УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТЕЙ

Полезная модель относится к средствам измерения вязкости жидких сред, в частности покрытий для защиты поверхности свариваемых изделий и технологического оборудования от брызг расплавленного металла.
Известно устройство для измерения вязкости жидкости, содержащее основание, на котором смонтированы механизм измерения в виде гидроцилиндра со штоком и поршнем, имеющем сквозное отверстие, и манометр, установленный в поршневой полости гидроцилиндра, а также средство нагружения поршня, включающее привод, редуктор и реверсивное приспособление для возвратно-поступательного перемещения штока (см. свид. на ПМ №25945, G 01 N 11/00, 27.10.2002).
Однако в данном устройстве отсутствуют средства документальной регистрации результатов измерения.
Задача - разработать устройство для измерения вязкости жидкостей с документальной регистрацией результатов измерения.
Поставленная задача достигнута; создано устройство для измерения вязкости жидкостей, содержащее основание, на котором смонтированы механизм измерения в виде гидроцилиндра со штоком и поршнем, имеющем сквозное отверстие, и манометром, установленным в поршневой полости гидроцилиндра, а также средство нагружения поршня, включающее привод, в качестве которого используется электродвигатель, редуктор и реверсивное приспособление для возвратно-поступательного перемещения штока, при этом устройство снабжено осциллографом, связанным через тензостанцию с датчиком давления в поршневой полости гидроцилиндра и датчиком перемещения штока.
Проведенные исследования по патентной и научно-технической литературе, имеющейся в Томском политехническом университете, показали, что признаки заявляемого устройства в обнаруженных устройствах аналогичного назначения отсутствуют. Следовательно, предлагаемое
устройство соответствует требованиям патентоспособности полезных моделей. А проведенные испытания опытного образца устройства показали его работоспособность, надежность во время работы, технологичность изготовления, простоту конструкции и возможности документальной регистрации результатов измерения.
Сущность заявленного поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображено устройство для измерения вязкости жидкостей; на фиг.2 -осциллограмма результатов измерения
Устройство содержит основание 1, на котором смонтированы гидроцилиндр 2 со штоком 3 и поршнем 4, в котором выполнено сквозное отверстие 5. Манометр 6 установлен в поршневой полости 7 гидроцилиндра 2. На основании 1 также смонтирован привод 8, в качестве которого использован электродвигатель, редуктор 9 и реверсивное приспособление 10 для возвратно-поступательного перемещения штока 3 вместе с поршнем 4. Крышка 11 гидроцилиндра 2 и он сам к основанию 1 крепится при помощи шпилек 12. В корпусе гидроцилиндра 2 выполнено заливное 13 и сливное 14 отверстия, закрываемые пробками (на чертеже не показаны). Кроме этого устройство снабжено осциллографом 15, связанным через тензостанцию 16 с датчиком давления 17 в поршневой полости 7 гидроцилиндра 2 и датчик 18 перемещения штока 3.
Тензометрический датчик давления 17 со стержневым упругим элементом состоит из цилиндрического упругого элемента, на наружной поверхности которого установлены тензометры с компенсационным сопротивлением. Измеряемое давление жидкости действует на упругий элемент, который деформируется. Величина этой деформации воспринимается тензорезисторами и преобразуется в электрический сигнал, пропорциональный прикладываемой силе.
Для контроля параметров перемещения штока цилиндра служит потенциометрический датчик перемещения 18, выполненный на базе потенциометра с подвижным движком, на оси которого установлены
возвратная пружина и барабан для намотки вытяжного троса. Один конец троса закреплен на барабане, а другой (ходовой конец) к штоку цилиндра. При выдвижении штока трос сматывается с барабана и вращает ось с движком, контакт последнего, скользя по намотке резистора потенциометра, изменяет его сопротивление и, следовательно, величину выходного сигнала.
С помощью созданного устройства можно определить вязкость защитных покрытий с документальной регистрацией результатов измерения при низких скоростях сдвига, которые соответствуют скоростям сдвига защитных покрытий при транспортировке, хранении изделий и технологического оборудования, обработанного защитным покрытием, и приготовлении данных покрытий ручным способом.
Шток 3 и поршень 4 совершают возвратно-поступательное перемещения, обеспечивая постоянное перемешивание исследуемых защитных покрытий и, как следствие, равномерное распределение содержащихся в них компонентов.
Устройство для измерения вязкости жидкостей работает следующим образом.
Через отверстие 13 в гидроцилиндр 2 заливается исследуемая жидкость, после чего отверстие 13 закрывают пробкой.
Включают привод 8, который через редуктор 9 и приспособление 10 перемещает шток 3 вместе с поршнем 4 в ту или иную сторону с определенной скоростью, которая регулируется редуктором 9. Скорость перемещения поршня 4, через отверстие 5 диаметром 4 мм, которого продавливается жидкость, соответствует давлению жидкости в поршневой полости 7 гидроцилиндра 2, регистрируемого манометром 6.
При получении данных о величине давления в гидроцилиндре 2 можно определить динамическую вязкость жидкости по формуле:
η=k·P·t, где
k - константа устройства, которую определяют с помощью ньютоновской жидкости с известной вязкостью, например стандарт вязкости Брукфильда;
Р - давление жидкости в гидроцилиндре 2 (величина давления регистрируется при движении поршня в сторону манометра);
t - время прохождения исследуемой жидкости через отверстие 5 в поршне 4.
-3
-3
Для оценки погрешности измерений в предлагаемом устройстве производились измерения динамической вязкости воды, которая составила 1,036·10 Па·с, тогда как справочные данные - 1,001·10, т.е. погрешность составила 3,5%.
Средняя скорость сдвига γ исследуемой жидкости в заявленном устройстве можно определить по формуле:
Q - объемный расход жидкости;
r - радиус отверстия 5 в поршне 4.
После окончания процесса измерения исследуемая жидкость удаляется из гидроцилиндра 2 через сливное отверстие 14 и полость гидроцилиндра 2 промывается. Устройство готово к работе с другими жидкостями.
Для документальной регистрации экспериментальных данных все показания записываются на ленту осциллографа 15.
Давление в полости гидроцилиндра фиксируется датчиком давления 17, а перемещение штока - датчиком перемещения 18.
После предварительного усиления тензостанцией 16, сигналы с датчиков 17 и 18 давления и перемещения соответственно передаются на осциллограф 15, где и записываются на ленту.
Для получения количественной оценки результатов производится тарировка. При наличии показаний осциллографа 15 и манометра 6, находится масштабный коэффициент давления в полости 7 гидроцилиндра:
Р
К - масштабный коэффициент давления, Па/мм;
Р - показания манометра, Па;
Р
l - показания на ленте осциллографа (наибольшее отклонение от оси симметрии осциллограммы), мм.
Для тарировки времени перемещения производятся замеры времени хода поршня 3 в устройстве и на ленте осциллографа 15, и также находится масштабный коэффициент.
t
K - коэффициент времени перемещения штока, с/мм;
t - показания секундомера, с;
t
l - показания на ленте осциллографа.