Методы, устройства для измерения вязкости жидкости. Определение понятия вязкости (формула Ньютона). Теория и устройство капиллярных вискозиметров.
Вязкость – свойство жидкостей и газов, характеризующее сопротивляемость действию внешних сил, вызывающих их течению.
При ламинарном течении среды вязкость проявляется в том, что при сдвиге соседних слоев среды относительно друг друга возникает сила противодействия – напряжение сдвига, которое для обычных сред пропорционально скорости относительного сдвига слоев (гипотеза Ньютона). Коэффициент пропорциональности называется коэффициентом динамической вязкости.
Гипотеза Ньютона в математической записи представляется следующим образом:
, (263)
где
- сдвиговое напряжение,
- градиент скорости
в направлении
,
нормальному к вектору скорости.
Если
не зависит
,
т.е.
,
то жидкости называются ньютоновскими.
Однако в реалистических жидкостях
зависит от скорости сдвига.
Рассмотрим ряд вискозиметров, которые характеризуют величину сдвига.
13.1 Капиллярные вискозиметры
Пусть имеем установившееся движение жидкости по трубе круглого сечения.
Выделим цилиндрический
элемент, причем элементарный (
- внутренний радиус,
- толщина элемента по радиусу)
|
Рисунок 169
|
и
статические давления,
- скорость жидкости
Перепад давления на участке 1 и 2
,
(264)
Получим уравнение расхода.
Для этого определим усилие, которое действует на элемент жидкости с радиусом :
(265)
С другой стороны
при установившемся движении
будет компенсироваться силой трения
(выделенного элемента о выделенные слои
жидкости) выразим эту величину через
силу трения,
, (266)
где
- боковая поверхность,
,
т.е.
,
(297)
где - сдвиговое напряжение
Т.к.
,
то
(298)
Отсюда получим
,
Проинтегрируем получившееся равенство по выделенному элементу:
|
|
Рисунок 170 – Профиль скоростей является параболическим |
(299)
При использовании капиллярной вискозиметрии непосредственно измеренным параметром является расход жидкости
Величина элементарного расхода
,
(300)
где
- элементарная площадка
Определим полный расход через капилляр
(301)
- формула Пуазейля
Промышленное устройство для измерения вязкости
|
1 –емкость, 2 – насос, 3 – измерительный участок трубопровода с известным диаметром и трубой, 4 – расходомерное устройство, 5 – манометр
Рисунок 171 |
Экзаменационный билет № 5
Средства измерений. Основные понятия и классификация.
Под средством измерений (сокращенно СИ) понимают техническое устройство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики. Основными классификационными признаками являются тип, вид и их метрологическое назначение.
Тип - это совокупность средств измерений, имеющих одну и ту же принципиальную схему, конструкцию и изготовляемых по одним и тем же техническим условиям.
Вид - это совокупность типов средств измерений, предназначенных для измерения какой либо одной физической величины.
Типы и виды, являющие собой пересекающиеся множества. Например, автоматический электронный уравновешенный мост типа КСМ-4 может служить для измерения температуры при использовании в качестве датчика термометра сопротивления, но может использоваться в составе измерителя перемешений с реостатным первичным преобразователем
По принципу действия и по конструктивным особенностям СИ подразделяются на: меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи и измерительные системы.
Меры представляют собой СИ, служащие для воспроизведения физической величины заданного размера. Различают однозначные и многозначные меры. Последние используются для работы в диапазоне измерений, они реализуются либо изменением во времени, либо имеют одновременно много значений - являются многоканальными или регулируемыми. К мерам относят также стандартные образцы и образцовые вещества.
Стандартный образец – это средство измерений в виде вещества или материала, состав и свойства которого установлены при их метрологической аттестации. Наличие стандартного образца намного удешевляет поверочные работы и аттестацию измерительных систем. Полезность стандартного образца для рассматриваемых нами приложений проявляется при испытаниях образцов твердых топлив ЭУ и их компонентов.
Измерительный прибор – это СИ, предназначенное для выдачи измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия оператором. Общим для всех приборов является наличие аналоговых или цифровых отсчетных устройств. По способу отсчета значений измеряемых величин приборы подразделяются на показывающие и регистрирующие.
Измерительный преобразователь – это СИ, предназначенное для выработки измерительного сигнала в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но недоступной непосредственному восприятию оператором. Таким образом, измерительный преобразователь самостоятельного значения не имеет, а является лишь частью измерительных устройств или систем. Соотношение между входной и выходной его величинами (также как и измерительного прибора) называется функцией преобразования.
Измерительный преобразователь может выполнять разнообразные операции:
измерение физического рода величины (например, датчик);
обеспечение необходимой зависимости выходного сигнала от входного;
согласование сопротивлений или уровней по входу и выходу;
согласование частотных диапазонов или временной протяженности сигналов по входу и выходу;
сравнение двух величин с выдачей результата сравнения и др.
Измерительная система – это совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенная для выработки сигналов данных измерений в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и (или) использования в автоматических системах управления.