SU1245950A1 - Способ исследовани дисперсных систем - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области измерительной техники и может быть использовано при исследовани х реологических свойств дисперсных систем дл  определени  пределов текучести, модул  сдвига, периода релаксации и других характеристик структурированных жидкостей. Дл  упрощени  измерений, расширени  их диапазона и снижени  трудоемкости определени  указанных свойств производ т по изменению параметров гармонических колебаний погруженного в жидкость зонда при изменении величины возбуждающей силы от нул  до значений, предельных дл  используемого упругого элемента , причем период колебаний выбирают меньше периода релаксации исследуемой системы. Способ может найти применение в металлургической, химической, пищевой промышленности, а также в производстве строительных материалов и др. 2 ил. а to СП ;о сд

Description

Изобретение относитс  к вибрационной реометрии и может быть использовано при исследовани х упругопластических свойств дисперсных систем, например коллоидов, дл  определени  пределов текучести, модул  сдвига, периода релаксации, запаздывающей упругости, эффективной в зкости и других характеристик структурированных жидкостей .

Целью изобретени   вл етс  упрощение измерений колебаний, расщирение их диапазона и снижение их трудоемкости исследований .

На фиг. 1 и 2 представлены графики, по сн ющие предлагаемый способ.

Дл  тонкой пластинки с боковой поверхностью S, соверщающей в в зкой жидкости в своей плоскости вертикальные вынужденные гармонические колебани  при сдвиге фаз ф л/2 между амплитудой вынуждающей силы F и амплитудой А скорости (V Л-ш), последн   св зана с в зкостью ц и плотностью () жидкости следующим соот- нощением

А - L ( .1 т) 1 25

(i:

где А - амплитуда вынужденных колебаний;

со- кругова  частота колебаний; S/(-сумма коэффициентов, учитывающих потери энергии в колебательной системе, не св занные с объемными свойствами жидкости; L - ширина пластинки. В колебательной системе, обладающей высокой добротностью, сумма весьма незначительна, кроме того, величину S можно выбрать такой, что

М 2S

поэтому отнощение - представл ет собой

о

амплитуду напр жени  сдвига Р, поддерживающего течение жидкости относительно пластинки. Тогда

V Р(Ln

т л,

2 25б

-Ж)- 25б

(2)

где V - скорость колебаний пластинки, откз да следует, что дл  жидкостей, свойства которых не измен ютс  с величиной приложенного напр жени  сдвига (дл  ньютоновских жидкостей), зависимость (2) носит линейный характер.

Если свойства жидкости завис т от приложенного напр жени  сдвига, линейный характер нарушаетс  и, отмеча  этот момент , можно определить соответствующее ему напр жение сдвига. Записав выражение (2) в виде

- /P3®J LH- ,(3)

2 25 V

и определив значение 2/( в эксперименте с пластинкой, не погруженной в жидкость.

0

0

0

5

5

0

МОЖНО определить величину кажущейс  в зкости упругопластичной жидкости.

Кроме того, измен   скачком значени  Р, поддержива  его в дальнейщем посто нным и фиксиру  изменение амплитуды или скорости вынужденных колебаний во времени, можно изучать процессы развити  деформации в структурированных жидкост х, изучать процессы релаксации и тиксотропии, использу  .дл  расчетов известные формулы, описывающие взаимосв зь упругих и в зких свойств жидкости при действии на нее сдвигающих напр жений. Причем дл  того, чтобы иметь возможность изучать эти процессы, период колебаний вибрационного устройства выбирают меньше, чем период релаксации исследуемой дисперсной среды.

Способ может быть реализован следующим образом.

К колебательной системе вибрационного устройства жестко прикрепл ют зонд, оканчивающийс  пластинкой, погружаемой в среду. Величину силы F, вынуждающей колебани  в подвесной системе, задают величиной тока /, подаваемого в цепь возбуждающего преобразовател  от генератора сигналов. F С 1. Причем частоту тока выбирают такой, чтобы обеспечить условие Ф л/2. Ф иксируют величину ЭДС, генерируемую в измерительном преобразователе, пропорциональную скорости V колебаний зонда: U - Сч V, частоту колебаний, величину силы тока в возбуждающем преобразователе и врем  установлени  стабильных колебаний.

Величины коэффициентов Ci и Cj завис т только от конструктивных особенностей преобразователей и дл  данной конструкции вибрационного устройства  вл ютс  посто нными . Значени  Ci и С определ ют калибровкой . С помощью измерител  вертикальных перемещений определ ют величину амплитуды колебаний в зависимости от U. т. е. производ т калибровку измерительного преобразовател , определ   значение коэффии

циента Сг

Аш

как угол наклона зависи

мости и : /(Л ()). Затем, использу  жидкости с известными р и г| и из.мер   величину ЭДС и в зависимости от тока / при сдвиге фаз между вынуждающей силой и амплитудой колебаний ф л/2, определ ют величины 2/( и СгС2 как значени  коэффициентов линейного уравнени : у ах - Ь, где х I/U: у SV2pлco; а Ci Сг; Ь ZK. Прокалибровав вибрационное устройство, приступают к изучению реологических свойств исследуемых жидкостей, дл  чего пр моугольную пластинку погружают в жидкость и на возбуждающий преобразователь вибрационного устройства подают ток от генератора сигналов, начина  с нулевого его значени , отмеча  величины /. U. о., и вре

м  f установлени  стабильных значений U, по достижении которых устанавливают новую величину тока / и т. д. Полученные таким образом данные представл ют в виде графика зависимости U /{/), аналогичного одному из основных типов реологических кривых деформации, дающих представление о характере течени  исследуемой среды. Отмечают характерные точки на кривых и рассчитывают соответствующие этим точкам значени  сдвиговых напр жений, ис- пользу  результаты калибровочных опытов. Рассчитывают также значени  коэффициентов эффективной в зкости при различных величинах сдвигового напр жени , использу  зависимость //L /(/) либо I/U f(U), получа  зависимость в зкости от скорости сдвиговой деформации. По зависимости амплитуды колебаний от времени при посто нном сдвиговом напр жении определ ют величину периода релаксации г жидкости.

Пример. Вы вл ют характер течени  и сравнивают реологические характеристики касторового масла, 25- и 40%-ных водных суспензий каолиновой глины. Результаты представлены в виде графиков зависимости (/) (фиг. 1). Крива  1 получена дл  40%-ной водной суспензии каолина; кри- ва  2 - дл  касторового масла при 23°С, крива  3 - дл  25%-ной водной суспензии каолина. Из графиков следует, что касторовое масло не про вл ет в ходе опыта аномалий течени  и ведет себ  как ньютоновска  жидкость, 25- и 40%-ные водные суспензии каолиновой глины в том же диапазоне напр жений сдвига про вл ют аномалию течени , заключающуюс  в переходе течени  практически иеразрущенной структуры в течение полностью разрушенной структуры, т. е. характеризующуюс  разрущением структуры суспензий. При этом напр жение сдвига, отвечающее началу разрушени  структуры 40%-ной суспензии глины Р.з в 4 раза больше, чем дл  25%-ной суспензии Р|, а полное разрушение структуры у 40%-ной суспензии происходит при напр жении сдвига Р4 в 2,7 раза большем, чем у 25%-ной суспензии Р.

Период релаксации т 40%-ной суспензии каолиновой глины определ ют по зависимости амплитуды скорости колебаний зонда от времени при посто нной вынуждающей силе F С I (фиг. 2, крива  1). При этом величина U пропорциональна амплитуде скорости зонда (L C 2-V)- Дл  расчетов использованы формулы, полученные дл  модели Кельвина, предусматривающей параллельное воздействие упругих и в зких сил жидкости на погруженное в нее тело. В нашем случае расчетна  формула имеет вид

5

0

0

5 0

, + и„,( -Г ,

где и - величина ЭДС измерительного

преобразовател ;

Uo - величина ЭДС преобразовател  в момент времени (начало отсчета времени);

Urn -максимально возможное изменение величины ЭДС, достигаемое при изменении значени  силы тока в цепи возбуждающего преобразовател ; г - врем  отсчета показаний приборов,

измер ющих величину ЭДС; т - период релаксации.

Определив значение Uo 0,237 В и Um 0,301 В стро т зависимость /«(0,538- - U)ln 0,301-т/т (фиг. 2, крива  2), по углу наклона которой к оси времени определ ют т 2,44 10 с.

Таким образом, предлагаемый способ исследовани  упругопластических свойств систем значительно упрощает процесс измерений , свод  его к измерению параметров колебаний зонда, помещенного в жидкость, увеличивает производительность труда исследователей , поскольку предлагаемый способ объедин ет методы малых и больших деформаций, и позвол ет, следовательно, в одном опыте получать необходимые данные дл  расчета всего комплекса показателей механических свойств дисперсных систем таких, как предельные значени  сдвиговой деформации, модуль упругости, в зкостные характеристики, период релаксации и др. Кроме того, предлагаемый способ расшир ет диапазон исследований дисперсных систем, позвол ет вы вить св зь механических свойств исследуемой системы с периодичностью воздействи  на нее внешней силы путем изменени  в широком диапазоне частоты колебаний зонда.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ исследовани  дисперсных систем, основанный на возбуждении колебаний уп- ругоподвешенного зонда, демпфированного средой, и регистрации характеристик этих колебаний, отличающийс  тем, что, с целью упрощени  измерений колебаний, расширени  их диапазона и снижени  трудоемкости исследовани , возбуждают гармоническую силу, модулированную по амплитуде во времени , а период гармонических колебаний выбирают меньше времени релаксации исследуемой среды.

   О 0.2 0,4 0,6 0,8 W 7.2 ,А

   и,в

   0,48

   О.ЧЧ

   0,40

   0,36

   0,32

   0,28

   0,24

   О

   234 Фиг. 2

   Составитель В. Крутин

   Редактор О. Юрковецка Техред И. ВересКорректор М. Демчик

   Заказ 3991/35Тираж 778Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий

   113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектна , 4

   Фиг.1

   Jn,(0,538 U)

   5 t-iQ-fc