять для контроля жидкостей с высокой вязкостью в химической, пищевой и других отраслях промышленности. Способ измерения вязкости жидкости осуществляют путем воздействия на ее поверхность струей газа переменной скорости и формирования вынужденных колебаний поверхности. Затем осуществляют изменение и измерение частоты колебаний скорости газа в струе. Причем скорость газа в струе изменяют по гармоническому закону. Далее измеряют сдвиг фаз между колебаниями скорости газа и колебаниями поверхности жидкости. При этом о вязкости судят по частоте колебаний скорости газа в струе, при которой сдвиг фаз достигает заданной величины. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения вязкости, а также упрощение конструктивной реализации способа. 3 ил.
Description
Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к бесконтактным аэрогидродинамическим способам контроля вязкости жидкости, и может найти применение в различных отраслях промышленности, например химической, пищевой и др.
Известен способ измерения вязкости жидкости (А.с. №492787 СССР, МКИ G01N 11/08. Способ измерения вязкости жидкости по ее колебаниям / М.М.Мордасов, Ю.С.Шаталов // Опубл. 25.11.1975. Бюл. №43), включающий воздействие струи газа на жидкость с образованием углубления и формированием устойчивых автоколебаний на ее поверхности, изменение частоты колебаний на заданную величину путем изменения давления подаваемой струи, по которому судят о вязкости.
Недостатками указанного способа являются невысокая точность, что обусловлено влиянием многих неконтролируемых факторов на колебательный процесс, и сравнительно низкий верхний предел измерения, что связано с трудностями в получении автоколебаний на поверхности вязких жидкостей.
Перечисленные недостатки устранены в способе измерения вязкости жидкости (Пат. №2211444 РФ, МКИ G01N 11/16. Способ измерения вязкости жидкости по ее колебаниям / С.В.Мищенко, Д.М.Мордасов, М.М.Мордасов // Опубл. 27.08.2003. Бюл. №24), выбранном в качестве прототипа. Согласно этому способу на поверхность жидкости струей газа оказывают периодическое импульсное воздействие, приводящее к деформации поверхности жидкости и ее колебаниям, изменяют частоту следования импульсов до значения, при котором амплитуда колебаний поверхности жидкости достигает заданной величины, измеряют эту частоту, по измеренному значению частоты определяют вязкость исследуемой жидкости.
Такие признаки прототипа, как переменное воздействие струи газа на поверхность жидкости, формирование колебаний на ее поверхности и изменение их частоты, совпадают с существенными признаками заявляемого способа.
Недостатком способа, принятого за прототип, является невысокая точность измерения вязкости.
Технической задачей изобретения является повышение точности измерения.
В предлагаемом способе эта задача решается путем фиксации заданного сдвига фаз между колебаниями скорости газа в струе и колебаниями поверхности жидкости. Это позволяет применять простые, например, оптические индикаторы достижения поверхностью жидкости заданной формы и перейти от измерения амплитуд к измерению временных интервалов, что осуществляется точнее при помощи простых технических средств.
Низкая точность способа измерения вязкости, принятого за прототип, также обусловлена применением импульсного воздействия, при котором углубление, формируемое струей газа на поверхности жидкости, во время отсутствия силового действия струи восстанавливается, приобретая форму конуса, точность измерения высоты для которого существенно ниже, чем для полусферы, соответствующей форме углубления при его росте. Для исключения формирования остроконечных углублений в изобретении предложено использовать не импульсное, а гармоническое воздействие вида
где w, w0, wm - мгновенное, среднее значения и амплитуда колебаний скорости газа в струе, соответственно, м/с; f - частота колебаний скорости газа в струе, Гц; t - время, с. Среднее значение w0 скорости газа в струе больше амплитудного wm.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе путем воздействия струей, скорость газа в которой изменяется по гармоническому закону, формируют на поверхности жидкости вынужденные колебания, измеряют сдвиг фаз между колебаниями скорости газа и колебаниями поверхности жидкости, изменяют частоту колебаний скорости газа, о вязкости судят по частоте колебаний скорости газа в струе, при которой сдвиг фаз достигает заданной величины.
На фиг.1 изображена схема устройства для реализации предлагаемого метода измерения вязкости. На фиг.2 представлена временная диаграмма его работы.
При реализации предлагаемого способа над поверхностью контролируемой жидкости 1 располагают сопло 2 и чувствительный элемент 3 (фиг.1), подают на соответствующие входы устройства пневмо- и электропитание. Блок управления 4 формирует на выходе 5 сигнал U5, который поступает на вход генератора 6 гармонических колебаний расхода газа управляемой частоты. Под действием сигнала U5 на выходе генератора 6 формируется поток газа с расходом Q, изменяющимся во времени по гармоническому закону. Этот поток с выхода генератора 6 поступает в сопло 2, на выходе которого формируется струя, скорость w газа в которой изменяется согласно уравнению (1) (фиг.2, а).
Струя газа, вытекающая из сопла 2, взаимодействует с поверхностью жидкости 1 и формирует на ней углубление 7 с переменной высотой h. Величина высоты h изменяется во времени с частотой f по гармоническому закону (фиг.2, б). Сдвиг фаз φ между колебаниями скорости газа в струе и колебаниями поверхности жидкости 1 зависит от частоты f и физико-химических свойств жидкости 1: вязкости η и плотности ρ (фиг.2, а, б). Амплитуда колебаний поверхности жидкости зависит также от амплитуды wm колебаний скорости газа в струе.
Чувствительный элемент 3 формирует на своем выходе сигнал U3=1, если высота h углубления 7 равна заданному значению h3 (фиг.1, фиг.2, б, в). В результате изменения высоты h на выходе чувствительного элемента 3 возникают импульсы, поступающие на вход блока управления 4 и используемые им для определения сдвига фаз φ.
Сдвиг фаз φ вычисляется на основании величин моментов времени (фиг.2)
где t1 и t4 - моменты времени, в которые на выходе чувствительного элемента 3 формируются импульсы, в интервале между которыми находится минимум wmin=w0-wm скорости газа в струе, с; t2 - момент времени, соответствующий минимальной скорости wmin, с. Информацию о моменте t2 блок управления 4 имеет благодаря тому, что он сам формирует сигнал U5, под действием которого генератор 6 формирует газовый поток. Фактически сдвиг фаз φ вычисляется исходя из интервала времени между моментами t2 и t3 достижения минимальных значений скорости wmin газа в струе и высоты hmin углубления 7, так как величина есть ни что иное, как момент времени t3 (фиг.2, б, в). Непосредственное определение момента t3 достижения минимальной высоты hmin углубления 7 представляется нецелесообразным, ввиду усложнения конструкции устройства и снижения точности измерения. Это связано с тем, что результат вычисления сдвига фаз φ по значениям t1 и t4 не зависит от заданного значения hз высоты углубления 7 и амплитуды колебаний высоты h.
Вычисленное значение сдвига фаз φ блок управления 4 сравнивает с заданным φз. При φ<φз блок управления 4 увеличивает частоту колебаний f скорости газа в струе посредством формирования соответствующего сигнала U5 на выходе 5 (фиг.1), при φ>φз - уменьшает. С течением времени частота f становится постоянной. Это установившееся значение частоты f используется для вычисления вязкости η. Получив значение вязкости η, блок управления 4 формирует на выходе 8 соответствующий код N8, поступающий на вход индикатора 9, который преобразует его в удобную для оператора форму.
На фиг.3 приведены логарифмические фазовые частотные характеристики (ЛФЧХ) системы «струя газа - жидкость» для жидкостей различной вязкости.
Исследования ЛФЧХ системы «струя газа - жидкость» позволили установить, что с целью расширения диапазона измерения вязкости следует выбирать заданное значение φз сдвига фаз не превышающим π/6 рад. По фиг.3 видно, что в диапазоне φ от 0 до π/6 рад при увеличении вязкости η частота f, соответствующая заданному сдвигу фаз φз, уменьшается. Статическая характеристика устройства, реализующего предлагаемый способ, является обратно пропорциональной.
Таким образом, в предлагаемом способе переход от фиксации заданной амплитуды колебаний к фиксации заданного сдвига фаз позволяет упростить конструкцию чувствительного элемента реализующего устройства и повысить точность измерения вязкости. К достоинствам способа следует также отнести уменьшение влияния расстояния от чувствительного элемента до поверхности жидкости и нестабильности амплитуды генерируемых колебаний скорости газа на результат измерения вязкости. Кроме того, для измерения вязкости предлагаемым способом требуется меньшая амплитуда колебаний высоты углубления, формируемого на поверхности жидкости, чем в способе, принятом за прототип.
Claims (1)
- Способ измерения вязкости жидкости путем воздействия на ее поверхность струей газа переменной скорости и формирования вынужденных колебаний поверхности, изменения и измерения частоты колебаний скорости газа в струе, отличающийся тем, что скорость газа в струе изменяют по гармоническому закону, измеряют сдвиг фаз между колебаниями скорости газа и колебаниями поверхности жидкости, о вязкости судят по частоте колебаний скорости газа в струе, при которой сдвиг фаз достигает заданной величины.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010108845/28A RU2417363C1 (ru) | 2010-03-09 | 2010-03-09 | Способ измерения вязкости жидкостей |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010108845/28A RU2417363C1 (ru) | 2010-03-09 | 2010-03-09 | Способ измерения вязкости жидкостей |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2417363C1 true RU2417363C1 (ru) | 2011-04-27 |
Family
ID=44731635
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010108845/28A RU2417363C1 (ru) | 2010-03-09 | 2010-03-09 | Способ измерения вязкости жидкостей |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2417363C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108007825A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-05-08 | 同济大学 | 一种基于液滴机械振动的液体粘度测试方法 |
-
2010
- 2010-03-09 RU RU2010108845/28A patent/RU2417363C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108007825A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-05-08 | 同济大学 | 一种基于液滴机械振动的液体粘度测试方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10704943B2 (en) | Mass flow meter according to the coriolis principle and method for determining a mass flow | |
JP2012521003A (ja) | 流体の流れ特性を決定するための装置 | |
RU2417363C1 (ru) | Способ измерения вязкости жидкостей | |
Egorov et al. | Experimental determination of damping of plate vibrations in a viscous fluid | |
CN105403730A (zh) | 基于亥姆霍兹不稳定性的流体瞬时流速测量装置及方法 | |
CN203069261U (zh) | 基于单点激光连续平面扫描测振的模态测试系统 | |
Nguyen et al. | Ultrasonic Doppler velocity profile measurement of single-and two-phase flows using spike excitation | |
CN109632021A (zh) | 一种用于涡街流量计的管路共振测量方法 | |
US20120291528A1 (en) | Viscosity measuring device and viscosity measuring method | |
GB2287792A (en) | Method and devices for measurement of flow speed using continuous oscillations in a thermal wave | |
JP2018534580A (ja) | 磁気歪み方式の距離測定を利用したテーパ管形面積式流量計 | |
JP4071688B2 (ja) | 振動計測方法および装置 | |
KR20190074027A (ko) | 주파수 응답 측정 시스템 및 방법 | |
RU2018119511A (ru) | Расходомер кориолиса | |
Brunn et al. | Ultrasonic rheological studies of a body lotion | |
Durst et al. | Method for defined mass flow variations in time and its application to test a mass flow rate meter for pulsating flows | |
CN110836980B (zh) | 用于确定空心体中的流体的流动速度的设备和方法 | |
SU1746256A1 (ru) | Способ контрол в зкости жидкости по ее колебани м | |
RU2247357C1 (ru) | Способ одновременного измерения плотности и вязкости жидкости | |
RU2211444C2 (ru) | Способ измерения вязкости жидкости по ее колебаниям | |
RU2735315C1 (ru) | Измеритель параметров поверхности жидкости | |
US10982990B2 (en) | Method of measuring speed of fluid by applying an excitation signal comprising a first portion having a decreasing amplitude followed by a second portion of constant amplitude | |
SU1712834A1 (ru) | Устройство дл измерени поверхностного нат жени жидкостей | |
Mishchenko et al. | Determination of the sensitivity of a contactless device for measuring viscosity to influencing quantities by measurement model | |
RU2391646C2 (ru) | Способ определения физических свойств жидкости |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120310 |