Для того чтобы при покраске деревянных или металлических изделий сам процесс прошел правильно, необходимо подобрать красители нужной густоты, в этом поможет специальный инструмент: принцип работы вискозиметра мы и изучим в данной статье.
Чем и зачем измерить вязкость?
Как узнать, хорошую краску мы приобретаем или нет? Для этого можно использовать прибор для определения вязкости или густоты вещества, которым мы заинтересовались.
Какой же вид данного приспособления нужен нам для конкретной ситуации? Узнать это можно, рассмотрев особенности каждого типа приборов, поэтому в данной статье посмотрим, как устроен вискозиметр, узнаем принцип его действия и обсудим применение.
Что интересно, на сегодняшний день существуют разные способы, по которым классифицируют данные приспособления.
Например, различают среди таких инструментов как те, что способны выдержать влияние большой температуры, так и аппараты, не предназначенные для этой цели.
Можно также отличать их по исследуемым свойствам вязкой среды, здесь присутствуют инструменты с большим количеством функций, также есть и те, что имеют специальное предназначение измерять вязкости в особых средах с уже известными заранее свойствами.
Выделяют следующие виды приспособления для измерения вязкости: капиллярные, ультразвуковые, с вибрацией, ротационные, использующие в работе пузырьки, а также с падающим шариком.
Проводимые измерения точны, так как существуют высокоточные приспособления, применяются эти аппараты широко, в частности, в промышленности, при лабораторных экспериментах, в медицине и даже в полевых условиях.
Проведем сравнение, которое покажет, что именно пригодится в нашем ремонте или строительстве.
Ротационный аппарат для измерения вязкости жидкости
В аппарате ротационного действия вязкая среда помещается в зазор между парой тел правильного соотношения, например, цилиндр или конус.
Одно из них (это и есть ротор) начинает вращаться с неизменной скоростью, а другое не изменяет положения. Принцип действия этого инструмента имеет несколько нюансов.
Вращательное движение от ротора к другому телу происходит благодаря перемещению жидкости.
Теория, основанная на этом понятии, полагает, что по поверхности тел жидкость не проскальзывает, поэтому момент вращения от одной точки до другой принято называть мерой для вязкости жидкостей.
Пользуются популярностью ротационные электрические устройства: в них цилиндр, погруженный во внутреннюю вязкую среду, работает от электродвигателя.
При вращении с одной скоростью ротора аппарата во время вхождения в жидкую среду возникает сопротивление, пропорциональное движению вращения, а на валу двигателя происходит тормозящий момент, противоположный вязкости среды, вызывающий соответствующее изменение установленных характеристик электродвигателя.
Читайте еще: Лучшая сабельная пила – как выбрать надежный инструмент?
При выполнении корпуса такого аппарата из термоустойчивых материалов он может быть представлен, как устройство, имеющее способность для работы с высокими температурами. Наиболее часто оно применяется для обследования жидкостей, как при небольших отрицательных температурах, например в маслах, так и при очень высоких. Имеет небольшие погрешности, на которые можно не обращать внимание.
Капиллярный вискозиметр – когда нужна высокая точность!
Приспособление для измерения вязкости с капиллярами выглядит, как емкость (или несколько емкостей) определенного объёма с круглыми небольшими трубками, они же и есть капилляры.
Как пользоваться вискозиметром с капиллярами, догадаться несложно: внутрь запускаем исследуемый раствор и ждем, пока он проделает путь.
Суть такова, что при малой скорости вещество протекает по капиллярам заданного сечения и нужной длины, где на него оказывает влияние разница между давлениями.
В автоматизированных аппаратах этого типа жидкость подается в капилляр насосом постоянной производительности.
Капиллярный вариант аппарата отличается простым устройством, так что получить точные значения вязкости легко. Из-за этих свойств данный представитель часто используется для определения свойств масел.
Несмотря на обманчивый вид тонких стенок, капилляры, на самом деле, способны выдержать высокие температуры.
Но следует помнить, что всё же слишком большие температуры могут привести к изменению формы капилляра, а такие деформации недопустимы, ведь из-за этого будет страдать точность показаний.
Что ещё хуже, материал капилляра даже способен в этом случае соединиться с жидкой средой внутри себя. Стоит отметить, что можно сделать примитивный капиллярный вискозиметр своими руками.
Капиллярный вариант конструкции вполне можно изготовить из подручных материалов, правда, точность в этом случае, конечно, будет хромать.
Аппарат Гепплера – на что способен шарик в вязкой среде?
Интересен принцип работы аппарата для изучения вязкости, названный именем ученого Гепплера. В нем помещен небольшой шарик, имеющий свойство двигаться в той среде, что нужно исследовать.
Закон Стокса о шарике является основанием для действия конструкции Гепплера, и гласит, что он способен падать в вязкой среде, ничем не ограниченной. Аппарат представлен в виде трубки из материала разной прозрачности, куда помещаем исследуемую жидкость.
Её вязкость узнаем из скорости падения шарика между трубками аппарата по специальным формулам. После этого используется формула расчета вязкости материала для этого вискозиметра.
Читайте еще: Термофен для пайки своими руками и детали для изготовления
С использованием этого инструмента иногда возникают определенные трудности. Из-за непрозрачности сразу нельзя найти, где же упал шарик.
Чтобы решить эту проблему, были предприняты попытки встроить в аппарат материалы, которые бы излучали рентгеновские лучи. Сейчас успешно применяется способ, регистрирующий магнитные поля.
Аппарат Гепплера, если снабдить его термостатирующей баней, можно характеризовать, как уникальный инструмент, способный работать под воздействием высоких температур.
Вибрационный метод определения вязкости
Для того чтобы понять, что такое вибрационный вариант аппарата, представьте резервуар с жидкостью и помещенными в него пластиной или шаром, которые также известны, как зонд, производящий вынужденные колебания вязкой среды.
При эксперименте определяем изменения свойств вынужденных колебательных движений зонда во время его погружения в вязкую среду. Используя теорию метода вибрационной вискозиметрии, по полученным значениям определяем, насколько хорошей вязкостью обладает среда.
Методу с вибрацией присуща чувствительность, которая значительно больше той, что имеют ротационные аппараты.
Все это позволяет применять их в строительстве, когда необходимо определить вязкость красителей или масел, использующихся для работы различных инструментов и приспособлений.
Широкой известностью отличаются вибрационные электрические инструменты, в корпус которых встроен датчик амплитуды, учитывающий импульсы электромагнитного вибратора. Области, где возможно применение всех перечисленных приборов, самые разные.
Можно измерять вязкость нефтепродуктов, масел смазки, расплавленных силикатов, лаков, металла и других тягучих материалов. Также ими можно легко измерить вязкость красок, покрытий, битумов, паяльных паст и прочих материалов.
- Михаил Малофеев
- Распечатать
Что собою представляет вязкость в красках и как ее измерить вискозиметром?
Сопротивление жидкости растеканию – такое определение дается термину «вязкость». Это важный показатель для лакокрасочного продукта. Зависит он температурного режима окружающей среды. Как любой показатель измеряется прибором. Используется визкозиметр для краски, как отечественного производства, так и импортного.
Единица измерения вязкости в секундах
Показатель измеряемой вязкости краски или других жидкостей (масла) пропорционален временному промежутку, за который вытекает определенный объем краски из определенной трубки под воздействием определенного давления.
Отсюда вывод, что вязкость как параметр оценивается в секундах. Это время от начала вытекания ЛКМ из воронок или мерных чаш до первой остановки струи (не ожидается вытекания до последней капли). Правильное название параметра – «условная вязкость». Чем больше показатель, тем дольше жидкость вытекает через отверстие.
Для измерения параметра понадобится не больше 3 минут, но он поможет разобраться во многом.
Как влияет вязкость на другие характеристики
Ответ, почему нужно измерять параметр условной вязкости жидкости кроется в разъяснении на что он оказывает влияние:
- Слишком вязкая краска плохо распределяется по поверхности материала.
- Слишком толстый слой покрытия долго сохнет. Теряется много производственного времени.
- Снижается прочность покрытия на финише, если использовалась слишком густая по консистенции краска.
- Снижается сцепление ЛКМ и поверхности, поскольку нет заполняемости густым составом всех неровностей на поверхности.
- Появляются дефекты в виде подтеков от толстого слоя покрытия.
- Не справляются с вязким материалом дешевые краскопульты.
- Краска излишне разбавленная наносится в несколько слоев, чтобы результат был удовлетворительным. Тратится больше времени на работу, изнашивается краскопульт.
Определение вязкости позволяет получить краску, которая обеспечит хорошо окрашенную поверхность, сократить время на производственный процесс, уменьшить расход материала и сохранить инвентарь.
Как измеряется параметр?
Выбор единицы измерения зависит от выбора производителя ЛКМ. Отечественные производители красок используют обозначение параметра в секундах; на импортных красках выставляется обозначение «DIN».
Так обозначается время, выраженное в секундах, на протяжении которого жидкость проходит через отверстие (заданного диаметра). Жидкий состав быстрее полностью проходит через отверстие. Для густого понадобиться больше времени покинуть емкость. Консистенция жидкости не изменяет алгоритм пользования вискозиметром.
Описание прибора измерения вязкости
Инструмент для измерения вязкости ЛКМ – вискозиметр. Конструкционно устроен очень просто:
- емкость в 100 миллиметров в форме воронки;
- отверстие диаметром до 4 мм, через которое вытекает жидкость.
Для точных измерений вязкости в быту в продаже встречается вискозиметр по цене 200-500 рублей. Устройство, используемое в лабораториях, в цене достигает 100 тысяч рублей.
Вискозиметр прост в использовании:
- Заполняется воронка жидкостью, предварительно закрыв отверстие пальцем.
- В момент открытия отверстия (убрав палец) запускается секундомер.
- Фиксируется время, когда емкость полностью становится пустой. Несколько капель не повлияют на параметр вязкости в DIN.
Точность определения прибором зависит от температуры окружающей среды и самой краски. Показатель температуры должен быть в пределах от 18о до 22о. Известно, что состав загустеет, если температура его и воздуха ниже положенного порога. Если же температура выше, то густота уменьшается. Значит, результат параметра будет не правильный.
Оптимальные значения параметра
На упаковке ЛКМ производителем указывается оптимальный параметр вязкости для выбранных условий. Если этого нет, то данные есть на сайте вязких жидкостей. Общие рекомендации, определяющие подобные составы указаны в таблице.
| Вид материала | Временной промежуток, сек. |
| ЛКМ для покраски машин | от 15 до 20 |
| Грунтовой материал | от 15 до 30 |
| Покрытие текстурное | от 15 до 25 |
| Краска-глазурь | от 20 до 30 |
| Латексный вид | от 35 до 45 |
| Масляные по составу и эмаль | от 15 до 25 |
Если нет возможности установить точный параметр вязкости краски из-за отсутствия прибора, то состав доводится до консистенции молока. На упаковке производителем должен указываться тип разбавителя. Самопроизвольно его выбирать нельзя. Так нитроэмаль не разводится простой водой. Каждому виду красок соответствует свой разбавитель.
Как разводятся двухкомпонентные красители
Информация, как разводятся двухкомпонентные красители, изучается отдельно. Принцип достижения правильной вязкости отличается.
- В строгой пропорциональности добавляется в краску отвердитель. Важно соблюсти норму иначе пострадает прочность покрытия.
- Параметр вязкости проверяется вискозиметром отдельно. Возможно, понадобится растворитель.
Мерная емкость используется для измерения и отбора нужного количества основы и отвердителя, если объем краски не большой.
Линейка для измерений используется так же в таких ситуациях. Точность измерений не будет нарушена при одном условии: тара используется только в форме цилиндра. Важно: ведро имеет форму конуса. Например, краска без отвердителя в цилиндре налита до уровня 40 см отметки, то пропорция 1:4 выдержится, если долить разбавитель до высоты 50 см отметки. Только после добавки отвердителя разбавляются красители двухкомпонентные.
Стандарт чашек прибора измерения вязкости
В работе используются чаши нескольких стандартов:
- по ГОСТу России 9070-75 – это воронки ВЗ-246;
- аналог от европейского производителя – DIN 53211-87;
- европейские чаши, для продуктов из Америки – воронки FORD или ASTM D Форма усеченного конуса с расширенным горлышком и зауженным внизу отверстием с заданным диаметром.
По европейским стандартам используются чаши 5 видов с одинаковой емкостью 100 мл, но с отверстиями внизу разного диаметра: 2 мм, 3 мм, 4 мм и 6 мм, 8 мм.
FORD чаша 
ВЗ-246
FORD чаша отличается от отечественного вискозиметра своими отверстиями. Физическая вязкость увеличивается, если диаметр отверстия увеличивается, а время вытекания не изменялось.
В лабораториях используют чашечные модели, а в быту применяют погружной прибор. Зная принцип и особенности его работы в домашних условиях изготовить своими руками вискозиметр для краски не сложно.
Материал, используемый для изготовления чаш прибора, легко очищается от краски. Ручка штатива регулируется по высоте. В условиях производства исследуемая доза подается в емкость специальным автоматизированным микронасосом. Капиллярный вискозиметр отличается высокой точностью измерения показателя вязкости ЛКМ.
Типы прибора для лабораторных исследований
В лабораторных условиях используется несколько типов вискозиметра. Они отличаются между собой способом измерения параметра:
- Чашечный капиллярный прибор – наполняется жидкостью, которая вытекает через тонкую трубку. Внутри прибора создается разница давлений. Она и позволяет установить параметр вязкости жидкости.
- Прибор с вращающимися телами – ротационный вискозиметр. Тела должны быть правильной формы: конус, цилиндр, сфера. Одно тело помещается внутрь другого и движется там. Свободное пространство между ними заполняется жидкостью для исследования. Когда запускается вся конструкция, от скорости движения сферы зависит параметр вязкости. Вискозиметр Брукфильда относится к ротационному типу.
- Прибор с движущимся шариком сквозь пробу работает по закону Стокса. К такому типу относится аппарат Гепплера.
- Прибор с вибрирующим зонтом – вибрационного типа. В основе замеров колебания этого зонта.
- Пузырьки газа, что всплывают на поверхности жидкости, анализируются пузырьковым прибором при расчетах параметра.
4.6. Методы определения вязкости
Следующая страница • Содержание • Предыдущая страница
Приборы для измерения вязкости называют вискозиметрами. Обычно используют капиллярные, ротационные и шариковые вискозиметры. Наиболее распространенные капиллярные вискозиметры применяют для определения вязкости неструктурированных и слабоструктурированных жидкостей. Схема капиллярного вискозиметра была приведена на рис. 2.28. Основным элементом этих вискозиметров является капилляр. Определение вязкости проводят путем измерения времени t течения жидкости от метки a до метки b. Напряжение деформации может задаваться извне путем присоединения штуцера к моностату, в котором создается давление (или разрежение) Рм. Жидкость может вытекать также под действием гидростатического давления:
Pг = rgh, (2.4.73)
где r – плотность жидкости, g – ускорение свободного падения, h – среднее расстояние между уровнями жидкости в резервуарах А и В.
Вязкость рассчитывают по уравнению Пуазейля:
, (2.4.74)
где V – объем жидкости, вытекающей из капилляра за время t; P – давление, под действием которого жидкость течет; r – радиус капилляра; l – длина капилляра.
В капиллярном вискозиметре объем жидкости в резервуаре всегда постоянный, поэтому уравнение (2.4.74) приводят к виду
, (2.4.75)
где K – постоянная вискозиметра, которую находят при использовании стандартной ньютоновской жидкости.
В ротационных вискозиметрах с колоколообразным статором исследуемая жидкость находится в зазорах как с внешней, так и с внутренней стороны статора. Обычно оба зазора между статором и ротором одной ширины d.
Сила сдвига слоев структурированной жидкости измеряется по углу закручивания упругого подвеса с известной упругостью.
Если диаметр статора D вискозиметра много больше толщины его стенки и зазора, то скорость сдвига будет одинаковой как во внешнем, так и во внутреннем зазорах и градиент скорости составит
, (2.4.76)
а напряжение
, (2.4.77)
- где N – частота вращения ротора, с-1; М = dGk – крутящий момент, действующий на статор; Н – глубина погружения статора в исследуемую жидкость.
- Силой трения торца статора о жидкость пренебрегают.
- Ротационный вискозиметр с колоколообразным статором используют при низкой и умеренной частоте вращения, когда во внутреннем зазоре отсутствуют нарушения однородности течения.
- При высокой частоте вращения используют приборы со сплошным статором. Для такого вискозиметра
. (2.4.78)
Для уменьшения сопротивления торца статора между ним и дном ротора оставляют расстояние А >> d. Если сделать А»d, то придется вводить поправку, учитывающую сопротивление сдвигу в этой части прибора. Для исключения введения этой поправки иногда статор делают коническим.
 Рис. 2.48. Схема простейшего ротационного вискозиметра |
Для измерения вязкости структурированных тиксотропных систем существует группа простых ротационных вискозиметров, в которых статор неподвижен, а измеряется регистрируемая частота вращения ротора под действием постоянной заданной силы. Схема такого прибора приведена на рис 2.48.
В этом вискозиметре исследуемую жидкость заливают также в зазор между коаксиальными цилиндрами (ротор 4 и статор 5). Ротор прибора связан со шкивом 2, приводимым во вращение под действием грузов, которые помещают на чашки, закрепленные на капроновом шнуре.
Эти чашки можно поднимать, не вращая ротор, что позволяет измерять вязкость структурированных систем без нарушения целостности структуры на подготовительном этапе опыта. На одной оси с ротором закреплен лимб 1, по которому проводят отсчет оборотов вращения ротора.
Лимб зафиксирован стопорным винтом 3, при опускании которого чашечки начинают опускаться и вращать ротор совместно с лимбом. Статор прибора установлен на подъемной площадке 6 и зафиксирован винтом 7.
Суспензию заливают во внешний цилиндр (статор), который поднимают с помощью подъемного устройства 9, вращая маховик 8 до тех пор, пока верхние торцы ротора и статора не установятся в одну плоскость. Суспензия должна заполнить весь объем между статором и ротором.
Напряжение сдвига находят по формуле
t = K1 m , (2.4.79)
где K1– постоянная прибора, зависящая от зазора между цилиндрами; m– масса груза.
Эффективную вязкость исследуемой жидкости рассчитывают по формуле
, (2.4.80)
где K2 – постоянная, зависящая от сопротивления узлов трения прибора; N – частота вращения ротора за время t.
| Рис. 2.49. Схема реовискозиметра Хепплера |
Для сравнительных исследований различных композиционных тиксотропных материалов можно использовать шариковые реовискозиметры, например, реовискозиметр Хепплера, схема которого показана на рис. 2.49. Основным элементом прибора является шарик 10, который через шарнир 6 с помощью зажима 8 крепится на рычаге 5.
Рычаг поворачивается вокруг шарнира 2 под действием груза 4 и перемещает шарик 10 в исследуемой жидкости 9, находящейся в термостатируемом сосуде. Перемещение рычага регистрируется индикатором 11. Перед измерением рычаг устанавливают в верхнее положение арретиром 3.
Для точной регулировки усилия на рычаге установлен подвижный груз 4.
Напряжение, под действием которого жидкость протекает между шариком и стенкой сосуда
, (2.4.81)
где m – масса груза; l1 и l2 – длины плеч рычага и подвески груза; d – диаметр шарика; g – ускорение свободного падения.
Если зазор (D-d) между шариком и стенкой внутреннего сосуда диаметром D много меньше, чем диаметр шарика d, то средняя скорость в самой узкой части зазора
, (2.4.82)
а объемная скорость течения
v = p U d2/ 4 , (2.4. 83)
где U = S / t – линейная скорость опускания шарика; S – число делений индикатора за время t; K = l2 / l1.
Следует помнить, что полученные на реовискозиметре Хепплера количественные данные относятся к конкретному использованному прибору. Поэтому приборы калибруют по стандартным жидкостям. В частности, для расчета вязкости жидкостей используют уравнение
h = K m / t, (2.4.84)
где m – масса груза; t – время перемещения шарика; K – постоянная прибора, найденная по стандартным жидкостям для определенной пары «шарик – сосуд (пробирка)».
Следующая страница • Содержание • Предыдущая страница
Вискозиметр
Вискозиметр представляет собой устройство , предназначенное для измерения вязкости в жидкостях . Есть два типа вискозиметров: « технологические » вискозиметры и лабораторные вискозиметры.
Вибрационный промышленный вискозиметр
Принцип действия
Активной частью вискозиметра является вибрирующий стержень, приводимый в действие постоянным источником питания. Амплитуда вибрации меняется в зависимости от вязкости жидкости, в которую погружен стержень.
Эти « технологические » вискозиметры практичны, поскольку не имеют изнашиваемых деталей и не требуют обслуживания.
Кроме того, некоторые конфигурации вибрационных вискозиметров могут работать в очень сложных промышленных условиях: взрывоопасная зона, высокое давление 300 бар , высокая температура 300 ° C , высокая вязкость 1 000 000 мПа с .
В отличие от ротационных вискозиметров, вискозиметры вибрационного типа лучше всего подходят для промышленных измерений вязкости, поскольку они работают при высоких скоростях сдвига и могут измерять высоковязкие, забивающие и волокнистые жидкости.
Основные приложения
Вискозиметр с падающим шариком
Вискозиметр с падающим шариком позволяет определять вязкость жидкостей по закону Стокса . Эта модель предназначена для прозрачных ньютоновских жидкостей .
Вискозиметры безнапорные
Принцип заключается в измерении времени истечения продукта для определения его вязкости. Поскольку поток медленный, мы имеем доступ к вязкости только при низкой скорости сдвига ; в частности, невозможно определить зависимость между вязкостью и скоростью сдвига.
Стандартизированная посадка
Самый простой способ — определить время слива под действием силы тяжести для стандартной чашки с калиброванным отверстием на дне. Преимущество этого метода в том, что его можно проводить на месте , не требуется подготовки и используется недорогое оборудование.
Вискозиметр Марша
Основное отличие вискозиметра Марша от стандартного вискозиметра заключается в том, что в нем используется коническая воронка, диаметр которой вдвое превышает ее высоту, и чаще всего ее объем составляет один литр или четверть галлона США. Здесь также измеряется время опорожнения.
Вискозиметр Оствальда
Описание
Вискозиметр Оствальда, названный в честь Вильгельма Оствальда , представляет собой капиллярный вискозиметр, состоящий из U-образной трубки с переменным радиусом.
В одной из вертикальных ветвей U-образной формы имеется большая по высоте часть в форме луковицы, за которой непосредственно следует капилляр. Трубка возвращается к своей стандартной ширине, а затем выполняет изогнутую часть трубки.
В другом вертикальном ответвлении есть вторая луковица, еще большего размера, но на этот раз расположенная в нижней части.
Две точки, расположенные одна над верхней лампочкой (A), другая под этой же лампочкой (B), определяют известный объем.
Определение динамической вязкости жидкости
Цель состоит в том, чтобы измерить время, необходимое для прохождения жидкости из верхней точки A в нижнюю точку B. Полученная таким образом Δ t позволяет определить динамическую вязкость (η) при низкой скорости сдвига жидкости, зная ее плотность (ρ) с помощью по закону Пуазейля .
Затем мы получаем
Δтзнак равноkηρ{ displaystyle Delta t = { frac {k eta} { rho}}}
где k — постоянная, зависящая от вискозиметра, поставляемого производителем, или определяемая путем калибровки с жидкостью известной плотности и вязкости . Однако k является постоянным только в том случае, если жидкость всегда доводится до одного и того же уровня (точка A) в начале каждой манипуляции и если нет пузырьков.
На практике жидкость, вязкость которой необходимо определить, наливают в трубку и затем поднимают до точки А, часто с помощью водяного насоса. Другие типы вискозиметров, работающих на той же модели, используются для непрозрачных жидкостей.
Определение вязкости полимера
Этот тип вискозиметра может использоваться для определения вязкости полимера при комнатной температуре: последний растворяется в растворителе при различных концентрациях, затем определяется динамическая вязкость каждого раствора. Мы экстраполируем предел, когда концентрация полимера стремится к 1. Таким образом, мы получаем указанную характеристическую вязкость [η], также называемую индексом вязкости (IV) или логарифмической вязкостью.
яVзнак равно[η]знак равноLimϕ→0η-η0ϕ⋅η0{ displaystyle mathrm {IV} = [ eta] = lim _ { phi to 0} { frac { eta — eta _ {0}} { phi cdot eta _ {0}} }}
где η 0 — вязкость чистого растворителя, а — объемная доля растворенного вещества. На практике объемная доля выражается в граммах на децилитр, поэтому IV выражается в децилитрах на грамм (дл / г).
Однако, поскольку используемые растворители часто токсичны, сегодня этот метод используется редко.
Капиллярные реометры с принудительным потоком
Настольный капиллярный реометр с принудительным потоком.
Капиллярные реометры с принудительным потоком (называемые реометрами высокого давления) — это устройства, заставляющие поток жидкости проходить через фильеру . Выбор диаметра матрицы и скорости поршня позволяет изменять градиент скорости внутри капилляра, то есть скорость сдвига . Датчик давления используется для определения сдвига напряжений т (тау).
γ˙{ displaystyle { dot { gamma}}}
Принципиальные схемы капиллярного реометра.
В случае «идеального» капилляра имеем
τзнак равноΔп2L/р{ Displaystyle тау = { гидроразрыва { Delta mathrm {P}} {2 mathrm {L} / mathrm {R}}}}
где ΔP — перепад давления между началом капилляра (давление, измеряемое датчиком) и концом капилляра (атмосферное давление). Параллельно с капилляром, поток форсируется в «капилляре нулевой длины», что позволяет определять эффекты входа и выхода и вычитать их, чтобы иметь эффект только внутри длинного капилляра (поправка Бэгли).
τзнак равноΔп2L/р+е{ Displaystyle тау = { гидроразрыва { Delta mathrm {P}} {2 mathrm {L} / mathrm {R} + e}}}
где e — корректирующий член.
В случае ньютоновской жидкости также была взаимосвязь между объемным расходом Q и скоростью сдвига на стенке :
γ˙{ displaystyle { dot { gamma}}}
γ˙знак равно4Qπр3{ displaystyle { dot { gamma}} = { frac {4 mathrm {Q}} { pi mathrm {R} ^ {3}}}}.
Для неньютоновской жидкости мы имеем «закупоренный» поток: скорость одинакова в центральной зоне капилляра, а градиент скорости есть только на периферии. Поэтому мы применяем поправочный коэффициент n от 0 до 1: 1 для ньютоновской жидкости, 0 для скользящей пробки без трения о стенки (поправка Рабиновича).
γ˙знак равно4Qπр3×3нет+14нет{ displaystyle { dot { gamma}} = { frac {4 mathrm {Q}} { pi mathrm {R} ^ {3}}} times { frac {3n + 1} {4n} }}
с участием
нетзнак равноdбревно(τ)dбревно(γ˙){ Displaystyle п = { гидроразрыва { mathrm {d} log ( tau)} { mathrm {d} log ({ dot { gamma}})}}}.
Лабораторный ротационный вискозиметр
Ротационные вискозиметры измеряют крутящий момент, необходимый для вращения стержня, обычно погруженного в жидкость. Наиболее распространены типа « Брукфилд » (в) . Шток вращается мотором, проходящим через калиброванную пружину. Сопротивление потоку будет увеличиваться с увеличением размера стержня и / или скорости вращения .
Некоторые из них — двунаправленное измерение с регулируемой скоростью. Этот тип вискозиметра не подходит для промышленности. Действительно, из-за наличия двигателя и в зависимости от частоты использования измерения вязкости могут довольно быстро расходиться, и необходимы регулярные калибровки.
Кроме того, с помощью этих систем невозможно измерять жидкости с очень высокой вязкостью, продукты засорения или даже волокнистые продукты.
Другой тип ротационного вискозиметра — вискозиметр Куэтта : он состоит из двух концентрических цилиндров, внутренний цилиндр является неподвижным, а внешний цилиндр вращается с помощью двигателя.
Измерение крутящего момента, необходимого для предотвращения вращения внутреннего цилиндра под действием силы вязкости жидкости, содержащейся между двумя цилиндрами, позволяет вернуться к значению вязкости жидкости.
Поток между двумя цилиндрами — это поток Куэтта .
Вискозиметр Стабингера
Вискозиметр Stabinger — это ротационный вискозиметр, основанный на модифицированном принципе Куэтта. Он позволяет измерять кинематическую вязкость в широком диапазоне измерений с точностью в соответствии с международными стандартами ( ASTM и т. Д.).
Внешний цилиндр вискозиметра представляет собой трубу, вращающуюся с постоянной скоростью в терморегулируемом медном блоке. Ротор, представляющий собой внутренний полый цилиндр конической формы, свободно плавает в образце. Благодаря малой плотности он центрируется за счет центробежных сил .
Следовательно, нет явления трения, которое неизбежно для большинства приборов, основанных на этом принципе измерения вращения. Сдвиговые силы жидкости позволяют ротору вращаться, в то время как магнит внутри ротора тормозит вращение, создаваемое вихревыми токами с медным блоком.
В равновесии между движущими и тормозящими силами ротор достигает стабильной скорости вращения. Это однозначная мера динамической вязкости. Крутящий момент двигателя и скорость вращения измеряются бесконтактным датчиком на эффекте Холла, который измеряет частоту магнитного поля .
Благодаря этой технологии разрешающая способность крутящего момента двигателя достигает очень низкого значения 50 пН · м . Таким образом, с помощью этой единой измерительной системы можно охватить диапазон вязкости от 0,2 до 20000 мПа с .
Ячейка для измерения плотности по принципу колеблющейся U-образной трубки (ru) используется для расчета кинематической вязкости на основе измеренной динамической вязкости.
Вискозиметр Муни
Этот вискозиметр, разработанный американским физиком и реологом Мелвином Муни ( 1893-1968), широко используется в резиновой промышленности. Он используется для контроля качества, для выбора марки резины или для контроля производства.
Он состоит из ротора или колебательной камеры, на которую нанесен образец невулканизированной твердой резины. Во время измерения, которое длится несколько минут, при фиксированной температуре от 100 ° C до примерно 200 ° C , образец покрывают два поддона с регулируемой температурой. Устройство определяет момент сопротивления.
Вязкость указывается в произвольных «единицах Муни» или «точках Муни» ( например: 50 баллов Муни для марки резины).
- Образец помещается на ротор между двумя нагревательными пластинами.
Он также позволяет определять постоянную k , равную крутящему моменту в точках Муни, измеренному через 1 с после остановки ротора. Кроме того, релаксационный тест Муни дает величину α, которая является мерой скорости релаксации. Чем ближе значение α к 0, тем больше эластичность материала.
Рекомендации
О других проектах Викимедиа:
- Физический портал
- Химический портал
Загрузка...
