Способ определения плотности, вязкости и смазывающей способности жидких сред
Использование: для исследования физических и физико-химических свойств жидких сред в научной практике, нефтяной, химической, автотракторной, микробиологической, пищевой и других отраслях промышленности, в медицине для контроля и диагностики жидкостей различного назначения. В способе тело массой m и объемом V приводят в движение вверх и вниз с разными скоростями внешней силой F со стороны нити, намотанной на шкив, который приводится во вращение двигателем со встроенным тахометром. Сила F линейно связана со скоростью движения тела. Далее получают зависимость скорости vв движения тела вверх от силы vв=kвF+bв и скорости vн движения тела вниз от силы vн=kнF+bн, определяемых по показаниям индикатора скорости движения поршня, где kн и kв - коэффициенты пропорциональности между скоростями движения тела вниз и вверх и внешней линейно связанной со скоростью движения тела силой F соответственно; bн и bв - значения скоростей движения тела вниз и вверх при нулевом значении внешней линейно связанной со скоростью движения тела силы F соответственно. По полученным значениям определяют плотность, вязкость и смазывающую способность. Технический результат: повышение точности измерения плотности и вязкости жидкости, а также расширение функциональных возможностей способа путем обеспечения возможности определения смазывающей способности жидкости. 4 ил.
Способ относится к области измерительной техники и может быть использован для исследования физических и физико-химических свойств жидких сред в научной практике, нефтяной, химической, автотракторной, микробиологической, пищевой и других отраслях промышленности, в медицине для контроля и диагностики жидкостей различного назначения.
Известен способ измерения вязкости жидкости (см. патент 2080584, G 01 N 11/12, 1997 г.), заключающийся в том, что осуществляют разгон шарового зонда радиусом R и плотностью его материала![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547255.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547256.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547257.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547258.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
vj - начальное значение горизонтальной составляющей скорости движения зонда на j-ом участке горизонтальной составляющей траектории его движения;
vj+1 - конечное значение горизонтальной составляющей скорости движения зонда на j-ом участке горизонтальной составляющей траектории его движения;
vi - начальное значение вертикальной составляющей скорости всплытия зонда на i-ом участке вертикальной составляющей траектории его движения;
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547259.gif)
и
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547260.gif)
расчетные значения горизонтальной и вертикальной составляющих скоростей движения зонда на j-ом и i-ом участках соответственно;
g - ускорение свободного падения;
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547261.gif)
проходимые зондом горизонтальная и вертикальная составляющие движения зонда, а вязкость жидкости рассчитывается или по соотношению
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547262.gif)
или по соотношению
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547263.gif)
или как среднюю или среднеквадратичную величину по результатам двух расчетов. Недостатками данного способа являются: возможность определения смазывающей способности жидкости, низкая точность определения вязкости и плотности жидкости из-за того, что зонд обладает конечными размерами и регистрация параметров движения его центра масс осуществляется с точностью до размеров зонда, а также то, что для проведения замеров необходим большой объем измеряемой жидкости. Целью настоящего изобретения является повышение точности измерения ее плотности и вязкости, а также расширение функциональных возможностей способа путем обеспечения возможности определения смазывающей способности жидкости. Поставленная цель достигается тем, что в способе, заключающемся в приведении в движение в жидкой среде тела массой m и объемом V движение тела осуществляют вверх и вниз внешней силой F, линейно связанной со скоростью движения тела, с разными скоростями, получают зависимость скорости vв движения тела вверх от силы
vв=kвF+bв
и скорости vн движения тела вниз от силы
vн=kнF+bн
где kн и kв - коэффициенты пропорциональности между скоростями движения тела вниз и вверх и внешней линейно связанной со скоростью движения тела силой F соответственно;
bн и bв - значения скоростей движения тела вниз и вверх при нулевом значении внешней линейно связанной со скоростью движения тела силы F соответственно;
плотность
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547264.gif)
где g - ускорение свободного падения,
сдвиговую вязкость
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547265.gif)
где
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547266.gif)
где S - площадь поверхности тела, соприкасающаяся со сдвигаемыми слоями жидкости;
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/948.gif)
при этом при движении вниз и вверх тело одновременно прижимают к поверхности с силой f, а смазывающую способность оценивают из отношения
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547267.gif)
или
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547268.gif)
где
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/956.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/956.gif)
maн = mg-FA-Fтр-F-F
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
где mg - сила тяжести;
FA =
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
V - объем тела;
Fтр =
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/956.gif)
Fпp = kF
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
kF - коэффициент пропорциональности, учитывающий горизонтальную составляющую внешней линейно связанной со скоростью движения тела силы F;
f - составляющая прижимной силы, не зависящая от внешней линейно связанной со скоростью движения тела силы F;
F
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
v- скорость движения тела. Перепишем уравнение (1):
maн = mg-
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/956.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/956.gif)
Затем тело, погруженное в жидкость, приводят в движение вверх внешней линейно связанной со скоростью движения тела силой F, и уравнение движения этого тела в соответствии со вторым законом Ньютона будет:
maв = mg-
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/956.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/956.gif)
При этом в обоих случаях обеспечивают участки равномерного движения тела, для которых ан=ав=0, при этом уравнения (2) и (3) движения тела будут иметь вид:
0 = mg-
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/956.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/956.gif)
0 = mg-
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/956.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/956.gif)
Откуда скорости движения тела вниз и вверх будут определяться по формулам:
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547269.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547270.gif)
Задавая разные значения внешней линейно связанной со скоростью движения тела силы F, приводят в движение тело вниз и вверх с разными скоростями:
vн = kнF + bн (8)
vв = kвF + bв (9)
где kн и kв - коэффициенты пропорциональности между скоростями движения тела вниз и вверх и внешней линейно связанной со скоростью движения тела силой F соответственно,
bн и bв - значения скоростей движения тела вниз и вверх при нулевом значении внешней линейно связанной со скоростью движения тела силы F соответственно. Коэффициенты kн и kв определяют как тангенс углов наклона зависимостей (8) и (9), построенных по полученным значениям скоростей движения вниз и вверх, а bн и bв получают из пересечения прямых этих же зависимостей с осью скоростей. Из попарного сравнения уравнений (6), (7) и (8), (9) следует:
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547271.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547272.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547273.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547274.gif)
После вычитания из (10) формулы (11):
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547275.gif)
После суммирования (10) и (11):
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547276.gif)
После суммирования (12) и (13):
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547277.gif)
После вычитания из (12) формулы (13):
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547278.gif)
Преобразовав (14) получим:
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547279.gif)
из (17) и (14):
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547280.gif)
из (15) и (14):
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547281.gif)
из (15) и (13):
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547282.gif)
Таким образом, вязкость
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/956.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547283.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/956.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547284.gif)
Формула изобретения
vв= kвF+bв,
и скорости vн движения тела вниз от силы
vн= kнF+bн,
где kн и kв - коэффициенты пропорциональности между скоростями движения тела вниз и вверх и внешней линейно связанной со скоростью движения тела силой F соответственно;
bн и bв - значения скоростей движения тела вниз и вверх при нулевом значении внешней линейно связанной со скоростью движения тела силы F соответственно,
плотность
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547285.gif)
где g ускорение свободного падения,
сдвиговую вязкость
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547286.gif)
где
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547287.gif)
где S - площадь поверхности тела, соприкасающаяся со сдвигаемыми слоями жидкости;
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/948.gif)
при этом при движении вниз и вверх тело одновременно прижимают к поверхности с силой f, а смазывающую способность оценивают из отношения
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547288.gif)
или
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/54/547289.gif)
где
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/956.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/956.gif)
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4