RU2755622C1 - Ball viscometer - Google Patents

Ball viscometer Download PDF

Info

Publication number
RU2755622C1
RU2755622C1 RU2020141836A RU2020141836A RU2755622C1 RU 2755622 C1 RU2755622 C1 RU 2755622C1 RU 2020141836 A RU2020141836 A RU 2020141836A RU 2020141836 A RU2020141836 A RU 2020141836A RU 2755622 C1 RU2755622 C1 RU 2755622C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ball
measuring
tube
measuring chamber
chamber
Prior art date
Application number
RU2020141836A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Никита Сергеевич Костевой
Вадим Вячеславович Николашев
Ростислав Вадимович Николашев
Роман Андреевич Скороход
Александр Сергеевич Хорошев
Original Assignee
Ооо "Кортех"
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 Ооо "Кортех" filed Critical Ооо "Кортех"
Priority to RU2020141836A priority Critical patent/RU2755622C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2755622C1 publication Critical patent/RU2755622C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/10—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material
    • G01N11/105—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material by detecting the balance position of a float moving in a duct conveying the fluid under test
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/10—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material
    • G01N11/12—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material by measuring rising or falling speed of the body; by measuring penetration of wedged gauges

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention relates to measuring devices, namely viscometers with a falling ball, and can be used to measure the viscosity of a liquid, in particular oil or oil-water emulsion, in laboratory conditions. A ball viscometer containing a measuring chamber with a transparent measuring tube placed inside it, designed to be filled with the liquid under study, a ball and a means of registering the position of the ball in the said tube, represented by at least one video recording device, while the measuring chamber is connected to a horizontal shaft capable of rotating around its longitudinal axis, and the ball is selected from a set of several balls, each of which has a different density and diameter, at the same time, at least one viewing hole is made in one of the walls of the measuring chamber, providing access to the internal space of the measuring chamber for the video recording device, each video recording device is mounted on a bracket fixed on one of the walls of the chamber, the measuring chamber is equipped with a front and background illumination of the measuring tube.
EFFECT: extension of the working range of the viscometer.
11 cl, 4 dwg, 1 tbl

Description

Область техникиTechnology area

Изобретение относится к измерительным приборам, а именно к вискозиметрам с падающим шариком, и может быть использовано для измерения вязкости жидкости, в частности, нефти или водонефтяной эмульсии, в лабораторных условиях.The invention relates to measuring instruments, namely to viscometers with a falling ball, and can be used to measure the viscosity of a liquid, in particular oil or oil-water emulsion, in laboratory conditions.

Уровень техникиState of the art

Известен вискозиметр, предназначенный для определения вязкости пластовой нефти и вод (раскрыт в источнике: Мамуна В. Н., Требин Г. Ф., Ульянинский Б. В. Экспериментальное исследование пластовых нефтей //М.: ГОСИНТИ. – 1960). Известный вискозиметр представляет собой выполненный из немагнитной стали цилиндр, помещенный в термостатирующую рубашку. В верхней части цилиндра установлен проходной штуцер, через которых происходит заполнение прибора. Внутри цилиндра помещена трубка из немагнитной стали, в которой может перемещаться стальной шарик. Цилиндр снабжен электромагнитом, позволяющим удерживать шарик в крайнем верхнем положении, а в момент отключения электромагнита шарик начинает движение вниз по трубке. Время прохождения шарика измеряется электросекундомером.Known viscometer designed to determine the viscosity of reservoir oil and water (disclosed in the source: Mamuna V. N., Trebin G. F., Ulyaninsky B. V. Experimental study of reservoir oils // M .: GOSINTI. - 1960). The known viscometer is a cylinder made of non-magnetic steel, placed in a thermostatic jacket. In the upper part of the cylinder, there is a through-pipe fitting through which the device is filled. Inside the cylinder is a non-magnetic steel tube in which a steel ball can move. The cylinder is equipped with an electromagnet, which allows the ball to be held in the extreme upper position, and when the electromagnet is turned off, the ball begins to move down the tube. The ball travel time is measured by an electric stopwatch.

Известен вискозиметр высокого давления, раскрытый в АС СССР №1742675 (дата приоритета: 23.10.1989, МПК G01N11/10). Известный вискозиметр содержит корпус с установленной внутри него калиброванной трубкой, шарик из магнитного материала, термостатирующую рубашку, индуктивный датчик, связанный со схемой регистрации, вентиль, узел сброса шарика, источник постоянного тока и переключатель. Узел сброса шарика образован одной из катушек индуктивного датчика и седлом вентиля, причем индуктивный датчик расположен на термостатирующей рубашке.Known high pressure viscometer, disclosed in the USSR AS No. 1742675 (priority date: 23.10.1989, IPC G01N11 / 10). The known viscometer contains a housing with a calibrated tube installed inside it, a ball made of magnetic material, a thermostatic jacket, an inductive sensor associated with the registration circuit, a valve, a ball reset unit, a direct current source and a switch. The ball dump unit is formed by one of the inductive sensor coils and the valve seat, the inductive sensor being located on the thermostatic jacket.

Известен вискозиметр, раскрытый в патенте РФ на полезную модель №174494 (дата приоритета: 14.07.2017, МПК G01N11/10). Известный вискозиметр содержит корпус, в котором размещены калиброванная трубка с размещенным внутри нее шариком из ферромагнитного материала и сосуд, соединенный с трубкой через запорное устройство. Упомянутый сосуд снабжен устройствами для заполнения исследуемой жидкостью и ее слива, выпуска газа из сосуда. Корпус установлен на держателе, выполненным с возможностью поворота корпуса вокруг поперечной оси калиброванной трубки. Вискозиметр также содержит средство регистрации положения шарика в калиброванной трубке, которое снабжено электронным блоком регистрации времени движения шарика от одного до другого датчика.Known viscometer, disclosed in the patent of the Russian Federation for utility model No. 174494 (priority date: 14.07.2017, IPC G01N11 / 10). The known viscometer contains a housing in which a calibrated tube is placed with a ball of ferromagnetic material placed inside it and a vessel connected to the tube through a locking device. The said vessel is equipped with devices for filling and draining the test liquid, releasing gas from the vessel. The body is mounted on a holder made with the possibility of turning the body around the transverse axis of the calibrated tube. The viscometer also contains a means for recording the position of the ball in the calibrated tube, which is equipped with an electronic unit for recording the time the ball moves from one sensor to the other.

Известно устройство для измерения вязкости веществ, раскрытое в патенте РФ на полезную модель №183434 (дата приоритета: 29.12.2017, МПК G01N11/00). Устройство включает цилиндрическую стеклянную трубку с контрольными рисками, комплект измерительных шариков, датчики индуктивного типа, которые выдают электрический сигнал на блок измерения времени при прохождении шариком контрольных рисок. Измерительные шарики выполнены стеклянными, имеют внутри металлические вставки в виде ферромагнитных шариков.A device for measuring the viscosity of substances is known, disclosed in the RF patent for utility model No. 183434 (priority date: 29.12.2017, IPC G01N11 / 00). The device includes a cylindrical glass tube with control lines, a set of measuring balls, inductive-type sensors that give an electrical signal to the time measuring unit when the ball passes the control lines. Measuring balls are made of glass, have metal inserts inside in the form of ferromagnetic balls.

Известно устройство для измерения коэффициента вязкости прозрачных жидкостей, раскрытое в патенте Китая № 109253945 (дата приоритета: 23.11.2018, дата публикации: 22.01.2019, МПК G01N11/12). Известное устройство содержит измерительную камеру с размещенной внутри нее измерительной трубкой, предназначенной для заполнения исследуемой жидкостью, шарик и средство регистрации положения шарика в упомянутой трубке, при этом измерительная трубка выполнена прозрачной, а средство регистрации положения шарика в трубке представлено по меньшей мере одним видеозаписывающим устройством – прототип.A device for measuring the viscosity coefficient of transparent liquids is known, disclosed in Chinese patent No. 109253945 (priority date: 23.11.2018, publication date: 22.01.2019, IPC G01N11 / 12). The known device contains a measuring chamber with a measuring tube placed inside it, intended for filling with a test liquid, a ball and a means for registering the position of the ball in said tube, while the measuring tube is made transparent, and the means for registering the position of the ball in the tube is represented by at least one video recording device - prototype.

Общим недостатком известных аналогов является недостаточно широкий диапазон измерения вязкости жидкости, что обусловлено физическими свойствами используемых в представленных выше вискозиметрах металлических шариков. Шарики из металла характеризуются высоким значением удельной плотности, соответственно, обладают большей массой в сравнении с аналогичными шариками из материалов с более низкой плотностью, поэтому довольно быстро перемещаются вниз по трубке, заполненной пробой с низковязкой жидкости, что не позволяет достичь высокой точности измерения вязкости для низковязких жидкостей.A common disadvantage of the known analogs is not a wide enough range for measuring the viscosity of a liquid, which is due to the physical properties of the metal balls used in the above viscometers. Balls made of metal are characterized by a high specific gravity, therefore, they have a greater mass in comparison with similar balls made of materials with a lower density, therefore they rather quickly move down the tube filled with a sample with a low-viscosity liquid, which does not allow achieving high accuracy of measuring the viscosity for low-viscosity liquids.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

Техническая задача, положенная в основу настоящего изобретения, заключается в точном измерении вязкости для маловязких жидкостей.The technical problem underlying the present invention is to accurately measure viscosity for low-viscosity liquids.

Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящего изобретения, заключается в расширении рабочего диапазона вискозиметра.The technical result achieved with the implementation of the present invention is to expand the working range of the viscometer.

Дополнительный технический результат – расширение рабочего диапазона вискозиметра при давлении на несколько порядков выше атмосферного.An additional technical result is the expansion of the working range of the viscometer at a pressure several orders of magnitude higher than atmospheric.

Изобретение раскрывает шариковый вискозиметр, содержащий измерительную камеру с размещенной внутри нее прозрачной измерительной трубкой, предназначенной для заполнения исследуемой жидкостью, шарик и средство регистрации положения шарика в упомянутой трубке, представленное по меньшей мере одним видеозаписывающим устройством. В отличие от прототипа измерительная камера соединена с горизонтальным валом, способным вращаться вокруг его продольной оси, а шарик выбран из набора из нескольких шариков, каждый из которых имеет различную плотность и диаметр, при этом в одной из стенок измерительной камеры выполнено по меньшей мере одно обзорное отверстие, обеспечивающее доступность внутреннего пространства измерительной камеры для видеозаписывающего устройства, каждое видеозаписывающее устройство установлено на кронштейне, закрепленном на одной из стенок камеры, а измерительная камера снабжена фронтальной и фоновой подсветкой измерительной трубки.The invention discloses a ball viscometer containing a measuring chamber with a transparent measuring tube placed inside it, intended for filling with a test liquid, a ball and a means for recording the position of the ball in said tube, represented by at least one video recording device. Unlike the prototype, the measuring chamber is connected to a horizontal shaft capable of rotating around its longitudinal axis, and the ball is selected from a set of several balls, each of which has a different density and diameter, while one of the walls of the measuring chamber has at least one survey a hole providing access to the inner space of the measuring chamber for a video recorder, each video recorder is mounted on a bracket fixed to one of the walls of the chamber, and the measuring chamber is equipped with a front and background illumination of the measuring tube.

Дополнительные преимущества и существенные признаки настоящего изобретения могут быть представлены в следующих частных вариантах осуществления.Additional advantages and essential features of the present invention can be presented in the following particular embodiments.

В частности, измерительная трубка выполнена из сапфира.In particular, the measuring tube is made of sapphire.

В частности, измерительная трубка выполнена толстостенной.In particular, the measuring tube is thick-walled.

В частности, шарик выполнен из стали.In particular, the ball is made of steel.

В частности, шарик выполнен из полимерного материала.In particular, the ball is made of a polymer material.

В частности, стенки измерительной камеры выполнены светонепроницаемыми.In particular, the walls of the measuring chamber are made opaque.

В частности, измерительная трубка размещена внутри внешней прозрачной трубки, предназначенной для заполнения теплоносителем. Внешняя прозрачная трубка может быть выполнена с возможностью соединения с жидкостным термостатом.In particular, the measuring tube is located inside an outer transparent tube intended to be filled with a heating medium. The outer transparent tube can be configured to be connected to a liquid thermostat.

В частности, измерительная трубка выполнена с возможностью подключения к насосу для заполнения исследуемой жидкостью под давлением.In particular, the measuring tube is adapted to be connected to a pump for filling with a test liquid under pressure.

В частности, измерительная камера выполнена сборно-разборной, может быть образована двумя фланцами, стянутыми посредством шпилек и гаек с шайбами.In particular, the measuring chamber is collapsible and can be formed by two flanges tightened by means of studs and nuts with washers.

В отличие от известных аналогов в настоящем изобретении использованы шарики, выполненные из материалов с различной плотностью, при этом не обязательно из ферромагнитного материала. Использование шариков из материалов с относительно низкой плотностью и, соответственно, массой при сохранении тех же габаритов, что и для металлических шариков, позволяет исследовать жидкости, в отношении которых известно, что они являются маловязкими. Использование сапфировой трубки в качестве позволяет, во-первых, обеспечить визуальный контроль ее содержимого, а во-вторых, обеспечить требуемую прочность для проведения замеров вязкости при высоком давлении.In contrast to the known analogs, the present invention uses balls made of materials with different densities, and not necessarily from a ferromagnetic material. The use of balls made of materials with a relatively low density and, accordingly, mass, while maintaining the same dimensions as for metal balls, makes it possible to study liquids in relation to which it is known that they are low-viscosity. The use of a sapphire tube allows, firstly, to provide visual control of its contents, and secondly, to provide the required strength for measuring viscosity at high pressure.

Регистрируемое вискозиметром значение вязкости пробы зависит от времени прохождения шарика в направлении от верхней до нижней точки измерения. Шарик продвигается в жидкости в направлении вниз под действием силы тяжести. Уменьшение массы шарика влечет за собой снижение скорости его движения. Характер обтекания шарика жидкостью становится ламинарным, исключающим пульсации, беспорядочные быстрые изменения скорости и давления. При движении шарика в низковязкой жидкости на большой скорости наблюдается турбулентность внутри пробы, что вносит неопределенность в фактические замеры. Таким образом, предложенное выполнение шариков позволяет снизить нежелательные явления в ходе проведения измерений, которые приводят к погрешностям. Соответственно, достигаются более точные значения для вязкости в случае маловязких жидкостей, что приводит к расширению рабочего диапазона вискозиметра.The value of the sample viscosity recorded by the viscometer depends on the travel time of the ball in the direction from the upper to the lower measuring point. The ball is propelled downward in the liquid by gravity. A decrease in the mass of the ball entails a decrease in the speed of its movement. The nature of the liquid flow around the ball becomes laminar, excluding pulsations, random rapid changes in velocity and pressure. When the ball moves in a low-viscosity liquid at high speed, turbulence is observed within the sample, which introduces uncertainty in the actual measurements. Thus, the proposed implementation of the balls makes it possible to reduce undesirable phenomena in the course of measurements, which lead to errors. Accordingly, more accurate values for viscosity are achieved in the case of low-viscosity liquids, which leads to an expansion of the working range of the viscometer.

Следует отметить, что исследуемая жидкость может содержать твердые включения, которые могут также исказить результаты исследования. Например, шарик может застревать, перемещаясь в жидкости. По этой причине шарики в наборе выполняют характеризующимися не только разной плотностью, но и разным диаметром. При этом выбор формы падающего тела – шарика, также является существенным. Аналогичные тела иной формы, например, цилиндрической, будут подвержены влиянию твердых включений на их движение сильнее, чем в случае с телом с формой шара.It should be noted that the test liquid may contain solid inclusions, which may also distort the test results. For example, a ball can get stuck while moving in a liquid. For this reason, the balls in the set are characterized not only by different densities, but also by different diameters. In this case, the choice of the shape of the falling body - a ball, is also essential. Similar bodies of a different shape, for example, cylindrical, will be subject to the influence of solid inclusions on their motion more strongly than in the case of a body with a ball shape.

При этом положение ферромагнитного шарика внутри трубки возможно определить при помощи датчика Холла. В случае с использованием шарика из иного материала датчик Холла не сработает. Поэтому целесообразной является регистрация перемещения шарика посредством визуального контроля, который может обеспечить видеозаписывающее устройство, в частности, видеокамера. Для того чтобы визуальный контроль стал возможен, трубка, предназначенная для размещения в ней исследуемой жидкости, выполнена полностью прозрачной.In this case, the position of the ferromagnetic ball inside the tube can be determined using a Hall sensor. In the case of using a ball made of a different material, the Hall sensor will not work. Therefore, it is expedient to register the movement of the ball by means of visual control, which can be provided by a video recording device, in particular, a video camera. In order to make visual control possible, the tube intended for placing the liquid under investigation in it is made completely transparent.

Для того чтобы обеспечить требуемые условия по температуре и давлению в вискозиметре применены следующие конструктивные решения. Трубка для исследуемой жидкости имеет толстые стенки, выполнена из сапфира. Это позволяет обеспечить работу при высоком давлении, исключив разрушение трубки. Помимо этого, упомянутая трубка помещена во внешнюю стеклянную трубку, через которую при эксплуатации вискозиметра циркулирует теплоноситель с постоянной температурой, обеспечиваемой внешним нагревательным термостатом. Таким образом, для измерительной трубки обеспечивается внешняя жидкостная терморубашка.In order to provide the required conditions for temperature and pressure in the viscometer, the following design solutions are applied. The tube for the investigated liquid has thick walls and is made of sapphire. This allows high pressure operation without rupture of the tube. In addition, the said tube is placed in an outer glass tube, through which, during the operation of the viscometer, a heat carrier circulates at a constant temperature provided by an external heating thermostat. Thus, an external liquid thermal jacket is provided for the measuring tube.

Для того чтобы обеспечить точное расположение измерительной камеры под требуемым углом наклона и быстрый переворот измерительной камеры, в вискозиметре предусмотрено решение, включающее вал, способный вращаться вокруг своей продольной оси, и серводвигатель с редуктором, связанный с валом посредством ременной передачи.In order to ensure the accurate positioning of the measuring chamber at the required angle of inclination and rapid flipping of the measuring chamber, the viscometer provides a solution that includes a shaft that can rotate around its longitudinal axis and a servo motor with a gearbox connected to the shaft by means of a belt drive.

При исследовании патентной и научно-технической литературы не были выявлены технические решения, идентичные совокупности существенных признаков настоящего изобретения. Следовательно, изобретение соответствует условию патентоспособности «Новизна».When studying the patent and scientific and technical literature, no technical solutions have been identified that are identical to the set of essential features of the present invention. Therefore, the invention meets the "Novelty" requirement of patentability.

При этом не выявлены решения, отличительные признаки которых приводят к результату, обеспечиваемому настоящим изобретением. Следовательно, изобретение соответствует условию патентоспособности «Изобретательский уровень».At the same time, no solutions have been identified, the distinctive features of which lead to the result provided by the present invention. Therefore, the invention meets the patentability condition "Inventive step".

Изобретение может быть осуществлено без каких-либо противоречий законам природы и знаний о них, следовательно, изобретение соответствует условию патентоспособности «Промышленная применимость».The invention can be implemented without any contradiction to the laws of nature and knowledge about them, therefore, the invention meets the condition of patentability "Industrial applicability".

Признаки и задачи изобретения будут более подробно раскрыты при описании варианта осуществления настоящего изобретения.The features and objects of the invention will be explained in more detail when describing an embodiment of the present invention.

Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings

Вариант осуществления описан с ссылкой на следующие чертежи:An embodiment is described with reference to the following drawings:

– ФИГ.1а и ФИГ.1б иллюстрируют общий вид вискозиметра;- FIG.1a and FIG.1b illustrate a general view of the viscometer;

– ФИГ.2а и ФИГ.2б иллюстрируют измерительную камеру вискозиметра.- FIG. 2a and FIG. 2b illustrate the measuring chamber of the viscometer.

Описание варианта осуществления изобретенияDescription of an embodiment of the invention

Вискозиметр состоит из измерительной камеры 1, соединенной с горизонтальным валом 2. Вал 2 установлен на подшипниках вращения внутри обоймы 3 и связан с серводвигателем 4 посредством ременной передачи. Шкивы и ремень ременной передачи установлены на вертикальной опоре обоймы 3, закрытой кожухом 5. Серводвигатель 5 обеспечивает точное позиционирование измерительной камеры 1 в пространстве и снабжен редуктором 6, обеспечивающим плавный переход механической энергии от серводвигателя 4 на вал 2 через ременную передачу. Обойма 3 установлена на стойках 7.The viscometer consists of a measuring chamber 1 connected to a horizontal shaft 2. Shaft 2 is mounted on rotation bearings inside the cage 3 and is connected to the servo motor 4 by means of a belt drive. The pulleys and belt of the belt drive are mounted on a vertical support of the cage 3, covered with a casing 5. The servo motor 5 provides accurate positioning of the measuring chamber 1 in space and is equipped with a gearbox 6 that ensures a smooth transition of mechanical energy from the servo motor 4 to the shaft 2 through the belt drive. Clip 3 is installed on racks 7.

Измерительная камера 1 выполнена сборно-разборной и образована двумя фланцами 81, 82 с выполненными в их поверхностях радиальными впадинами и выступами, позволяющими зафиксировать в них горловые части внешней трубки 9 и измерительной трубки 10, размещенной внутри трубки 9. Фланцы 81, 82 стянуты посредством шпилек 11 и гаек 12 с шайбами. Внешняя трубка 9 выполнена из прозрачного кварцевого стекла и служит в качестве терморубашки для трубки 10. В качестве трубки 10 использована прозрачная толстостенная сапфировая трубка. Сапфировую трубку подбирают таким образом, чтобы ее механические характеристики позволяли выдерживать высокие давления, в условиях которых исследуются пробы жидкости. Для обеспечения циркуляции рабочих сред через трубки 9, 10 внутри фланца предусмотрены сквозные каналы, сообщаемые с внешними устройствами через штуцеры 13, 14, 15, 16, 17. Штуцеры 13, 14 для ввода рабочих сред и штуцеры 16, 17 для вывода рабочих сред расположены на противоположных фланцах 81 и 82. Штуцеры 15 для обеспечения протока теплоносителя через внешний нагревательный термостат 18 размещены на том же фланце 8, что и штуцеры 13, 14.The measuring chamber 1 is collapsible and is formed by two flanges 81, 82 with radial depressions and protrusions made in their surfaces, making it possible to fix in them the throat parts of the outer tube 9 and the measuring tube 10 located inside the tube 9. Flanges 81, 82 are tightened by means of pins 11 and 12 nuts with washers. The outer tube 9 is made of transparent quartz glass and serves as a thermal jacket for the tube 10. A transparent thick-walled sapphire tube is used as the tube 10. The sapphire tube is selected in such a way that its mechanical characteristics allow it to withstand the high pressures under which liquid samples are examined. To ensure the circulation of working media through tubes 9, 10, through channels are provided inside the flange, communicating with external devices through the fittings 13, 14, 15, 16, 17. Fittings 13, 14 for the input of the operating media and the fittings 16, 17 for the output of the operating media are located on opposite flanges 81 and 82. Fittings 15 to ensure the flow of the coolant through the external heating thermostat 18 are located on the same flange 8 as fittings 13, 14.

Для подведения к измерительной камере 1 внешних гидравлических систем могут быть использованы гибкие гидравлические трубки, по которым жидкая рабочая среда попадает внутрь камеры 1 под давлением, обеспечиваемым насосом. Гидравлическая трубка для подачи исследуемой пробы может быть скручена в спираль и располагаться внутри вала 2. Поскольку камеру 1 в ходе эксплуатации вращают, переворачивают на валу 2, то такое исполнение гидравлической трубки позволяет подавать жидкость внутрь камеры 1 непрерывно. Гидравлическая трубка для подачи теплоносителя также выполнена гибкой и подведена к камере 1 через полость внутри вала 2. Это позволяет развести трубки для разных сред между собой.For supplying external hydraulic systems to the measuring chamber 1, flexible hydraulic pipes can be used, through which the liquid working medium enters the chamber 1 under the pressure provided by the pump. The hydraulic pipe for supplying the test sample can be twisted into a spiral and located inside the shaft 2. Since the chamber 1 is rotated during operation, inverted on the shaft 2, such a design of the hydraulic pipe allows the fluid to be fed into the chamber 1 continuously. The hydraulic pipe for supplying the heat carrier is also flexible and is brought to the chamber 1 through the cavity inside the shaft 2. This allows the pipes for different media to be separated from each other.

Стенки камеры 1 выполнены светонепроницаемыми. На одной из стенок камеры 1 закреплены кронштейны 19, предназначенные для установки на них видеокамер 20. Для обеспечения возможности регистрации положения шарика внутри трубки 10 в стенке с кронштейнами 19 выполнены обзорные отверстия, позволяющие проводить съемку пространства внутри камеры 1. В частности, могут быть использованы две видеокамеры 20, ведущие съемку пространства вблизи противоположных горловых частей трубок 9, 10. Подсветка внутреннего пространства камеры 1 обеспечивается светодиодами, причем предусмотрена фронтальная подсветка с источником света со стороны видеокамер в направлении трубок 9, 10 и фоновая подсветка в направлении трубок 9, 10 от источника света, выставленного противоположно источнику фронтальной подсветки. Свет фоновой подсветки рассеян через оптический рассеиватель. Параметры фронтальной и фоновой подсветки регулируются независимо для обеспечения баланса света и, соответственно, требуемой четкости изображения на видеокамерах 20.The walls of the chamber 1 are made opaque. On one of the walls of the chamber 1, brackets 19 are fixed, intended for installing video cameras 20 on them. two video cameras 20, recording the space near the opposite throat parts of the tubes 9, 10. Illumination of the inner space of the camera 1 is provided by LEDs, and there is a front illumination with a light source from the side of the video cameras in the direction of the tubes 9, 10 and backlight in the direction of the tubes 9, 10 from a light source exposed to the opposite of the front illumination source. The backlight light is diffused through an optical diffuser. The front and backlight parameters are independently adjustable to ensure the balance of light and, accordingly, the required image clarity on video cameras 20.

Доступ внутрь трубки 10 может быть обеспечен посредством торцевых заглушек 21 и 22, которые позволяют загрузить нужный шарик 23 в рабочую камеру, а также промыть измерительную камеру 1. Люк 24, выполненный в одной из стенок камеры 1 позволяет провести визуальный осмотр измерительной камеры 1.Access to the inside of the tube 10 can be provided by means of end caps 21 and 22, which allow loading the desired ball 23 into the working chamber, as well as rinsing the measuring chamber 1. A hatch 24, made in one of the walls of the chamber 1, allows a visual inspection of the measuring chamber 1.

Вискозиметр также содержит систему управления, позволяющую контролировать температуру, проводить замеры в автоматическом режиме. The viscometer also contains a control system that allows you to control the temperature and take measurements in an automatic mode.

Давление в вискозиметре создается и поддерживается внешним источником давления.The pressure in the viscometer is generated and maintained by an external pressure source.

Вискозиметр используют следующим образом.The viscometer is used as follows.

В ходе подготовки к использованию вискозиметра устанавливают термосопротивление 18, по которому внешний термостат осуществляет поддержание заданной температуры, в камере 1, помещая его внутрь трубки 9 через штуцер 15 на фланце 81. Подающую теплоноситель трубку соединяют со штуцером 16. Для отвода теплоносителя используется штуцер 13, которым снабжен противоположный фланец 81. Упомянутые трубки являются частью внешнего гидравлического контура, в котором циркулирует теплоноситель. Для устранения застойных зон теплоносителя в измерительной камере предусмотрена направляющая втулка. Она закручивает поток по спирали вокруг сапфировой трубки 10. Давление внутри контура обеспечивается насосом. Теплоноситель попадает через канал внутри фланца 82 в полость, ограниченную стенками трубок 9, 10 и фланцами 81, 82. Таким образом, обеспечивается терморубашка для внутренней трубки 10.In preparation for using the viscometer, a thermal resistance 18 is installed, according to which the external thermostat maintains the set temperature in chamber 1, placing it inside the tube 9 through the fitting 15 on the flange 81. The coolant supply pipe is connected to the fitting 16. To remove the coolant, the fitting 13 is used, with which the opposite flange 81 is provided. These pipes are part of an external hydraulic circuit in which the heat carrier circulates. To eliminate stagnant zones of the coolant, a guide sleeve is provided in the measuring chamber. It spirals the flow around the sapphire tube 10. The pressure inside the circuit is provided by a pump. The coolant flows through a channel inside the flange 82 into a cavity bounded by the walls of the tubes 9, 10 and the flanges 81, 82. Thus, a thermal jacket is provided for the inner tube 10.

Гидравлические трубки для ввода и вывода исследуемой жидкости соответственно сообщают с камерой 1 через штуцер 14 на фланце 81 и штуцер 17 на фланце 82. Жидкость попадает во внутреннюю трубку 10.Hydraulic pipes for inlet and outlet of the liquid under study, respectively, communicate with the chamber 1 through the fitting 14 on the flange 81 and the fitting 17 on the flange 82. The liquid enters the inner tube 10.

Внутрь трубки 10 помещают шарик 23, выбранный из набора из нескольких шариков, каждый из которых имеет различную плотность и диаметр. Отверстие для помещения в трубку 10 шарика 23 закрыто закручивающимися заглушками 21, 22, которые предварительно необходимо окрутить. Выбор шарика 23 осуществляется в соответствии с предположением о вязкости исследуемой жидкости. Inside the tube 10 is placed a ball 23, selected from a set of several balls, each of which has a different density and diameter. The hole for placing the ball 23 into the tube 10 is closed with screw plugs 21, 22, which must first be screwed around. The choice of the ball 23 is carried out in accordance with the assumption of the viscosity of the investigated liquid.

При проведении измерений в системе управления задают количество измерений, соответствующее количеству переворотов камеры 1. Получив программу на измерение, система управления запускает серводвигатель, который поворачивает вал 2 на заданный угол, передавая на него механическое усилие через ременную передачу. При каждом перевороте камеры 1 шарик 23 возвращается в начальную точку измерений внутри трубки 10. Перемещение шарика 23 от одной точки измерений к другой фиксируется посредством видеокамер 20, которые передают видеоизображения на систему управления. Программное обеспечение системы управления позволяет распознать шарик в кадре.When carrying out measurements in the control system, the number of measurements is set corresponding to the number of turns of the camera 1. Having received the program for measurement, the control system starts the servomotor, which turns the shaft 2 at a given angle, transmitting mechanical force to it through the belt drive. With each flip of the camera 1, the ball 23 returns to the starting point of measurements inside the tube 10. The movement of the ball 23 from one point of measurement to another is recorded by means of video cameras 20, which transmit video images to the control system. The control software makes it possible to recognize the ball in the frame.

Вязкость жидкости рассчитывается по формуле:The viscosity of the liquid is calculated by the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где η - динамическая вязкость, мили Паскаль секунд (мПа⋅с), ρ1 - плотность шарика (г/см3), ρ2 - плотность жидкости при температуре измерения (г/см3), t - время падения (сек), K - постоянная для шарика мПа⋅с/г.where η is the dynamic viscosity, miles Pascal seconds (mPa⋅s), ρ 1 is the density of the ball (g / cm3), ρ 2 is the density of the liquid at the measurement temperature (g / cm 3 ), t is the fall time (sec), K - constant for the ball mPa⋅s / g.

Помимо этого, вискозиметр требует периодической калибровки. Калибровка проводится при атмосферном давлении и температуре 20оС. Поскольку измерительная камера 1 снабжена собственной терморубашкой, то нет необходимости во внешних источниках поддержания температуры. Для проведения калибровки устанавливают температуру, равную 20оС. Для калибровки используют набор из не менее 2 стандартных образцов вязкости. Набор жидкостей должен охватывать не менее 50 % диапазона измерения методики и отсчитываться как можно ближе к наименьшему значению вязкости. Калибровку начинают с самой маловязкой жидкости. Калибровку проводят при всех наклонах трубки, снимая не менее пяти показаний электронного секундомера. При калибровки время качения шарика должно составлять не менее 30 с. Если время качения шара в трубке менее 30 с, то такой стандартный образец не должен использоваться при калибровке. После каждой жидкости проводят промывку и сушку вискозиметра.In addition, the viscometer requires periodic calibration. Calibration is carried out at atmospheric pressure and a temperature of 20 C. Since the measuring chamber 1 is provided with its own termorubashkoy, there is no need for external sources of temperature maintenance. For calibration, a temperature of 20 ° C for calibration using a set of at least 2 standard viscosity samples. The set of liquids should cover at least 50% of the measurement range of the procedure and be read as close to the lowest viscosity value as possible. Calibration starts with the lightest liquid. Calibration is carried out at all inclinations of the tube, taking at least five readings of the electronic stopwatch. When calibrating, the rolling time of the ball must be at least 30 s. If the rolling time of the ball in the tube is less than 30 s, then such a standard shall not be used for calibration. After each liquid, the viscometer is washed and dried.

По окончании калибровки для каждого замера вычисляют постоянные шар/угол Ki:At the end of the calibration, for each measurement, the ball / angle constants K i are calculated:

Figure 00000002
Figure 00000002

где i – порядковый номер стандартного образца, α – порядковый номер угла наклона, n – порядковый номер шара, ρш – плотность шарика, г/см3, ρж – плотность жидкости.where i is the ordinal number of the standard sample, α is the ordinal number of the angle of inclination, n is the ordinal number of the ball, ρ w is the density of the ball, g / cm3, ρ w is the density of the liquid.

В зависимости от количества используемых шариков 23 и углов поворота камеры 1 должно получиться соответствующее количество значений постоянной Ki.Depending on the number of balls 23 used and the angles of rotation of the camera 1, the corresponding number of values of the constant K i should be obtained.

Примеры расчетов при калибровке вискозиметра приведены в таблице.Examples of calculations for calibrating a viscometer are given in the table.

Калибровка вискозиметра производится с периодичностью 1 раз в 12 месяцев.The viscometer is calibrated every 12 months.

Таблица – Пример расчетов при калибровке вискозиметраTable - Example of calculations when calibrating a viscometer

Номер шараBall number Плотность шараDensity of the ball Угол наклонаTilt angle Постоянная шар/угол КBall constant / angle K КTO ГСО 1GSO 1 ГСО 2GSO 2 ГСО 3GSO 3 ГСО 4GSO 4 11 7,77,7 2323 1,11.1 1,011.01 0,990.99 0,90.9 1,01.0 4545 2,02.0 2,12.1 1,951.95 1,951.95 2,02.0 7070 2,952.95 3,03.0 2,952.95 3,13.1 3,03.0 22 2,32,3 2323 4,04.0 4,04.0 4,034.03 3,973.97 4,04.0 4545 4,94.9 4,94.9 5,15.1 5,15.1 5,05.0 7070 6,16.1 5,95.9 6,16.1 5,95.9 6,06.0 33 1,41.4 2323 7,057.05 7,037.03 6,956.95 6,976.97 7,07.0 4545 8,08.0 8,08.0 8,08.0 8,08.0 8,08.0 7070 9,19.1 9,09.0 8,98.9 9,09.0 9,09.0

Claims (11)

1. Шариковый вискозиметр, содержащий измерительную камеру с размещенной внутри нее прозрачной измерительной трубкой, предназначенной для заполнения исследуемой жидкостью, шарик и средство регистрации положения шарика в упомянутой трубке, представленное по меньшей мере одним видеозаписывающим устройством, отличающийся тем, что измерительная камера соединена с горизонтальным валом, способным вращаться вокруг его продольной оси, а шарик выбран из набора из нескольких шариков, каждый из которых имеет различную плотность и диаметр, при этом в одной из стенок измерительной камеры выполнено по меньшей мере одно обзорное отверстие, обеспечивающее доступность внутреннего пространства измерительной камеры для видеозаписывающего устройства, каждое видеозаписывающее устройство установлено на кронштейне, закрепленном на одной из стенок камеры, измерительная камера снабжена фронтальной и фоновой подсветкой измерительной трубки.1. A ball viscometer containing a measuring chamber with a transparent measuring tube placed inside it, intended for filling with a test liquid, a ball and a means for recording the position of the ball in said tube, represented by at least one video recording device, characterized in that the measuring chamber is connected to a horizontal shaft , capable of rotating around its longitudinal axis, and the ball is selected from a set of several balls, each of which has a different density and diameter, while in one of the walls of the measuring chamber at least one viewing hole is made, providing the accessibility of the inner space of the measuring chamber for the video recorder devices, each video recording device is mounted on a bracket fixed on one of the walls of the chamber, the measuring chamber is equipped with a front and background illumination of the measuring tube. 2. Шариковый вискозиметр по п.1, отличающийся тем, что измерительная трубка выполнена из сапфира.2. Ball viscometer according to claim 1, characterized in that the measuring tube is made of sapphire. 3. Шариковый вискозиметр по п.1, отличающийся тем, что измерительная трубка выполнена толстостенной.3. Ball viscometer according to claim 1, characterized in that the measuring tube is thick-walled. 4. Шариковый вискозиметр по п.1, отличающийся тем, что шарик выполнен из стали.4. A ball viscometer according to claim 1, wherein the ball is made of steel. 5. Шариковый вискозиметр по п.1, отличающийся тем, что шарик выполнен из полимерного материала.5. Ball viscometer according to claim 1, characterized in that the ball is made of a polymer material. 6. Шариковый вискозиметр по п.1, отличающийся тем, что стенки измерительной камеры выполнены светонепроницаемыми.6. Ball viscometer according to claim 1, characterized in that the walls of the measuring chamber are made opaque. 7. Шариковый вискозиметр по п.1, отличающийся тем, что измерительная трубка размещена внутри внешней прозрачной трубки, предназначенной для заполнения теплоносителем.7. A ball viscometer according to claim 1, characterized in that the measuring tube is placed inside an outer transparent tube intended to be filled with a heat carrier. 8. Шариковый вискозиметр по п.10, отличающийся тем, что внешняя прозрачная трубка выполнена с возможностью соединения с жидкостным термостатом.8. Ball viscometer according to claim 10, characterized in that the outer transparent tube is configured to be connected to a liquid thermostat. 9. Шариковый вискозиметр по п.1, отличающийся тем, что измерительная трубка выполнена с возможностью подключения к насосу для заполнения исследуемой жидкостью под давлением.9. A ball viscometer according to claim 1, characterized in that the measuring tube is configured to be connected to a pump for filling with the test liquid under pressure. 10. Шариковый вискозиметр по п.1, отличающийся тем, что измерительная камера выполнена сборно-разборной.10. Ball viscometer according to claim 1, characterized in that the measuring chamber is collapsible. 11. Шариковый вискозиметр по п.1, отличающийся тем, что измерительная камера образована двумя фланцами, стянутыми посредством шпилек и гаек с шайбами.11. Ball viscometer according to claim 1, characterized in that the measuring chamber is formed by two flanges tightened by means of pins and nuts with washers.
RU2020141836A 2020-12-17 2020-12-17 Ball viscometer RU2755622C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020141836A RU2755622C1 (en) 2020-12-17 2020-12-17 Ball viscometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020141836A RU2755622C1 (en) 2020-12-17 2020-12-17 Ball viscometer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2755622C1 true RU2755622C1 (en) 2021-09-17

Family

ID=77745694

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020141836A RU2755622C1 (en) 2020-12-17 2020-12-17 Ball viscometer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2755622C1 (en)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU300813A1 (en) * С. Л. Ривкин, А. Я. Левин, Л. Б. Израилевский, Е. Ф. Рогачев CAPILLARY VISCOSYMETER
SU486249A1 (en) * 1970-01-30 1975-09-30 Краснодарский Филиал Всесоюзного Нефтегазового Научно-Исследовательского Института Viscometer
SU735966A1 (en) * 1977-11-14 1980-05-25 Туркменский Государственный Научно- Исследовательский И Проектный Институт Нефтяной Промышленности Ball viscosimeter
SU1425526A1 (en) * 1987-03-19 1988-09-23 Всесоюзный научно-исследовательский институт по креплению скважин и буровым растворам Viscosimeter
SU1742675A1 (en) * 1989-10-23 1992-06-23 Специальное Конструкторское Бюро По Проектированию Приборов И Средств Автоматизации High-pressure viscometer
RU2531823C1 (en) * 2013-08-05 2014-10-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (ОАО "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") Device for growing of single-crystal pipes and method of their obtaining
RU2569173C1 (en) * 2014-05-16 2015-11-20 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" Viscosimeter
RU169451U1 (en) * 2016-04-08 2017-03-17 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Device for photometric study of the properties of metal melts
CN109253945A (en) * 2018-11-23 2019-01-22 大连民族大学 A kind of transparency liquid alternating temperature adhesive tape coefficient measuring device based on video

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU300813A1 (en) * С. Л. Ривкин, А. Я. Левин, Л. Б. Израилевский, Е. Ф. Рогачев CAPILLARY VISCOSYMETER
SU486249A1 (en) * 1970-01-30 1975-09-30 Краснодарский Филиал Всесоюзного Нефтегазового Научно-Исследовательского Института Viscometer
SU735966A1 (en) * 1977-11-14 1980-05-25 Туркменский Государственный Научно- Исследовательский И Проектный Институт Нефтяной Промышленности Ball viscosimeter
SU1425526A1 (en) * 1987-03-19 1988-09-23 Всесоюзный научно-исследовательский институт по креплению скважин и буровым растворам Viscosimeter
SU1742675A1 (en) * 1989-10-23 1992-06-23 Специальное Конструкторское Бюро По Проектированию Приборов И Средств Автоматизации High-pressure viscometer
RU2531823C1 (en) * 2013-08-05 2014-10-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (ОАО "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") Device for growing of single-crystal pipes and method of their obtaining
RU2569173C1 (en) * 2014-05-16 2015-11-20 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" Viscosimeter
RU169451U1 (en) * 2016-04-08 2017-03-17 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Device for photometric study of the properties of metal melts
CN109253945A (en) * 2018-11-23 2019-01-22 大连民族大学 A kind of transparency liquid alternating temperature adhesive tape coefficient measuring device based on video

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3798961A (en) Apparatus for non-destructive checking of workpieces
US3678735A (en) Installation for ultrasonic testing
RU2537524C1 (en) Method of determining viscosity and density of liquid and apparatus therefor
RU2755622C1 (en) Ball viscometer
CN111220502A (en) Liquid viscosity measuring device and method
US4250741A (en) Precision spinning drop interfacial tensiometer
US3203226A (en) Apparatus and method for measuring the freezing points of liquids
US1281042A (en) Viscosimeter.
RU183434U1 (en) Device for measuring the viscosity of the material
CN116136481A (en) Device for measuring viscosity of organic liquid
US2672047A (en) High-temperature viscometer
JP3711303B2 (en) Liquid viscosity measuring device and measuring method
CN113740207A (en) Machine vision-based viscosity detection system and method
Michael A New Direct-Reading Viscosimeter.
US3195354A (en) Inclined-piston dead-weight pressure gauge
SU1002904A1 (en) Viscometer
SU989382A1 (en) Viscometer
US3260118A (en) Inclined-piston dead-weight pressure gauge
US1236706A (en) Apparatus for ascertaining the properties of fluids.
RU66050U1 (en) DEVICE FOR MEASURING VISCOSITY OF MATERIAL
US2259525A (en) Viscosimetric apparatus
Hanlon et al. A concentric cylinder Couette flow system for use in magnetic resonance imaging experiments
US3263494A (en) Viscometer
Goodeve An instrument for the measurement of anomalous viscosity
RU174494U1 (en) Viscometer

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20220204