Цей метод є на даний момент найбільш перспективним в нафтохімічній галузі. Його використовують повсюдно, в тому числі нам цікава перспектива цього методу в якості еталонного, для мобільного повірочної установки. [12]
Вібраційні віскозиметри мають наступні основні переваги: зручність і простоту використання, невеликі габарити вібраційного зонда, можливість контролю вибухонебезпечних рідин, можливість контролю в'язкості рідин, що знаходяться при високій температурі і високому тиску, хороші динамічні параметри, можливість автоматизації процесу вимірювання та передачі інформації як для виконавчих актюаторів агрегатів технологічного процесу, так і передачі її на великі відстані по телеметричним або бездротовим кан лам зв'язку на основі Інтернет технологій. [8]
Основні контрольовані параметри вібраційного вимірювального зонда резонансна частота, амплітуда механічних коливань, зрушення фаз між збудливою силою перетворювача і параметрами коливання приймального перетворювача зонда, а також декремент загасання механічних коливань. [8]
Класифікація вібраційних віскозиметрів приведена в таблиці 1 з якої можна проаналізувати переваги і недоліки кожного методу вимірювання. [8]
Класифікація основних параметрів вібраційних віскозиметрів?
Режим коливань зонда
Вимірюється коливальна характеристика
Зонди з зосередженими параметрами
Зонди з розподіленими параметрами
Вимушені гармонійні коливання
Метод примі ним при малих D
Застосуємо при D ≥ 1
Застосуємо при D <<1
Застосуємо при D> (# 967; / (# 967; +1)) 0,5
Висока чутливість при # 967; <<1
Висока чутливість при # 967; <<1
Застосуємо в широкому діапазоні D
Застосуємо при D> 1
Застосуємо в широкому діапазоні D
Застосуємо при D> 1
Поглинання біжучої хвилі
Застосуємо в широкому діапазоні D
Швидкість поширення хвилі
При збільшенні D похибка зменшується
Логарифмічний декремент загасання
Висока чутливість при # 967; <<1
Висока чутливість при # 967; <<1
Висока чутливість при # 967; <<1
Висока чутливість при # 967; <<1
Низька точність через фазової не- стабільності частот
Низька точність через фазової нестабільності час- той
Еквівалентний швидкісного методу при використанні зонда в ланці зворотного зв'язку
де # 967; - коефіцієнт механічних втрат, величина обернено пропорційна механічної добротності Q (# 967; = 1 / Q); D - коефіцієнт демпфірування віброзонда контрольованої рідиною.
В існуючих віскозиметрах вимір в'язкості ведуть в двох режимах збудження вібраційних перетворювачів вимірювального зонда. У безперервному режимі збудження вимірюють такі параметри зонда: частоту, амплітуду механічних коливань і фазові співвідношення між коливаннями збудливого і приймального перетворювачів вимірювального зонда. В імпульсному режимі збудження - вимірюють величину коефіцієнта (декремента) загасання вібраційного зонда. [8]
Найважливішим теоретичним досягненням в області вібраційної віскозиметрії є створення математичних моделей для розрахунків безрозмірних коефіцієнтів демпфірування Do вимірювального зонда контрольованої рідиною. При цьому для різних видів механічних коливань вимірювальних зондів виведені формули для розрахунку коефіцієнтів Do. зв'язують конструктивні механічні параметри зондів і параметри контрольованої рідини - в'язкість h і щільність rж (таблиця 2). [8]
Для вібраційних віскозиметрів запропонований і використовується ряд практичних методів вимірювання в'язкості рідини. Раніше зазначалося, що зниження частоти коливань зонда в усіх відношеннях дуже вигідно для побудови вібраційних віскозиметрів. [8]
Істотним досягненням в області розробки різних методів конструювання вібраційних віскозиметрів, в т. Ч. І при переході до коливань низької частоти є можливість використовувати вимірювальні зонди неідеальної (неправильної) конфігурації, що дозволяє задовільно вирішити багато жорсткі вимоги, продиктовані умовами використання вібровіскозіметров в промислових умовах. [8]
Таблиця 2 Визначення в'язкого демпфірування для вібраційних вимірювальних? зондів
При поступальних механічних коливаннях у в'язкому середовищі через стискання рідини відбувається відведення енергії за рахунок випромінювання. Зі зниженням частоти коливань умови випромінювання звуку в рідину погіршуються, так як поперечні розміри вібратора (зонда) стають вельми малими в порівнянні з довжиною звукових хвиль. При цьому осциллирующий в рідини зонд можна вважати дипольним джерелом, поле якого в безмежному середовищі майже не залежить від його форми, а визначається тільки величиною створюваного дипольного моменту. У цих умовах нестійке тіло можна замінити осцилюють кулею такого ж радіуса, щоб він створював однаковий дипольний момент, як і реально розглядається тіло, що коливається. [8]
Амплітудний (автоколебательний) метод
Для рідин з динамічною в'язкістю # 951;<(5 ÷ 25) Па·с наиболее целесообразно использовать автоколебательный (амплитудный) метод измерения вязкости жидкостей, как наиболее простой, и легко поддающийся автоматизации. Метод обеспечивает наивысшую теоретически возможную чувствительность вибрационного измерительного зонда по вязкости. Измеряют максимальную (резонансную) амплитуду механических колебаний приемного преобразователя вибрационного зонда. Основные недостатки автоколебательного метода и вискозиметров, выполненных на его основе, неравномерность (до 2-3 порядков) чувствительности по измеряемому диапазону вязкостей, нелинейная и обратная зависимость показаний, т. е. при уменьшении вязкости увеличивается амплитуда механических колебаний. [8]
Для виключення недоліків автоколебательного методу запропонований компенсаційний автоколебательний метод і виготовлені зразки вібраційних віскозиметрів. Сутність компенсаційного методу вимірювання полягає в тому, що амплітуда механічних коливань вимірювального зонда підтримується постійної шляхом відповідної зміни величини збудливою сили (електричної потужності, струму або напруги) збудливого перетворювача зонда. Величина збудливою сили перетворювача зонда є мірою в'язкості контрольованої рідини, при цьому залежність між цими параметрами пряма і практично лінійна. Найбільш часто для амплітудного методу використовують вібраційні зонди згинальних коливань у вигляді циліндричних стрижнів або камертонів. [8]
Малюнок 3 Чутливість автоколебательного і компенсаційного методів
Малюнок 4 Залежність резонансної частоти (а) і коефіцієнта демпфірування (б)
Фазовий вібраційний метод
Для істотного розширення діапазону вимірюваної динамічної в'язкості аж до величин (106-107) Па × с запропонований фазовий метод, при кото ром вимірюють величину фазового зсуву j між електричними напряже- нями збудливого і приймального перетворювачів вібраційного ізмері- ного зонда [1]. Для даного фазового методу вібраційні зонди повинні мати тільки зосереджені параметри і в досліджуваній в'язкої рідини повинні створювати плоскі зсувні хвилі. Для вібраційних зондів ис товують поступальні і обертальні (крутильні) механічні колеба- ня. Значення безрозмірних коефіцієнтів демпфірування використовуваних зондів запишуться виразами [2]:
зонд поступальних коливань
зонд обертальних коливань
де h - площа дотику зонда з рідиною;
М - момент інерції площі зіткнення зонда з рідиною;
J - кінетичний момент інерції зонда. [8]
Індекс в'язкості (ІВ) - емпіричне число, яке вказує ступінь зміни в в'язкості масла в межах даного діапазону температур. Високий ІВ означає відносно невелика зміна в'язкості з температурою, а низький ІВ означає велика зміна в'язкості з температурою. Більшість мінеральних основних масел має ІВ між 0 і 110, але ІВ полімерсодержащіе масла (multigrage) часто перевищує 110.
Для визначення індексу в'язкості потрібно визначити кінематичну в'язкість при 40oC і 100oC. Після цього ІВ визначають з таблиць по ASTM D 2270, або ASTM D 39B. Так як ІВ визначається з в'язкості при 40oC і 100oC, він не пов'язаний з низькотемпературної або HTHS в'язкістю. Ці значення отримують за допомогою CCS, MRV, низькотемпературного віскозиметра Брукфільда і віскозиметрів високій швидкості зсуву.
SAE не використовує ІВ, для класифікації моторних масел починаючи з 1967, тому що цей термін технічно застарів. Однак, методика Американського нафтового інституту API 1509 описує систему класифікації основних масел, використовуючи ІВ як один з кількох параметрів, щоб забезпечити принципи взаємозамінності масел і універсалізацію шкали в'язкості.
Основні типи модифікаторів в'язкості
Хімічна структура і розмір молекул - найбільш важливі елементи молекулярної архітектури модифікаторів в'язкості. Є безліч типів модифікаторів в'язкості, вибір залежить від специфічних обставин. [11]
Все що випускаються сьогодні модифікатори в'язкості, складаються з аліфатичних вуглецевих ланцюжків. Головні структурні відмінності знаходяться в бічних групах, які відрізняються і хімічно, і за розміром. Ці зміни в хімічній структурі забезпечують різні властивості модифікаторів в'язкості типу масел, такі як здатність до загустіння, залежність в'язкості від температури, окислювальна стабільність і характеристики економії палива. [11]
Полиизобутилен (PIB або полібутен) - домінуючі модифікатори в'язкості в кінці 1950-их, з тих пір PIB модифікатори були замінені модифікаторами інших типів, тому що вони зазвичай не забезпечують задовільну роботу при низьких температурах і роботу дизельних двигунів. Однак, нізкмолекулярние PIB все ще широко використовується в автомобільних трансмісійних маслах. [11]
Поліметілакрілат (PMA) - PMA модифікатори в'язкості містять алкільні бічні ланцюжки, які перешкоджають утворенню кристалів воску в маслі, таким чином забезпечуючи чудові властивості при низькій температурі. [11]
Олефінових сополімери (OCP) - OCP модифікатори в'язкості широко використовуються для моторних масел завдяки їх низькій вартості і задовільною моторної ефективності. Випускаються різні OCP, відмінні головним чином за молекулярною вагою і стосовно етилену до пропілену. [11]
Складні ефіри сополимера стиролу і малеїнового ангідриду (стіроловий ефіри) - стіроловий ефіри - мультифункціональні модифікатори в'язкості високу ефективність. Комбінація різних алкільних груп надає оліям, що містять такі добавки, чудові властивості при низькій температурі. Стиролові модифікатори в'язкості використовувалися в оліях для енергозберігаючих двигунів і як і раніше використовуються в трансмісійних маслах для автоматичних коробок передач. [11]
Насичені стіролдіеновие сополімери - модифікатори на основі гідрогенізірованниз сополімерів стиролу з ізопрену або бутадієном сприяють економії палива, хорошими характеристиками в'язкості при низьких температурах і вискокотемпературнимі властивостями. [11]
Насичені радіальні полістироли (STAR) - модифікатори на основі гідрогенізованих радіальних полістирольних модифікаторів в'язкості показують гарний опір зрушенню при відносно низькій вартості обробки, в порівнянні з іншими типами модифікаторів в'язкості. Їх властивості при низькій температурі подібні властивостями модифікаторів OCP. [11]