Способ определения реологических параметров сред

 

Изобретение относится к области исследования реологических характеристик жидких сред. Цель изобретения - расширение диапазона измерений вязкости и модуля сдвига. Способ заключается в деформации свободной поверхности слоя исследуемой среды под действием электрического поля, измерения величины деформации и величины потенциала поверхности в момент деформации . Электрическое поле создают нанесением на свободную поверхность заземленного слоя электрического заряда . О значениях реологических параметров судят по величине деформации и величине потенциала поверхности в момент деформации. Способ может быть также осуществлен при измерении потенциала свободной поверхности и величины деформации для нескольких сло-« ев среды различной толщины, причем число :лоев соответствует числу определяемых параметров. 1 з.п. ф-лы. (Л to ел 41 Од 4

СО1ОЗ СОВЕТСКИХ

COLlHAЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

Д11 4 . G 01 N 11/00

<:!

««

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

«

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ верхности слоя исследуемой среды под действием электрического поля, измерения величины деформации и величины потенциала поверхности в момент деформации. Электрическое поле создают нанесением на свободную поверхность заземленного слоя электрического заряда. О значениях реологических параметров судят по величине деформации и величине потенциала поверхности в момент деформации. Способ может быть также осуществлен при измерении потенциала свободной поверхности и величины деформации для нескольких сло ев среды различной толщины, причем число, слоев соответствует числу опре- 9 деляемых параметров. 1 з.п. ф-лы.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3633999/24-25 (22) 12.08.83 (46) 15.09.86. Бюл. 9 34 (72) М.М. Русанов и Л.M. Панасюк (53) 532.13(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 320755, кл. G 01 N 11/00, 1971.

Авторское свидетельство СССР

У 911221, кл. G 01 N 11/00, 1982. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ ITAPAMETPOB СРЕД (57) Изобретение относится к области исследования реологнческих характеристик жидких сред. Цель изобретения — расширение диапазона измерений вязкости и модуля сдвига. Способ заключается в деформации свободной по„„Я0„„125?464 А 1

1257464

Изобретение относится к области исследования физических характеристик жидких сред, в частности реологических параметров сред.

Цель изобретения — расширение диа- 5 пазона измерений вязкости и модуля сдвига сред, а также расширение возможностей способа путем обеспечения совместных измерений реологических параметров нескольких сред.

Способ осуществляют следующим образом.

Исследуемую реологическую среду располагают в виде плоского тонкого слоя толщиной h 1 мкм на проводящей заземленной подложке. На свободную поверхность слоя наносят электрический заряд, например, с помощью коронного разряда. При этом непрерывно н течение всего промежутка времени нанесения заряда на свободную поверхность измеряют потенциал заряженной свободной поверхности и непрерыв- > но в течение этого промежутка времени ведут наблюдение за началом возник- 5 новения деформации свободной поверхности, например, с помощью измерения рассеивающей спссобности поверхности. В момент возникновения деформации измеряют потенциал V сво- 30 бодной поверхности слоя среды и предельные размеры d деформационных .зон на поверхности. Исходя из типа исследуемой среды зависимость между механическими параметрами и потенциалом

V свободной поверхности слоя в моО мент возникновения деформации U, от ее продольных размеров с6 различна.

Так,,цля ньютоновской жидкости эта зависимость имеет вид: 40

М k — cth(kh) + p К =О (1) г Ео Е а

112

2Т где k

h — толщина слоя;

45 сС вЂ” коэффициент поверхностного натяжения; жидкости, g — ускорение свободного падения;

F — диэлектрическая проницаемость жидкости;

cth (kh) — гиперболический котангенс от kh.

Из выражения (1) можно определить, 55 например, коэффициент поверхностного натяжения, если известны величины h, ,ч,,а,р.

Если среда описывается моделью

Кельвина-Фойгта, указанное соотношение имеет нид:

z = kh ° сk — -о ----о -cth(kh) +

2 о о

Э

+ pq) (— sh (2z) — z) + 2G (z ! г

+ ch z = О, (2) где С вЂ” модуль сднига среды.

Из соотношения (2) можно определить, например, модуль сдвига G среды, если известны величины К, h, Я, Voв с!э 1

В качестве примера осуществления предлагаемого способа измерения механических параметров было выполнено нх измерение для сред с известными некоторыми значениями параметров, поскольку, если среда характеризуется

g реологическими параметрами и известен вид функ цион ал ни о го соотношения между

N реологическими параметрами, величиной деформации и критическими значениями потенциала деформации, функциональное соотношение представляет собой одно уравнение с N+2 неизвестными. Если известны значения потенциала деформации, размеры деформации и N-l реологический параметр, из данного уравнения можно найти значение одного неизвестного параметра.

Предлагаемый способ позволяет определить несколько механических и электрических параметрон следующим образом. В уравнение, определяющее начало развития деформации, нходят

B качестве измеряемых параметров толщина исследуемого образца h, значение поверхностного потенциала V (при котором начинается деформация), продольные размеры возникшей деформации

Й и некоторое число N неизвестных механических параметров (p p,,...,ð„).

Тогда в общем случае определяющее уравнение можно записать в виде:

P (h V0 ° d,P i i ° / " 2 2, ° . ° ° Pr „)

Для определения значения неизвестных механических параметров ш„ ш2,..., Р> изготовляют N тонких слоев исследуемого материала различной толщины

h!,(i = 1,2,...,N). Каждый из образцов располагают отдельно на заземпенной подложке, а их поверхность, противоположную подложке, заряжают электрическим зарядом. В процессе зарядки поверхности слоя ведут непрерывное измерение потенциала поверхности и . контролируют момент возникновения де1257464 формации поверхности. В момент возникновения деформации фиксируют значение поверхностного потенциала V и измеряют продольные размеры возникшей деформации d,. Их значения Ч

d; зависят от толщины исследуемого слоя. Выполняя подобные измерения для каждого из исследуемых образцов, можно записать N определяющих уравнений

Ф(ь,, Ч„, d; Ð,,р,,...,р»„) = О; (3)

Система N данных уравнений содержит N неизвестных механических параметров p,,p,...,p»,. Решение данной системы позволяет определить значения15 м

N неизвестных параметров.

Пример 1. Определяют коэффициент поверхностного натяжения глицерина. Измерения проводят на тонком слое площадью 2 смг и толщиной h = 20

2 мкм, нанесенном на слой металла.

Диэлектрическая проницаемость F глицерина при 20 С составляет 6,51. Исследуемый слой помещают в разрядной промежуток устройства коронного заря-25 да и на свободную поверхность заземленного слоя наносят электрические заряды при потенциале на коронирующих электродах 6 кВ. Одновременно измеря:ют поверхностный потенциал слоя. Под 30 действием электрических зарядов .происходит деформация слоя, продольные размеры d которого равны 3,9 мкм при потенциале поверхности Uð в момент деформации 85 В.Из соотношения (1) рассчитывают коэффициент поверхностного натяжения с = 6 53 ° 10 гДж/м

Пример 2. Берут тонкий плоский слой термопластического материала теломера стирола с дивинилом тол- 40 щиной h = 2 10 м и мол.весом (1,3-2,2) 10, который располагают

4 на заземленной металлической подложке. Диэлектрическая проницаемость слоя Я = 2,1, значение его коэффици- 45 ента поверхностного натяжения <6

Д 2,88 10 — . Сторону слоя, противоположную подложке, заряжают с помощью коронного разряда электри- 50 ческим зарядом. Потенциал коронирующей нити 7 кВ, расстояние нити от

-3 заряжаемой поверхности равно 15 ° 10 м .

Одновременно с зарядкой поверхности непрерывно измеряют ее поверхност- 55 ный потенциал и с помощью отраженного от заряжаемой поверхности луча света ведут наблюдение за возникновением деформации на поверхности..В момент возникновения деформации фик сируют значение поверхностного потенциала V и измеряют размеры део

-6 формации. Получают: d = 3,8 10 м;

Vo = 104,2 В. Зная параметры Ч, d

h, g,

Пример 3. Берут два тонких плоских слоя глицерина толщиной h =

2 ° 10 м и h = 4 10 м соответстг венно. Каждый из слоев располагают на заземленной подложке, а их сторону, противоположную подложке, заряжают электрическим зарядом с помощью коронирующей нити, расположенной на

-г расстоянии 2.16 м от заряжаемой поверхности. Потенциал коронирующей нити 6 кВ. Одновременно с зарядкой поверхности с помощью отраженного от заряженной поверхности луча света ведут наблюдение за возникновением деформации на поверхности. В момент возникновения деформации измеряют значение поверхностного потенциала

V0 и продольные размеры деформации

d; . Для слоя толщиной h» = 2 ° 10 м

Ч, = 85 В, й, = 3,9 "10 м; для слоя толщиной h,= 4 10 м Чо = 19,9 В, d =- 8 10 м. Подставляя значения

V„, d» h,°, Чог. 1г, 1 г в уравнение (1), получают два уравнения с разными значениями Ч и d;, h; и неизвестными значениями проницаемости E и коэффициента поверхностного натяжения о глицерина. Решая системы двух уравнений относительно неизвестных E, g, получают их следующие зна чения: aC = 6,58 ° 10 Дж/м ; E = 6,48.

Таким образом, предлагаемым способом можно определить реологические ° параметры широкого круга сред, в том числе сред с большим значением вязкости и модуля сдвига.

Формула изобретения

1. Способ определения реологических параметров сред путем деформации свободной поверхности слоя исследуе-. мой среды под действием электрического поля и измерения величины деформации, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений вязкости и модуля сдвига сред, электрическое поле создают нанесением на свободную поверхность

Составитель В Крутин

Редактор А. Огар Техред Л.Сердюкова Корректор М. Самборская. -3mas 4908/39 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4

3 12574 заземленного слоя электрического за- .. ряда и одновременно измеряют потен,циал свободной поверхности, а о значениях реологических параметров судят по величине потенциала поверхнос- 5 ти и размерам деформации.

2. Способ по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью рас64 .и ширения функциональных возможностей путем обеспечения измерений реологических параметров нескольких сред, измеряют потенциал свободной поверхности и величину деформации для нескольких слоев среды различной толщины, причем число слоев соответствует числу определяемых параметров.