Вискозиметр для измерения относительной вязкости жидкости

Использование: для исследования малых изменений вязкости. Сущность: вискозиметр основан на протекании жидкости через два одинаковых, последовательно соединенных капилляра, причем рабочее давление создается гидростатическим насосом с постоянным уровнем 500-1000 мм столба эталонной жидкости, с помощью трехходового крана ко входу второго капилляра подключается инжектор с исследуемой жидкостью, при подключении выхода первого капилляра ко входу второго капилляра через первый капилляр начинает протекать эталонная жидкость, а через второй - исследуемая жидкость, между капиллярами установлен гидростатический манометр. Технический результат - повышение точности измерений. 1 ил.

 

Изобретение предназначено для исследования малых изменений вязкости жидкости, например для изучения поведения вязкости молока в процессе коагуляции с момента внесения фермента и до начала образования сгустка.

Известны стандартные капиллярные вискозиметры Оствальда и Уббелоде [1]. Принцип действия данных вискозиметров основан на истечении жидкости из резервуара через капилляр. Определяется объем вытекшей жидкости за единицу времени.

Недостаток: упомянутые выше вискозиметры не позволяют осуществлять непрерывное изменение вязкости, так как требуется произвести очистку вискозиметра и перезаполнение его новой порцией исследуемой жидкости.

Известен вискозиметр Viscotek Corporation модели Y501 [2, 3], который является прототипом предлагаемого прибора. Принцип действия основан на прохождении жидкости через два последовательных капилляра под давлением, создаваемым насосом. В последний капилляр закачивается исследуемая жидкость. Относительная вязкость определяется отношением перепадов давления на концах капилляров, измеряемых двумя дифференциальными манометрами.

Недостатком прототипа является использование двух высокоточных дифференциальных манометров и насоса. Недостаточная чувствительность дифференциальных манометров делает необходимым использование высокого рабочего давления. Это, в свою очередь, заставляет применять металлические капилляры большой длины (около 600 мм каждый). Непрозрачный капилляр не позволяет визуально следить за чистотой и однородностью канала. Кроме того, вышеперечисленные факторы увеличивают стоимость вискозиметра.

Целью изобретения является создание инструмента для исследования вязкости молока и определения ее малых изменений на этапе скрытого периода коагуляции до начала гелеобразования, обладающего хорошей чувствительностью и точностью и не требующего значительных финансовых и материальных затрат.

Поставленная цель была достигнута благодаря применению в разработанном нами приборе гидростатического насоса для создания рабочего перепада давлений на двух последовательно соединенных стеклянных капиллярах и гидростатического манометра, включенного между капиллярами. В результате был создан вискозиметр, который обладает основными преимуществами и достоинствами упомянутых выше приборов и в тоже время существенная часть присущих им недостатков сведена к минимуму.

На чертеже представлена схема вискозиметра, состоящего из двух капилляров 1 и 2, двух емкостей 3 и 4, клапана 5, линейки 6, инжектора 7, трехходового крана 8 и термостата 9.

Принцип действия нашего вискозиметра основан на протекании жидкости через два одинаковых, последовательно соединенных капилляра 1 и 2 диаметром 0,7 мм и длиной 145 мм.

С помощью трехходового крана 8 ко входу второго капилляра подключается инжектор с исследуемой жидкостью 7 (положение 2). Второй капилляр и предшествующий ему участок соединительной трубки заполняются исследуемой жидкостью. Затем с помощью трехходового крана выход первого капилляра подключается ко входу второго капилляра (положение 1). В результате этого через первый капилляр начинает протекать эталонная жидкость, а через второй - исследуемая. Гидростатический манометр, помещенный между этими капиллярами, будет показывать значение относительной вязкости.

В качестве эталонной жидкости используется подходящий растворитель, который подбирается в зависимости от исследуемой жидкости, так, например, для молока - это вода. Из-за практической несжимаемости расходы обеих жидкостей одинаковы и, следовательно, отношение разностей давлений на концах капилляров равно отношению их вязкостей.

Жидкости не перемешиваются в силу того, что течение ламинарно, а взаимная диффузия не успевает произойти за время измерения.

Шкалой измерения является линейка 6. В качестве насоса для создания рабочего перепада давлений используется резервуар 4 с эталонной жидкостью, поднятый на высоту 500-1000 мм. Уровень воды в резервуаре 4 поддерживается постоянным с помощью поплавкового клапана 5, который либо открывает, либо закрывает доступ воды из резервуара 3. Для поддержания постоянной температуры во время измерений используется циркуляционный термостат 9 модели UH-8.

От стандартных капиллярных вискозиметров наш прибор отличается использованием второго капилляра, включенного последовательно с первым, что позволяет проводить непосредственное измерение относительной вязкости двух жидкостей: эталонной и исследуемой. Кроме того, конструкция нашего прибора позволяет легко вводить пробу в измерительный капилляр, что позволяет использовать его для мониторинга процесса.

Отличие от прототипа заключается прежде всего в использовании гидростатического насоса с постоянным уровнем и одного гидравлического манометра, что позволило использовать стеклянные капилляры, определить относительную вязкость измерением всего одного уровня и существенно уменьшить стоимость вискозиметра.

Несмотря на свою простоту прибор имеет ряд очевидных преимуществ.

Во-первых, полная погрешность измерений определяется погрешностями всех измерительных приборов, в нашей установке относительная вязкость определяется измерением высоты всего одного столба жидкости, т.к. давление на выходе второго капилляра выбрано равным атмосферному, а перепад давлений поддерживается постоянным уровнем жидкости в резервуаре 4.

Во-вторых, конструкция прибора позволяет очень просто и эффективно подготовить его к следующему измерению простой промывкой второго капилляра эталонной жидкостью.

В-третьих, сохраняется возможность использовать его в качестве стандартного капиллярного вискозиметра.

Разработанный прибор обладает хорошей точностью и чувствительностью. Проведенные оценки показали, что чувствительность прибора к изменению вязкости молока сохраняется при его разбавлении в 100 раз по отношению к нормальной концентрации.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Мачихин Ю.А., Мачихин С.А. Инженерная реология пищевых материалов. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981, с.34-37.

2. Haney M.A. A New Differential Viscometer - Part One. //American Laboratory, 1985, - v.17 (3), p.41-56.

3. Haney M.A. A New Differential Viscometer - Part Two. //American Laboratory, 1985, - v.17 (4), p.116-126.

Вискозиметр для измерения относительной вязкости жидкости, основанный на протекании жидкости через два одинаковых последовательно соединенных капилляра, отличающийся тем, что рабочее давление создается гидростатическим насосом с постоянным уровнем 500-1000 мм столба эталонной жидкости, с помощью трехходового крана ко входу второго капилляра подключается инжектор с исследуемой жидкостью, при подключении выхода первого капилляра ко входу второго капилляра через первый капилляр начинает протекать эталонная жидкость, а через второй - исследуемая жидкость, между капиллярами установлен гидростатический манометр.