|
DOI: 10.14489/TD.2014.02.PP.015-023
Чуприн В. А.
ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ ВЯЗКОСТИ СМАЗОЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ МАШИННОГО ОБОРУДОВАНИЯ. ЧАСТЬ 1
(с. 15-23)
Аннотация. Часть 1. Проверка пригодности реологической модели
Предложены критерии проверки применимости ньютоновской модели вязкой жидкости к реальным жидкостям. Экспериментальные исследования проведены на водных растворах глицерина с концентрациями 0...100 % (вязкость растворов изменяется от 0,01 до 10,00 П) на трех частотах: 1,0; 1,7 и 2,5 МГц. Установлено, что в этом частотном диапазоне теория, использующая реологическую модель Ньютона, хорошо описывает распространение нулевых мод нормальных волн в волноводе, погруженном в жидкость для значений вязкостей до 1 П, т.е. охватывает типичный диапазон смазочных жидкостей машинного оборудования. Обнаружено, что в области очень малых сдвиговых вязкостей наблюдаются частотно-зависимые различия между табличными значениями и рассчитанными из измерений коэффициента поглощения горизонтально поляризованной нормальной волны. Показано, что эти различия могут быть качественно объяснены учетом влияния шероховатостей на поверхности волновода.
Ключевые слова: диагностика, ультразвуковые измерения, горизонтально поляризованные нормальные волны, сдвиговая и кинематическая вязкость, реологическая модель Ньютона, смазочная жидкость, водный раствор глицерина.
Chuprin V.A.
OPTIMIZATION OF ULTRASONIC DEVICE PARAMETERS FOR MEASUREMENTS OF LUBRICANTS VISCOSITY FOR IN-LINE CONDITION DIAGNOSTICS OF MACHINE EQUIPMENT. PART 1
(pp. 15-23)
Abstract. Part 1. Check of suitability of rheological model
It is noted that actual viscosity of lubrication liquids is an important element of a complex of the information parameters regulated in ISO and reflecting a technical state of the diagnosed equipment. The reliability of the numerical values of shear viscosity found from ultrasonic measurements depends on a number of factors, most important of which are suitability of rheological model of the liquid on which the calculation of viscosity are based, compliance of the accepted in the analysis approximations influencing interaction of normal waves propagating in a waveguide immersed in a liquid to real measurement conditions, the integration possibility of ultrasonic waveguide impedance sensors in a design of the diagnosed equipment. The first of the listed factors is considered in the present article. Criteria of check of applicability of the Newtonian model of viscous liquids to real liquids are offered. Experimental researches are conducted on water solutions of glycerol with concentration of 0...100 % (viscosity of solutions changes from 0,01 to 10,00 Р) on three frequencies: 1,0; 1,7 and 2,5 MHz. It is established that in this frequency range the theory using Newton rheological model well describes the interaction of zero modes of normal waves with liquids till viscosity values up to 1 P. It is revealed that there are some frequency-independent distinctions between measured and tabular values of shear viscosity for very small viscous liquids. An explanation possibility of these distinctions is discussed by influence of roughnesses of a waveguide surface.
Keywords: diagnostics, ultrasonic measurements, horizontal-polarized normal plate wave, shear and kinematic viscosity, Newton rheological model, lubricant, water solutions of glycerol.
Чуприн В. А. (ООО «НПК «ЛУЧ», Балашиха, Московская обл.) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
Chuprin V.A (LLC «Scientific-Industrial Company «LUCH», Balashikha, Moscow region) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
1. ISO 13379–2012. Condition Monitoring and Diagnostics of Machines. General Gidelines on Data Interpretation and Diagnostics Techniques.
2. Masian V., Tormos B., Sala A., Ramirez J. Fuzzy Logic-Based Expert System for Diesel Engine oil Analyses Diagnosis // Insight. 2006. V. 48. № 8. P. 462 – 469. doi: 10.1784/insi.2006.48.8.462
3. Мак-Скимин Г. Ультразвуковые методы измерения механических характеристик жидкостей и твердых тел // Физическая акустика / под ред. У. Мэзона. М.: Мир, 1966. Т. 1. Ч. А. С. 327 – 397.
4. Ballantine D. S., White R. W., Ricco S. J. et al. Acoustic Wave Sensors. San Diego: Academic, 1997. 430 p.
5. Lange K., Rapp B. E., Rapp M. Surface Acoustical Wave Biosensors: a Review // Anal. Bioanal. Chem. 2008. V. 391. P. 1509 – 1519. doi: 10.1007/s00216-008-1911-5
6. Greenwood M. S., Adamson J. D., Bond L. J. Measurement of the Viscosity-density Product Using Multiple Reflections of Ultrasonic Shear Horizontal Waves // Ultrasonics. 2006. V. 44. P. 1031 – 1036. doi: 10.1016/j.ultras.2006.05.093
7. Lynnworth L. C. Ultrasonic Measurements for Process Control: Theory, Technique, Applications. Boston: Academic Press, 1989. 694 p.
8. Vogt T. K., Lowe M. J. S., Cawley P. Measurements of the Material Properties of Viscous Liquids Using Ultrasonic Guided Waves // IEEE Transaction on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control. 2004. V. 51. № 6. P. 737 – 747. doi: 10.1109/TUFFC.2004.1304272
9. Гитис М. Б., Чуприн В. А. Применение ультразвуковых поверхностных и нормальных волн для измерений параметров технических жидкостей. 1. Измерение сдвиговой вязкости // ЖTФ. 2012. T. 82. № 5. С. 93 – 99.
10. Гитис М. Б., Чуприн В. А. Применение ультразвуковых поверхностных и нормальных волн для измерений параметров технических жидкостей. 2. Измерение плотности // ЖTФ. 2012. T. 82. № 5. С. 100 – 105.
11. Chuprin V., Gitis M. Measurements of the Material Properties of Liquids Using Normal Acoustic Plate Waves // Proc. 18th World Confer. NDT. Durban, 2012.
12. Микер Т., Мейтцлер А. Волноводное распространение в протяженных цилиндрах и пластинках // Физическая акустика / под ред. У. Мэзона. М.: Мир, 1966. Т. 1. Ч. А. С. 140 – 203.
13. Segur J. B., Oberstar H. Viscosity of Glycerol and its Aqueous Solutions // Ind. & Eng. Chem. 1951. V. 43. Р. 2117 – 2120.
14. Чуприн В. А. Экспериментальное исследование характеристик акустического поля нулевых нормальных мод колебаний тонких пластин // Акуст. журн. 2013. Т. 59. № 1. С. 122 – 133.
15. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Гидродинамика. М.: Наука, 1988. 736 с.
16. Shah V. V., Balasubramaniam K. Measuring Newtonian Viscosity From the Phase of Reflected Ultrasonic Shear Wave // Ultrasonics. 2000. V. 38. P. 921 – 927. doi: 10.1016/S0041-624X(00)00033-0
1. Condition monitoring and diagnostics of machines. General guidelines on data interpretation and diagnostics techniques. (2012). Standard No. ISO 13379-2012.
2. Masian V., Tormos B., Sala A., Ramirez J. (2006). Fuzzy logic-based expert system for diesel engine oil analyses diagnosis. Insight, 48(8), pp. 462-469. doi: 10.1784/insi.2006.48.8.462
3. Mak-Skimin G., Mezon U. (Ed.). (1966). Ultrasonic methods of measurement of mechanical characteristics of liquids and solids. Physical acoustics. (Vol. 1, Part A), pp. 327-397). Moscow: Mir.
4. Ballantine D. S., White R. W., Ricco S. J. et al. (1997). Acoustic wave sensors. San Diego: Academic.
5. Lange K., Rapp B. E., Rapp M. (2008). Surface acoustical wave biosensors: a review. Anal. Bioanal. Chem., 391, pp. 1509-1519. doi: 10.1007/s00216-008-1911-5
6. Greenwood M. S., Adamson J. D., Bond L. J. (2006). Measurement of the viscosity-density product using multiple reflections of ultrasonic shear horizontal waves. Ultrasonics, 44, pp. 1031-1036. doi: 10.1016/j.ultras.2006.05.093
7. Lynnworth L. C. (1989). Ultrasonic measurements for process control: theory, technique, applications. Boston: Academic Press.
8. Vogt T. K., Lowe M. J. S., Cawley P. (2004). Measurements of the material properties of viscous liquids using ultrasonic guided waves. IEEE Transaction on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, 51(6), pp. 737-747. doi: 10.1109/TUFFC.2004.1304272
9. Gitis M. B., Chuprin V. A. (2012). Application of ultrasonic surface and the normal waves to measure parameters of technical liquids. 1. Measurement of shear viscosity. ZhTF, 82(5), pp. 93-99.
10. Gitis M. B., Chuprin V. A. (2012). Application of ultrasonic, surface and normal waves to measure parameters of technical liquids. 2. Density measurement. ZhTF, 82(5), pp. 100-105.
11. Chuprin V., Gitis M. (2012). Measurements of the Material Properties of Liquids Using Normal Acoustic Plate Waves. Proc. 18th World Confer. NDT. Durban.
12. Miker T., Meittsler A., Mezon U. (Ed.). (1966). Waveguide distribution in long cylinders and plates. Physical acoustics. (Vol. 1, Part A, pp. 140-203). Moscow: Mir.
13. Segur J. B., Oberstar H. (1951). Viscosity of glycerol and its aqueous solutions. Ind. & Eng. Chem., 43, pp. 2117-2120.
14. Chuprin V. A. (2013). Experimental research of the characteristics of the acoustic field of zero normal modes of oscillations of thin plates. Akusticheskii zhurnal, 59(1), pp. 122-133.
15. Landau L. D., Lifshits E. M. (1988). Hydrodynamics. Moscow: Nauka.
16. Shah V. V., Balasubramaniam K. (2000). Measuring newtonian viscosity from the phase of reflected ultrasonic shear wave. Ultrasonics, 38, 921-927. doi: 10.1016/S0041-624X(00)00033-0
Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).
Стоимость статьи 350 руб. (в том числе НДС 18%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.
После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.
Для заказа статьи заполните форму:
.
This article is available in electronic format (PDF).
The cost of a single article is 350 rubles. (including VAT 18%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.
After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.
To order articles please fill out the form below:
.
.
|
">
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»