Вопрос 16.

ВИСКОЗИМЕТРЫ ИСТЕЧЕНИЯ (КАПИЛЛЯРНЫЕ ВИСКОЗИМЕТРЫ)

На рис. 33.1 приведена принципиальная схема автоматического капиллярного вискозиметра, основанного на принципе истечения. Контролируемая жидкость с постоянным расходом прокачивается дозирующим насосом 1 через капиллярную трубку 2. Перепад давления на трубке измеряют дифманометром 3, шкала которого проградуирована в единицах вязкости. Диаметр d и длину l ка­пиллярной трубки выбирают в зависимости от пределов измере­ния. Вискозиметр установлен в термостате 4. Обычно прибор снаб­жают комплектом капилляров с различными d и l.

Большую часть капиллярных вискозиметров используют в ка­честве лабораторных приборов. Их погрешность определяется в основном точностью поддержания температуры и расхода контролируемой среды. Пределы измерения от 0,001 до 10 Па*с.

ВИСКОЗИМЕТРЫ С ПАДАЮЩИМ ШАРИКОМ

Измерение вязкости методом падающего шарика основано на законе Стокса, связывающем скорость падения шарика в жидко­сти с ее вязкостью:

= k ( — ₀)

где k — постоянный коэффициент, зависящий от единицы изме­рения; и ₀ — плотность материала тела и жидкости; г — радиус шарика; g — ускорение свободного падения; v — скорость равно­мерного движения шарика.

Закон Стокса применим при ламинарном течении жидкости относительно шарика. Вискозиметр с падающим шариком весьма чувствителен к загрязнениям жидкости и наличию пузырьков газа в ней, поэтому его можно применять для измерения вязкости только однородных жидкостей.

На рис. 33.2 приведена принципиальная схема автоматиче­ского вискозиметра дискретного действия. Релейный блок 10 периодически включает насос 8. При работе насоса в мерную трубу 6, выполненную из немагнитного материала, поступает свежая проба жидкости из резервуара 1. Одновременно шарик 5 поднимается от нижней ограничительной сетки 4 до верхней сетки 7. При выключенном насосе 8 шарик падает в испытуемой жидкости. Две катушки 2 и 3, включенные по дцфференциально- трансформатной схеме, электронный усилитель 11 и вторичный прибор 9 измеряют время падения шарика между двумя фикси­рованными положениями. Это время пропорционально вязкости жидкости: , где k — константа прибора; — время, за которое шарик проходит расстояние l.

Пределы измерения вискозиметра можно менять в широком диапазоне, изменяя расстояние I между катушками и диаметр шарика. Вискозиметр позволяет производить измерения не только в емкостях, но и трубопроводах с применением байпаса. Вискози­метр предназначен для измерения вязкости жидкостей до 100 Па*с.

РОТАЦИОННЫЕ ВИСКОЗИМЕТРЫ

В проточном корпусе 1 автоматического промыш­ленного вискозиметра ро­тационного типа (рис. 33.3) с постоянной скоростью вращается конусный диск 2. Чувствительный элемент 3, выпол­ненный в виде вилки, охватывает часть диска и закреплен плоской пружиной 4 на опоре 5. Перемещение чувствительного элемента в вертикальном направлении под действием вязкостных сил изме­ряется дифференциально-трансформаторным преобразователем 6 (см. сечение А — А), собранным на двух Ш-образных сердечни­ках; последние размещены в герметичном корпусе 7 из немагнит­ной стали. Ферромагнитные сердечники 8 закреплены на чувстви­тельном элементе и перемещаются вместе с ним. Вискозиметр снабжен датчиком температуры 9, включенным в схему автомати­ческой термокомпенсации.

ВИБРАЦИОННЫЕ ВИСКОЗИМЕТРЫ

На рис. 33.6 дана схема вискозиметра, работающего по этому(т. е. ультразвуковых вискозиметров) принципу. В корпусе 1 датчика вискозиметра эластичной мембраной 4 укреплен чувствительный элемент 5, нижний конец которого погружен в контролируемую среду, а верхний находится в магнитном поле возбуждающей 3 и измери­тельной 2 катушек. Измерительная катушка подключена ко входу, а возбуждающая — к выходу электронного усилителя 6 с автома­тически регулируемым коэффициентом усиления. Чувствительный элемент может колебаться вокруг центра мембраны. При вклю­чении электронного усилителя 6 в системе чувствительный эле­мент — измерительная катушка — электронный усилитель — возбуждающая катушка возникают гармонические колебания на частоте механического резонанса чувствительного элемента (около 400 Гц). Коэффициент усиления электронного усилителя 6 автоматически устанавливается таким, чтобы амплитуда пере­менного напряжения, снимаемого с измерительной катушки, была постоянна и равна опорному напряжению, подаваемому с источ­ника 8. Мерой вязкости является амплитуда силы тока, подава­емого на возбуждающую катушку 3. Сигнал, пропорциональный этой величине, поступает на вторичный прибор 7. Для изменения диапазона необходимо изменить длину нижнего конца чувстви­тельного элемента. Прибор градуируют, используя в качестве эталонных, жидкости с известной вязкостью.

Принцип действия ультразвуковых вискозиметров основан на использовании прямого и обратного магнитострикционного или пьезоэлектрического эффектов. Прямой магнитострикционный эффект соответствует случаю, когда линейные размеры тела, изготовленного из ферромагнитного материала, изменяются в на­правлении магнитного поля в зависимости от его напряженности. При обратном магнитострикционном эффекте механические напря­жения в ферромагнитном материале изменяют его магнитные свойства.