ВИСКОЗИМЕТР
VISCOMETER

Изобретение относится к области технической физики, а именно к технике определения вязкостных свойств жидких сред.
На сегодняшний день в мире известно большое количество вискозиметров, имеющих в своей основе различные принципы и выполненных в множестве вариантов. Например, ротационные, вибрационные, капиллярные.
Недостатками таких вискозиметров являются либо сложность устройства и трудоемкость обработки опытных данных (ротационные), либо необходимость использования специальных вторичных приборов (вибрационные), либо невозможность измерения вязкости загрязненных сред (капиллярные).
Известны также вискозиметры с падающим шариком. Наиболее распространенным среди них является прибор для измерения вязкости жидких сред - вискозиметр Гепплера, представляющий собой прозрачный сосуд, заполненный жидкостью, вязкость которой необходимо измерить. В объеме жидкости движется рабочее тело - шарик известной плотности и размеров [Белкин И.М., Виноградов Г.В., Леонов А.И. Ротационные приборы. Измерение вязкости и физико-механических характеристик материалов. М.: Машиностроение, 1968, 272 с.].
Признаки аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения - сосуд, заполненный исследуемой жидкостью, и падающее в сосуде рабочее тело.
Недостатки известного устройства
1. Погрешности, возникающие при измерении вязкости из-за отсутствия ламинарного режима обтекания рабочего тела потоком жидкости.
2. Погрешности, возникающие при измерении вязкости из-за наличия конвективных потоков жидкости между рабочим телом и стенками сосуда.
3. Непрямолинейная траектория движения рабочего тела вследствие неточной сферической поверхности рабочего тела.
4. Сложность изготовления рабочего тела с точно сферической поверхностью.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному устройству по совокупности признаков является вискозиметр с вытягиванием шара, представляющий собой прозрачный сосуд, заполненный жидкостью, вязкость которой необходимо измерить. В сосуд помещено рабочее тело в виде шарика с прикрепленным к нему стержнем [Шрамм Г. Основы практической реологии и реометрии. / Пер. с англ. И.А. Лавыгина; Под ред. В.Г. Куличихина - М.: КолосС. 2003. - 312 с.]. Данное устройство принято за прототип.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения - сосуд, заполненный исследуемой жидкостью, и падающее в сосуде рабочее тело.
Недостатками известного устройства, принятого за прототип, являются сложность изготовления рабочего тела и наличие погрешности измерения вязкости из-за влияния конвективных потоков в объеме исследуемой жидкости, особенно при нарушении ламинарного режима обтекания рабочего тела.
Изобретение направлено на решение задачи повышения точности определения вязкостных свойств жидких сред.
Поставленная задача была решена за счет того, что в известном вискозиметре, содержащем сосуд, заполненный исследуемой жидкостью, и падающее в сосуде рабочее тело, согласно изобретению в качестве сосуда использован вертикально установленный калиброванный капилляр, а в качестве рабочего тела использована калиброванная игла, при этом между внутренней стенкой капилляра и иглой имеется зазор.
Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа - в качестве сосуда использован вертикально установленный калиброванный капилляр; в качестве рабочего тела использована калиброванная игла; между внутренней стенкой капилляра и иглой имеется зазор.
Использование вертикально установленного калиброванного капилляра и падающей в нем калиброванной иглы при наличии узкого протяженного зазора между иглой и стенкой капилляра позволяет исследуемой жидкости осуществлять обтекание иглы в строго ламинарном режиме, в результате чего повышается точность определения вязкостных свойств жидких сред.
Благодаря самоцентрованию иглы в сечении капилляра величина зазора между иглой и стенкой капилляра остается постоянной, в результате сохраняется строго ламинарный режим и прямолинейная траектория движения рабочего тела, что повышает точность определения вязкостных свойств жидких сред.
На фиг. 1 показана схема вискозиметра.
На фиг. 2 показан поперечный разрез.
Вискозиметр с падающей иглой (фиг. 1) содержит вертикальный калиброванный капилляр 3, заполненный исследуемой жидкостью 2. Внутри капилляра 3 с зазором помещена калиброванная игла 1. Величина зазора между иглой 1 и стенкой капилляра 3 остается постоянной за счет самоцентрования иглы 1 в сечении капилляра 3.
Устройство работает следующим образом.
Вязкость жидкости измеряется путем фиксирования промежутка времени свободного падения калиброванной иглы между двумя метками.
Преимущества предлагаемого устройства следующие.
- Простота конструкции и компактность.
- Строго ламинарный режим на всем протяжении капилляра за счет создания узкого протяженного зазора между иглой и стенкой капилляра.
- Постоянная величина зазора между иглой и стенкой капилляра за счет самоцентрования иглы в сечении капилляра.
- Значительное уменьшение влияния мешающих конвекционных потоков за счет минимизации объема измерительной ячейки.
- Значительное уменьшение объема измеряемого материала.