ИНЕРЦИОННЫЙ ВИСКОЗИМЕТР
INERTIAL VISCOSITY GAGE

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения коэффициента динамической вязкости текучих сред со сложными реологическими свойствами, зависящими от скорости сдвига, давления и температуры.
Известен ряд ротационных вискозиметров, включающих емкость с испытуемой средой и шпиндель формы цилиндр (конус, диск), погруженный в эту емкость. Шпиндель имеет регулируемый привод, вращением шпинделя испытуемая среда приводится в движение, а момент силы трения движущейся среды на поверхности шпинделя фиксируется датчиком (Мидлман С. Течение полимеров. Пер. с англ. Ю.Н.Панова под ред. А.Я.Малкина. - М.: Мир, 1971. - 360 с.). Недостатком ротационных вискозиметров является сложность конструкции устройства, реализующего измерение вязкости при различных значениях гидростатического давления в испытуемой среде, в том числе необходимость включения в конструкцию уплотнительных элементов, что также ведет к возникновению погрешности измерения момента силы трения. Существенным совпадающим признаком аналога с заявляемым изобретением является наличие в устройстве элемента, контактирующего с испытуемой средой, на поверхности которого фиксируется момент силы трения.
Наиболее близким по физическим условиям течения испытуемой среды является капиллярный вискозиметр, включающий канал (капилляр), закрепленный в нижней части заборной емкости цилиндрической формы, поршень со штоком, электропривод штока и датчик усилия (Патент РФ №2370751, МПК G01N 11/04, опубл. 2009 г.). Устройство позволяет создавать в испытуемой среде регулируемое гидростатическое давление, под действием перепада давления на концах канала происходит истечение жидкости, измеряется перепад давления и расход испытуемой среды. Недостатком данного устройства является невозможность создания одинакового по длине канала гидростатического давления, так как процесс течения испытуемой среды обеспечивается именно перепадом давления по длине канала, что ведет к невозможности исследования сред, реологические свойства которых зависят от величины гидростатического давления. Существенными совпадающими признаками аналога (прототипа) с заявляемым изобретением являются физические условия течения, а именно реализация Пуазейлевского течения (Мидлман С. Течение полимеров. Пер. с англ. Ю.Н.Панова под ред. А.Я.Малкина. - М.: Мир, 1971. - 360 с.), а также наличие процедуры определения касательного напряжения и сдвиговой скорости деформации на поверхности канала.
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании технического средства измерения вязкости сред со сложными реологическими свойствами, зависящими от скорости сдвига, давления и температуры.
Поставленная задача достигается тем, что в отличие от прототипа течение испытуемой среды происходит в замкнутом канале формы тор под действием сил инерции и трения.
Предлагаемое устройство содержит тор с клапанами подачи (слива) испытуемой среды, который закреплен на валу с приводом, тормозом и датчиком момента, а также доплеровский измеритель скорости. При необходимости устройство может быть дополнено датчиками давления и температуры.
Сущность изобретения поясняется схемой, на которой изображено устройство инерционного измерения вязкости. Основным элементом предлагаемого устройства является тор 1, частично или полностью выполненный из прозрачного материала, содержащий клапаны подачи и слива 2. Устройство снабжено доплеровским измерителем скорости движения среды 3. Тор закреплен на валу с датчиком момента 4, тормозом 5 и двигателем 6.
Устройство работает следующим образом.
<mrow><msubsup><mi>p</mi><mn>0</mn><mn>0</mn></msubsup></mrow>
0
В тор 1 под давлением
закачивается испытуемая среда. Затем плавно разгоняется до угловой скорости ω и резко останавливается с помощью тормоза 5. После остановки тора жидкость продолжает движение, в течение этого времени показания датчиков скорости 3 и крутящего момента 4 передаются на ЭВМ. Затем в фиксированный момент времени вычисляется величина касательного напряжения на поверхности тора и градиент скорости жидкости на поверхности тора, что позволяет вычислить вязкость.
Предложенное устройство позволяет исследовать вязкость сред со сложными реологическими свойствами, зависящими одновременно от скорости сдвига, давления и температуры в широком диапазоне выше названных параметров. Конструкция устройства обеспечивает одинаковое по длине канала гидростатическое давление, а факт измерения крутящего момента на неподвижном торе исключает действие момента силы трения в подшипниках опоры тора, что повышает точность измерения вязкости.