izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2020-9-43-49izmertech-1837Research ArticleМЕХАНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯMECHANICAL MEASUREMENTSБесконтактное пневмоэлектрическое устройство для измерений вязкости жидкостейA non-contact pneumoelectric device for liquid viscosity measurementСавенковА. П.SavenkovA. P.

Тамбов

Aleksandr P. Savenkov

Tambov

savencow@yandex.ruМордасовМ. М.MordasovM. M.

Тамбов

Mikhail M. Mordasov

Tambov

mmm-tmb@rambler.ruСычёвВ. А.SychevV. A.

Тамбов

Vladislav A. Sychev

Tambov

flyholand@mail.ruТамбовский государственный технический университетРоссияTambov State Technical UniversityRussian Federation202017072023094349Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1837

Приведён обзор бесконтактных методов измерения вязкости жидкостей. Рассмотрены бесконтактные аэрогидродинамические методы, позволяющие с высокой точностью определять вязкость неоднородных и непрозрачных жидкостей в диапазоне 2–100 Па·с. Описан наиболее перспективный, но недостаточно развитый бесконтактный импульсный аэрогидродинамический метод, который заключается в деформации поверхности контролируемой жидкости струёй газа и определении вязкости по времени достижения заданной степени деформации с момента подачи газовой струи. Для измерений вязкости разработано бесконтактное аэрогидродинамическое устройство с лазерным триангуляционным детектором поверхности жидкости, применение которого позволило полностью автоматизировать прибор и значительно повысить точность измерений вязкости. Исследованы четыре возможных варианта реализации устройства. Выбран наиболее перспективный вариант с точки зрения повышения точности измерений и уменьшения чувствительности устройства к влияющим величинам. Описаны конструкция и принцип работы устройства. Исследовано влияние конструктивных параметров устройства на систематическую и случайную составляющие погрешности измерений. Получена относительная погрешность измерений вязкости жидкостей в диапазоне 2–100 Па·с не более 2 %. Разработанное бесконтактное аэрогидродинамическое устройство целесообразно использовать для контроля вязких жидкостей в различных отраслях промышленности.

Non-contact aerohydrodynamic methods, unlike other non-contact methods, allow highly accurate determination of the viscosity of inhomogeneous and opaque liquids in any industry in the interval of 2–100 Pa·s. The pulsed aerohydrodynamic method was proposed about thirty years ago, and is the most promising of the non-contact methods, but it has not received proper development. The method consists in deforming the surface of a tested liquid with a gas jet and determining the viscosity from the time takes to reach a predetermined degree of deformation from the moment when the gas jet was applied. The paper presents the results of studies of a non-contact aerohydrodynamic device for measuring viscosity with a laser triangulation detector of the liquid surface, the use of which made it possible to fully automate the device and significantly increase the accuracy of viscosity measurements. The aim of the research is to choose the most promising of four possible variants for implementing the device. The choice was made according to criteria, the fulfillment of which ensures a decrease in the sensitivity of the device to influencing quantities, and an increase in the measurement accuracy. A description of the design and principle of operation of the device is given. The results of studies of design parameters influence on the systematic and random components of the measurement error are presented. The relative error in measuring the viscosity of liquids in the interval from 2 to 100 Pa·s does not exceed 2 %. The developed non-contact aerohydrodynamic device is advisable to use in testing of viscous liquids in various industries.

аэрогидродинамический методбесконтактный методвязкостьгазжидкостьповерхностьструятриангуляционный детектор.aerohydrodynamic methodgasjetliquidnon-contact methodviscositysurfacetriangulation detectorReferencesМордасов М. М., Савенков А. П. Бесконтактные методы измерения вязкости жидкостей (обзор) // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2013. Т. 79. № 1. С. 27–35.Mordasov M. M., Savenkov A.P., Inorganic Materials, 2014, vol. 50, no. 15, pp. 1435–1443. https://doi.org/10.1134/S0020168514150126Sohl C. H., Miyano K., Ketterson J. B., Review of Scientifi c Instruments, 1978, vol. 49, no. 10, pp. 1464–1469. https://doi.org/10.1063/1.1135288Sohl C. H., Miyano K., Ketterson J. B., Review of Scientifi c Instruments, 1978, vol. 49, no. 10, pp. 1464–1469. https://doi.org/10.1063/1.1135288Behroozi F., Smith J., Even W., American Journal of Physics, 2010, vol. 78, no. 11, pp. 1165–1169. https://doi.org/10.1119/1.3467887Behroozi F., Smith J., Even W., American Journal of Physics, 2010, vol. 78, no. 11, pp. 1165–1169. https://doi.org/10.1119/1.3467887B. M. Pierce, D. B. Chang, US Patent no. 5005401 (9 April 1991).B. M. Pierce, D. B. Chang, US Patent no. 5005401 (9 April 1991).Nishimura Y., Hasegawa A., Nagasaka Y., Review of Scientifi c Instruments, 2014, vol. 85, no. 044904, 11 p. https://doi.org/10.1063/1.4871992Nishimura Y., Hasegawa A., Nagasaka Y., Review of Scientifi c Instruments, 2014, vol. 85, no. 044904, 11 p. https://doi.org/10.1063/1.4871992Koller T. M., Klein T., Giraudet C., Chen J., Kalantar A., van der Laan G. P., Rausch M. H., Froba A. P., Journal of Chemical & Engineering Data, 2017, vol. 62, no. 10, pp. 3319−3333. https://doi.org/10.1021/acs.jced.7b00363Koller T. M., Klein T., Giraudet C., Chen J., Kalantar A., van der Laan G. P., Rausch M. H., Froba A. P., Journal of Chemical & Engineering Data, 2017, vol. 62, no. 10, pp. 3319−3333. https://doi.org/10.1021/acs.jced.7b00363Herlach D. M., Cochrane R. F., Egry I., Fecht H. J., Greer A. L., International Materials Reviews, 1993, vol. 38, no. 6, pp. 273–347. https://doi.org/10.1179/095066093790326267Herlach D. M., Cochrane R. F., Egry I., Fecht H. J., Greer A. L., International Materials Reviews, 1993, vol. 38, no. 6, pp. 273–347. https://doi.org/10.1179/095066093790326267Li L. H., Hu L., Yang S. J., Wang W. L., Wei B., Journal of Applied Physics, 2016, vol. 119, no. 035902, 8 p. https://doi.org/10.1063/1.4940243Li L. H., Hu L., Yang S. J., Wang W. L., Wei B., Journal of Applied Physics, 2016, vol. 119, no. 035902, 8 p. https://doi.org/10.1063/1.4940243Brillo J., Lohöfer G., Schmidt-Hohagen F., Schneider S., Egry I., International Journal of Materials and Product Technology, 2006, vol. 26, no. 3/4, pp. 247–273. https://doi.org/10.1504/IJMPT.2006.009469Brillo J., Lohöfer G., Schmidt-Hohagen F., Schneider S., Egry I., International Journal of Materials and Product Technology, 2006, vol. 26, no. 3/4, pp. 247–273. https://doi.org/10.1504/IJMPT.2006.009469Langstaff D., Gunn M., Greaves G. N., Marsing A., Kargl F., Review of Scientifi c Instruments, 2013, vol. 84, no. 124901, 10 p. https://doi.org/10.1063/1.4832115Langstaff D., Gunn M., Greaves G. N., Marsing A., Kargl F., Review of Scientifi c Instruments, 2013, vol. 84, no. 124901, 10 p. https://doi.org/10.1063/1.4832115Kremer J., Kilzer A., Petermann M., Review of Scientifi c Instruments, 2018, vol. 89, no. 015109, 8 p. https://doi.org/10.1063/1.4998796Kremer J., Kilzer A., Petermann M., Review of Scientifi c Instruments, 2018, vol. 89, no. 015109, 8 p. https://doi.org/10.1063/1.4998796Ansari Hosseinzadeh V., Holt R. G., Journal of Applied Physics, 2017, vol. 121, no. 174502, 6 p. https://doi.org/10.1063/1.4982908Ansari Hosseinzadeh V., Holt R. G., Journal of Applied Physics, 2017, vol. 121, no. 174502, 6 p. https://doi.org/10.1063/1.4982908Kuo F.-J., Sheng C.-T., Ting C.-H., Journal of Food Engineering, 2008, vol. 86, no. 1, pp. 84–90. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2007.09.016Kuo F.-J., Sheng C.-T., Ting C.-H., Journal of Food Engineering, 2008, vol. 86, no. 1, pp. 84–90. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2007.09.016Мордасов М. М., Савенков А. П., Чечетов К. Е. Особенности применения термина «бесконтактный метод измерения» // Датчики и системы. 2017. № 4. С. 47–52.Mordasov M. M., Savenkov A. P, Chechetov K. E., Sensors and Systems, 2017, no. 4, pp. 47–52 (in Russian).Postnov D. D., Moller F., Sosnovtseva O., PLoS ONE, 2018, vol. 13(9), no. e0203141, 10 p. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0203141Postnov D. D., Moller F., Sosnovtseva O., PLoS ONE, 2018, vol. 13(9), no. e0203141, 10 p. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0203141Пат. № 2305271 РФ / Б. А. Безуглый, О. А. Тарасов, С. И. Чемоданов // Изобретения. Полезные модели. 2007. № 24.Bezuglyj B. A., Tarasov O. A., Chemodanov S. I., RF Patent no. 2305271, Byull. Izobret., no. 24 (2007).Yoshitake Y., Mitani, S., Sakai, K., Takagi, K., Journal of Applied Physics, 2005, vol. 97, no. 024901, 6 p. https://doi.org/10.1063/1.1839640Yoshitake Y., Mitani, S., Sakai, K., Takagi, K., Journal of Applied Physics, 2005, vol. 97, no. 024901, 6 p. https://doi.org/10.1063/1.1839640S. Nowinski, GB Patent no. 2192987 (27 January 1988).S. Nowinski, GB Patent no. 2192987 (27 January 1988).P. G. Backes, US Patent no. 5024080 (18 June 1991).P. G. Backes, US Patent no. 5024080 (18 June 1991).Мордасов М. М., Савенков А. П. Пневматическое бесконтактное измерение вязкости жидкостей // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2009. Т. 75. № 2. С. 33–37.Mordasov M. M., Savenkov A. P., Industrial Laboratory. Diagnostics of Materials, 2009, vol. 75, no. 2, pp. 33–37 (In Russian).Мордасов Д. М., Мордасов М. М., Савенков А. П. Аэрогидродинамические эффекты в бесконтактных струйных методах неразрушающего контроля вязкости жидких веществ. М.: Физматлит, 2012. 352 c.Mordasov D. M., Mordasov M. M., Savenkov A. P., Aerogidrodinamicheskie effekty v beskontaktnyh struinyh metodah nerazrushayuschego kontrolya vyazkosti zhidkih veschestv, Moscow, Fizmatlit Publ., 2012, 352 p. (in Russian).Мордасов М. М., Савенков А. П., Сафонова М. Э., Сычев В. А. Бесконтактное триангуляционное измерение расстояния до зеркальных поверхностей // Автометрия. 2018. Т. 54. № 1. С. 80–88. https://doi.org/10.15372/AUT20180111Mordasov M. M., Savenkov A. P., Safonova M. E., Sychev V. A., Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing, 2018, vol. 54, no. 1, pp. 69–75. https://doi.org/10.3103/S8756699018010119Мордасов М. М., Савенков А. П., Сычёв В. А., Мозгова Г. В. Лазерный триангуляционный детектор расстояния до зеркальной поверхности // Датчики и системы. 2018. № 3. С. 49–53.Mordasov M. M., Savenkov A. P., Sychev V. A., Mozgova G. V., Sensors and Systems, 2018, no. 3, pp. 49–53 (in Russian).Мищенко С. В., Мордасов М. М., Савенков А. П., Сычёв В. А. Исследования влияния размеров сосуда с жидкостью на показания вискозиметра Брукфильда // Измерительная техника. 2020. № 4. С. 33–38. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2020-4-33-38Mischenko S. V., Mordasov M. M., Savenkov A. P., Sychev V. A., Measurement Techniques, 2020, vol. 63, nо. 4, pp. 288–294. https://doi.org/10.1007/s11018-020-01784-2

The authors declare that there are no conflicts of interest present.