RU2500997C1 - Method of determining viscosity of nonlinear viscous liquids and apparatus for realising said method - Google Patents
Method of determining viscosity of nonlinear viscous liquids and apparatus for realising said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2500997C1 RU2500997C1 RU2012119669/28A RU2012119669A RU2500997C1 RU 2500997 C1 RU2500997 C1 RU 2500997C1 RU 2012119669/28 A RU2012119669/28 A RU 2012119669/28A RU 2012119669 A RU2012119669 A RU 2012119669A RU 2500997 C1 RU2500997 C1 RU 2500997C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- viscosity
- frequency
- motor
- temperature
- mixer
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к способам определения вязкости нелинейно-вязких жидкостей.The invention relates to methods for determining the viscosity of nonlinearly viscous liquids.
Особенность таких жидкостей состоит в том, что при изменении частоты вращения мешалки происходит изменение вязкости. Причем существует пороговое значение частоты вращения мешалки, при котором вязкость изменяется практически скачком. Значение вязкости зависит также и от температуры жидкости. То есть кривая течения таких жидкостей не является линейной, т.е. вязкость непостоянна, а зависит от скорости сдвига или от предыстории деформации материала. Такие жидкости относят к неньютоновским жидкостям, поскольку они не подчиняются законам Ньютона.A feature of such liquids is that when the speed of the mixer changes, the viscosity changes. Moreover, there is a threshold value of the rotational speed of the mixer, at which the viscosity changes almost abruptly. The viscosity value also depends on the temperature of the liquid. That is, the flow curve of such liquids is not linear, i.e. viscosity is not constant, but depends on shear rate or on the history of deformation of the material. Such fluids are classified as non-Newtonian fluids, since they do not obey Newton's laws.
Известно несколько методов измерения вязкости: капиллярный, вибрационный, ротационный и ультразвуковой.Several methods for measuring viscosity are known: capillary, vibration, rotational and ultrasonic.
Метод капиллярной вискозиметрии [Малкин А.Я., Чалых А.Е. Диффузия и вязкость полимеров. Методы измерения. - М.: Химия, 1979] опирается на закон Пуазейля о вязкой жидкости, описывающий закономерности движения жидкости в капилляре и применима она только для ньютоновских жидкостей.The method of capillary viscometry [Malkin A.Ya., Chalykh A.E. Diffusion and viscosity of polymers. Measurement methods. - M .: Chemistry, 1979] is based on the Poiseuille law on a viscous fluid, which describes the laws of fluid motion in the capillary and is applicable only to Newtonian fluids.
Принцип действия вибрационных вискозиметров [Малкин А.Я., Исаев А.И. Реология: концепции, методы, приложения / Пер. с англ. - СПб.: Профессия, 2007] основан на изменении параметров вынужденных колебаний тел правильной геометрической формы. Недостатком этих приборов является то, что они не дают информации о степени сохранности пространственной структуры нелинейно-вязкой среды.The principle of operation of vibrational viscometers [Malkin A.Ya., Isaev A.I. Rheology: concepts, methods, applications / Transl. from English - St. Petersburg: Profession, 2007] is based on changing the parameters of the forced vibrations of bodies of regular geometric shape. The disadvantage of these devices is that they do not provide information about the degree of preservation of the spatial structure of a nonlinearly viscous medium.
Ротационный метод вискозиметрии [Малкин А.Я., Исаев А.И. Реология: концепции, методы, приложения / Пер. с англ. - СПб.: Профессия, 2007] заключается в том, что исследуемая жидкость помещается в малый зазор между двумя телами, необходимый для сдвига исследуемой среды. Одно из тел на протяжении всего опыта остается неподвижным, другое, называемое ротором ротационного вискозиметра, совершает вращение с постоянной скоростью, т.е. вращательное движение ротора вискозиметра передается к другой поверхности. Таким образом, момент вращения ротора ротационного вискозиметра является мерой вязкости. Недостатком данных приборов является необходимость подбирать соответствующие шпиндели при изменении частоты вращения ротора, что обуславливает ее дискретный характер. Кроме того, отсутствует возможность учета влияния частоты вращения вала на вязкость.Rotational method of viscometry [Malkin A.Ya., Isaev A.I. Rheology: concepts, methods, applications / Transl. from English - St. Petersburg: Profession, 2007] consists in the fact that the test fluid is placed in a small gap between two bodies, necessary for the shift of the test medium. One of the bodies throughout the experiment remains stationary, the other, called the rotor of the rotational viscometer, rotates at a constant speed, i.e. the rotational movement of the rotor of the viscometer is transmitted to another surface. Thus, the rotational moment of the rotor of a rotational viscometer is a measure of viscosity. The disadvantage of these devices is the need to select the appropriate spindles when changing the rotor speed, which leads to its discrete nature. In addition, it is not possible to take into account the effect of shaft speed on viscosity.
Ультразвуковой способ измерения вязкости [Малкин А.Я., Чалых А.Е. Диффузия и вязкость полимеров. Методы измерения. - М.: Химия, 1979] основан на измерении скорости затухания колебаний в пластинке из магнитострикционного материала, погруженной в исследуемую среду. Основным недостатком данного метода является узкий диапазон измерений из-за свойств материала прибора.Ultrasonic method for measuring viscosity [Malkin A.Ya., Chalykh A.E. Diffusion and viscosity of polymers. Measurement methods. - M .: Chemistry, 1979] is based on measuring the rate of attenuation of oscillations in a plate of magnetostrictive material immersed in the medium under study. The main disadvantage of this method is the narrow measurement range due to the material properties of the device.
На сегодняшний день существует измерение вязкости на потоке (экспресс-метод), относящийся к косвенным методам измерения, где в основу положен принцип измерения корреляционной зависимости между удельной вязкостью полимера и вязкостью по Муни [Методы исследования структуры и свойств полимеров: Учеб. пособие / И.Ю. Аверко-Антонович, Р.Т. Бикмуллин; КГТУ, Казань, 2002, 604 с.]. Недостатком данного метода является нарушение корреляции из-за влияния различных факторов, не учитываемых уравнением, например влияния полидисперсности полимера на вязкость по Муни.Today there is a measurement of viscosity on the stream (express method), related to indirect measurement methods, which are based on the principle of measuring the correlation between the specific viscosity of the polymer and the Mooney viscosity [Methods for the study of the structure and properties of polymers: Textbook. allowance / I.Yu. Averko-Antonovich, R.T. Bickmullin; KSTU, Kazan, 2002, 604 pp.]. The disadvantage of this method is the violation of the correlation due to the influence of various factors not taken into account by the equation, for example, the effect of the polydispersity of the polymer on the Mooney viscosity.
Одной из особенностей определения вязкости каучуков по методу Муни, является оценка свойства полимера, стойкости полимера к преждевременной вулканизации [Определение показателя Муни полимера в латексе СКМС-30АРКПН по вязкости / Н.Д. Вейсейская, В.А. Рыжов, Б.С. Неделькин, В.О. Рейхсфельд // Промышленность СК, М., 1976, №7. - С.20-21].One of the features of determining the viscosity of rubbers according to the Mooney method is the evaluation of the polymer properties, the resistance of the polymer to premature vulcanization [Determination of the Mooney index of the polymer in latex SKMS-30ARKPN viscosity / N.D. Veyseyskaya, V.A. Ryzhov, B.S. Nedelkin, V.O. Reichsfeld // Industry SK, M., 1976, No. 7. - S.20-21].
Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является способ, реализованный в устройстве для измерения вязкости текучих сред [патент РФ №2152022] с использованием измерительной камеры, в которую установлен ротор асинхронного двигателя, а блок формирования информационного сигнала выполнен по схеме моста переменного тока, в плечи которого включены конденсаторы переменной емкости, образованные электродами статора тахометра и, по меньшей мере, одним полюсом его ротора, который через конденсатор постоянной емкости, образованный поверхностью ротора асинхронного двигателя и стенкой корпуса датчика вязкости, связан с одним из полюсов питающего моста генератора, другой полюс которого гальванически связан с общей точкой резисторов разных плеч моста.The closest in technical essence and the achieved result is a method implemented in a device for measuring the viscosity of fluids [RF patent No. 2152022] using a measuring chamber in which the rotor of an induction motor is installed, and the information signal generating unit is made according to the AC bridge circuit, in the shoulders of which are included capacitors of variable capacitance, formed by the electrodes of the stator of the tachometer and at least one pole of its rotor, which through a capacitor of constant capacity, nny induction motor rotor and the wall surface of the viscosity of the sensor housing, is connected to one pole of the supply generator bridge, the other pole is electrically connected to the common point of resistors of different bridge arms.
Недостатком указанного технического решения является его неприменимость для неньютоновских жидкостей, поскольку вращение ротора может нарушить пространственную структуру жидкой среды.The disadvantage of this technical solution is its inapplicability for non-Newtonian fluids, since the rotation of the rotor can violate the spatial structure of the liquid medium.
Задачей изобретения является разработка метода определения вязкости неньютоновских жидкостей на потоке, отличающегося тем, что в процессе измерения не должна разрушаться пространственная структура жидкой среды.The objective of the invention is to develop a method for determining the viscosity of non-Newtonian fluids in a stream, characterized in that during the measurement process the spatial structure of the liquid medium should not be destroyed.
Указанная задача решается тем, что в способе определения вязкости нелинейно-вязких жидкостей в качестве датчика вязкости используют частотно-регулируемый привод в комплекте с асинхронным электродвигателем мешалки, у которого стабилизируют синхронную частоту питания и напряжение двигателя, при этом по частоте вращения вала мешалки и температуре жидкости рассчитывают вязкость по соотношению:This problem is solved by the fact that in the method for determining the viscosity of nonlinearly viscous liquids, a frequency-controlled drive complete with an asynchronous electric motor of the mixer is used as a viscosity sensor, in which the synchronous power frequency and voltage of the motor are stabilized, while the frequency of rotation of the shaft of the mixer and the temperature of the liquid calculate the viscosity by the ratio:
где ν - вязкость полимера, ω - частота вращения вала электродвигателя, t - температура полимера, Ω - стабилизированная синхронная частота электродвигателя, b0, b1 и b2 - коэффициенты, зависящие от синхронной частоты и температуры.where ν is the viscosity of the polymer, ω is the frequency of rotation of the motor shaft, t is the temperature of the polymer, Ω is the stabilized synchronous frequency of the electric motor, b 0 , b 1 and b 2 are coefficients that depend on the synchronous frequency and temperature.
В части устройства поставленная задача решается тем, что в устройстве для определения вязкости нелинейно-вязких жидкостей, включающем измерительную емкость с термометром и мешалкой, вращаемой асинхронным двигателем, который управляется частотным преобразователем регулируемой частоты и напряжения, при этом на вал мешалки прикреплен магнит, перемещение которого фиксируется датчиком Холла и осциллографом, сигналы с которого передаются на компьютер.In terms of the device, the problem is solved in that in a device for determining the viscosity of nonlinearly viscous liquids, including a measuring tank with a thermometer and an agitator rotated by an asynchronous motor, which is controlled by a frequency converter of adjustable frequency and voltage, while a magnet is attached to the agitator shaft, the movement of which fixed by a Hall sensor and an oscilloscope, the signals from which are transmitted to a computer.
В результате проведения ряда экспериментов и обработки статистическим методом анализа полученных данных, была выявлена функциональная зависимость:As a result of a series of experiments and statistical analysis of the obtained data, a functional relationship was revealed:
где Т - это время одного полного оборота вала привода, ν - вязкость, Ω - заданная частота, t - температура полимера, а0, a1, а2 - коэффициенты уравнения, определяемые экспериментальным методом и зависящие от синхронной частоты, температуры, характеристики асинхронного двигателя.where T is the time of one complete revolution of the drive shaft, ν is the viscosity, Ω is the specified frequency, t is the polymer temperature, and 0 , a 1 , and 2 are the coefficients of the equation determined by the experimental method and depending on the synchronous frequency, temperature, and asynchronous characteristics engine.
Результаты эксперимента, полученные при разных заданных частотах, но при постоянной температуре и при одной заданной частоты, но при разных температурах, приведены на фигурах 2 и 3 соответственно. Из формулы (2) путем алгебраических преобразований получена формула (1), где частота ω определяется через время одного полного оборота вала привода Т.The experimental results obtained at different given frequencies, but at a constant temperature and at one given frequency, but at different temperatures, are shown in figures 2 and 3, respectively. From formula (2), by means of algebraic transformations, formula (1) is obtained, where the frequency ω is determined after the time of one full revolution of the drive shaft T.
На фигуре 1 представлена схема устройства для измерения вязкости на потоке.The figure 1 presents a diagram of a device for measuring viscosity on the stream.
Устройство включает в себя трехфазный асинхронный электродвигатель 1 с короткозамкнутым ротором, мешалку 2 и частотно регулируемый привод 3, в котором есть возможность измерения тока в цепи и напряжения, подаваемого на электродвигатель. На вал мешалки прикреплен магнит 4, перемещение которого фиксируется датчиком Холла 5 и осциллографом 6. Температура жидкости 7, помещенная в емкость 8 водяной бани 9, измеряется термометром 10. Вычисление вязкости производится на компьютере 11.The device includes a three-phase asynchronous motor 1 with a squirrel-cage rotor, a
Устройство работает следующим образом. Измеряемую жидкость 7 помещают в емкость 8 с мешалкой 2, вращаемой асинхронным двигателем 1, который управляется частотным преобразователем 3 регулируемой частоты (синхронная частота) и напряжения. Вал двигателя вращается с частотой, при которой не происходит разрушения пространственной структуры жидкой среды. Эта частота подбирается экспериментально на стадии сбора информации и определения коэффициентов формулы (1). Частота вращения измеряется с помощью магнита 4 и датчика Холла 5. Когда магнит, прикрепленный на вал мешалки, проходит мимо датчика, датчик формирует скачок напряжения, определяемый осциллографом 6. Компьютером 11 определяются интервалы времени между соседними скачками и вычисляется значение вязкости как функция синхронной частоты, частоты вращения вала и температуры.The device operates as follows. The measured liquid 7 is placed in a container 8 with a
Заявленный технический результат изобретения достигается за счет использования зависимости скольжения и частоты вращения асинхронного двигателя от нагрузки на его валу.The claimed technical result of the invention is achieved by using the dependence of the slip and the rotational speed of the induction motor on the load on its shaft.
Claims (2)
ν=b0(Ω,t)+b1(Ω,t)ω+b2(Ω,t)ω2,
где ν - вязкость полимера; ω - частота вращения вала электродвигателя; t - температура полимера; Ω - стабилизированная синхронная частота электродвигателя; b0, b1 и b2 - коэффициенты, зависящие от синхронной частоты и температуры.1. A method for determining the viscosity of nonlinearly viscous liquids using a frequency-controlled drive as a viscosity sensor complete with an asynchronous agitator motor, in which the synchronous power frequency and motor voltage are stabilized, while the viscosity is calculated from the agitator shaft speed and fluid temperature by the ratio :
ν = b 0 (Ω, t) + b 1 (Ω, t) ω + b 2 (Ω, t) ω 2 ,
where ν is the viscosity of the polymer; ω is the rotational speed of the motor shaft; t is the temperature of the polymer; Ω is the stabilized synchronous frequency of the electric motor; b 0 , b 1 and b 2 are coefficients depending on the synchronous frequency and temperature.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012119669/28A RU2500997C1 (en) | 2012-05-12 | 2012-05-12 | Method of determining viscosity of nonlinear viscous liquids and apparatus for realising said method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012119669/28A RU2500997C1 (en) | 2012-05-12 | 2012-05-12 | Method of determining viscosity of nonlinear viscous liquids and apparatus for realising said method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012119669A RU2012119669A (en) | 2013-11-20 |
RU2500997C1 true RU2500997C1 (en) | 2013-12-10 |
Family
ID=49555071
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012119669/28A RU2500997C1 (en) | 2012-05-12 | 2012-05-12 | Method of determining viscosity of nonlinear viscous liquids and apparatus for realising said method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2500997C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103454183A (en) * | 2013-09-14 | 2013-12-18 | 苏州多贝机械科技有限公司 | Portable fluorocarbon paint viscometer |
RU180630U1 (en) * | 2016-11-22 | 2018-06-19 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | GONDOLA TUNNEL TUNNERS |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1197476A (en) * | 1967-10-27 | 1970-07-08 | British Petroleum Co | Improvements in or Relating to Viscometers |
RU94036368A (en) * | 1994-09-20 | 1996-08-27 | Курский государственный технический университет | Rotating viscosity meter |
RU2152022C1 (en) * | 1998-12-07 | 2000-06-27 | Зао "Виско Тех" | Device measuring viscosity of fluid media, viscosity transducer and process of manufacture of electrodes of tachometer of viscosity transducer |
US20030154772A1 (en) * | 2000-03-31 | 2003-08-21 | Michael Jackson | Method and apparatus for viscosity measurement |
-
2012
- 2012-05-12 RU RU2012119669/28A patent/RU2500997C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1197476A (en) * | 1967-10-27 | 1970-07-08 | British Petroleum Co | Improvements in or Relating to Viscometers |
RU94036368A (en) * | 1994-09-20 | 1996-08-27 | Курский государственный технический университет | Rotating viscosity meter |
RU2152022C1 (en) * | 1998-12-07 | 2000-06-27 | Зао "Виско Тех" | Device measuring viscosity of fluid media, viscosity transducer and process of manufacture of electrodes of tachometer of viscosity transducer |
US20030154772A1 (en) * | 2000-03-31 | 2003-08-21 | Michael Jackson | Method and apparatus for viscosity measurement |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103454183A (en) * | 2013-09-14 | 2013-12-18 | 苏州多贝机械科技有限公司 | Portable fluorocarbon paint viscometer |
RU180630U1 (en) * | 2016-11-22 | 2018-06-19 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | GONDOLA TUNNEL TUNNERS |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012119669A (en) | 2013-11-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Pitenis et al. | Polymer fluctuation lubrication in hydrogel gemini interfaces | |
Agoston et al. | Evaluation of a vibrating micromachined cantilever sensor for measuring the viscosity of complex organic liquids | |
EP3066499B1 (en) | Inline rheology/viscosity, density, and flow rate measurement | |
WO2014049698A1 (en) | Method and device for measuring fluid body physical properties | |
CN108181205B (en) | Oil-soluble polymer turbulence drag reduction efficiency measuring device | |
US11035772B2 (en) | Measurement of fluid properties | |
Liu et al. | Droplet-based electro-coalescence for probing threshold disjoining pressure | |
RU2500997C1 (en) | Method of determining viscosity of nonlinear viscous liquids and apparatus for realising said method | |
WO2013001538A1 (en) | Flexible blade rheometer | |
Menezes et al. | Study of the nonlinear response of a polymer solution to various uniaxial shear flow histories | |
CN110914662B (en) | Measurement of properties of flowing yield stress fluids | |
Läuger et al. | Direct strain oscillation: a new oscillatory method enabling measurements at very small shear stresses and strains | |
US20150377759A1 (en) | Method for finding shear rate of fluid, and program and device for same | |
JP6169092B2 (en) | Method, program and apparatus for evaluating reach distance of shear rate acting on fluid | |
EP3156781B1 (en) | Method and device for measuring physical properties of fluid | |
JP2015190829A (en) | Method, program, and device for determining yield value of fluid | |
RU2456576C2 (en) | Method of measuring viscosity and apparatus for realising said method | |
Belogusev et al. | Method and instruments to measure dynamic viscosity of oil products in pipeline | |
RU2690226C1 (en) | Method of controlling dynamic viscosity of a liquid | |
RU2727263C1 (en) | Vibration viscometer for thixotropic liquids | |
Hobbie et al. | Non-brownian microrheology of a fluid-gel interface | |
KR102595992B1 (en) | Viscosity estimation device and viscosity estimation method | |
RU2428675C1 (en) | Method of determining non-newtonian viscosity | |
RU2631537C1 (en) | Polyethyleneterephthalate viscosity determination method | |
JP2005127827A (en) | Apparatus for measuring oil content |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160513 |