При помощи капиллярного вискозиметра измеряют относительную вязкость

  • Содержание:
  • Одним из основных свойств жидкостей и газов является вязкость.
  • Показатель отражает структуру и физико-химическое состояние текучих веществ.
  • Для контроля и определения параметров вязкости используются специальные анализаторы — вискозиметры.

Что представляют собой вискозиметры

  1. Производится большое количество приборов для анализа вязкости, каждый из которых разработан для определенных веществ и условий измерений.

  2. К наиболее популярным вискозиметрам относятся капиллярные и ротационные устройства:
  3. Капиллярный прибор состоит из следующих основных частей:
  • емкости для измерения количества протекающей через капилляр жидкости;
  • полой U — образной трубки;
  • калиброванного капилляра, диаметром от 0,3 до 0,7 мм;
  • блока для определения скорости течения жидкости.
  • Показатель вязкости определяется по времени истеченияисследуемого вещества через капилляр заданного диаметра.
  • При помощи капиллярного вискозиметра измеряют относительную вязкостьКонструкция капиллярных вискозиметров.
  • Основным преимуществом капиллярных измерителей вязкости является возможность моделирования реальных технологических процессов.
  • Основные узлы ротационных устройств:
  • цилиндрический резервуар, заполняемый исследуемым веществом;
  • внутреннийцилиндр, соосно помещаемый в полый резервуар;
  • электродвигатель, придающий движение ротору;
  • электронный блок управления с датчиками.

Один из цилиндров вращается (ротор), а другой (статор) находится в неподвижном состоянии.

Несмотря на широкий ассортимент выпускаемых вискозиметров, их разработки продолжаются, с целью повышения точности и расширения пределов измерений, обеспечения автоматического управления непрерывной работы.

Где используются вискозиметр

Вискозиметры используются для контроля вязкости различных веществ, участвующих в технологических процессах во многих отраслях:

  • в медицине приборы используются для измерения вязкости крови человека;
  • в фармакологии и косметологии — определение состояния лекарственных препаратов, кремов, мазей и сиропов;
  • в пищевой промышленности — анализ напитков, молочных продуктов, меда;
  • в химическом производстве — определение вязкости жидких и текучих материалов;
  • в строительстве — изготовление лакокрасочных материалов, шпаклевок, клеев, паст.

Постоянно приходится прибегать к регулярному анализу вязкости нефти и продуктов ее переработки в нефтяной отрасли.

Анализаторы вязкости необходимы практически везде, где ведется работа с жидкими текучими материалами, состояние которых должно соответствовать определенным нормам.

Виды вязкости. Как определить

Вязкость — это способность веществ сопротивляться собственному течению за счет сил молекулярного взаимодействия.

Различают два вида вязкости:

Динамическая вязкость. Это показатель густоты в реальных условиях, при температуре окружающей среды и анализируемого вещества 18-22 °С. Показатель повышается с увеличением давления и снижается при повышении температуры жидкости. Измерения выполняются по системе СИ (Международная система единиц) в Па·с (паскаль-секунда).
Кинематическая вязкость. Измерение проводится при определенном давлении и температуре. Показатель кинематической вязкости соответствует отношению коэффициента динамической вязкости к плотности жидкостей или газов и измеряется в Стоксах (Ст), или метрах квадратных в секунду (м2/с).

Вязкость может измеряться как за счет гидростатического давления, так и и с помощью искусственно создаваемого внешнего давления.

Таблица 1. Вязкость жидкостей при температуре 20°С.

В-во Динамическая вязкость 10­-3  кг/(м·с) Кинематическая вязкость10­-6кг/(м2·с-1)
Вода 1,34 1,22
Глицерин 1400 1170
Масло трансформаторное 31,6 36,49
Масло оливковое 84 92
Ртуть 1,59 0,114
Спирт этиловый 1,23 1,52
Ацетон 0,337 0,42

Типы вискозиметров

  1. По области применения приборы подразделяются на лабораторные, промышленные, медицинские.
  2. По температуре исследуемых веществ различают высокотемпературные устройства, работающие при температуре от -60°С, до +2000°С, и приборы изготовленные из нетермостойких материалов.
  3. По принципу действия приборы бывают:

1.  Ротационные

Представляют собой устройство, состоящее из двух соосных цилиндров, конусов или сфер правильной геометрической формы, выполненных из термостойких материалов. Наружный цилиндр заполняется исследуемой жидкостью. Один из цилиндров вращается, выполняя функцию ротора.

Принцип действия ротационного вискозиметра заключается в определении меры вязкости на основании измерения угловой скорости вращения ротора, создающего на неподвижном цилиндре определенный момент силы.

Приборы используются для анализа вязкости различных сред при температуре от минус 60°С (масла и нефтепродукты), до плюс 2000°С (расплавленный металл).

Преимущества: возможность непрерывного контроля за состоянием жидких или газообразных соединений. Широкий диапазон измерений, от 0,6 мПа, до 3 000 000 мПа.

Недостатки: низкая, чувствительность, узкий диапазон измерений. Погрешность прибора может достигать 4%.

При помощи капиллярного вискозиметра измеряют относительную вязкостьРотационный измеритель вязкости.

2.  Капиллярные или Отсвальда

  • Устройства состоят из одного или нескольких резервуаров заданного объема с отходящими круглыми трубками (капиллярами) малого сечения.
  • Суть метода заключается в определении количества исследуемого вещества, проходящего через капилляры определенной длины и сечения под влиянием перепадов давлений.
  • Показатели вязкости определяются по расчетам, выполняемым на основании закона Пуазейля.
  • Капиллярные вискозиметры широко используются для определения вязкости различных расплавов, автомобильных масел и прочих нефтепродуктов.
  • Преимущества: высокая чувствительность и простота конструкции.
  • Недостатки: невозможность непрерывных измерений, хрупкость прибора.

При помощи капиллярного вискозиметра измеряют относительную вязкость

Рисунок 4. Капиллярный анализатор вязкости.

3. Вибрационные

Метод основан на определении измерений резонансной частоты колебаний зонда вискозиметра, погруженного в резервуар. Вязкость определяется по силе колебаний, измеренных с помощью градуировочной кривой вискозиметра.

Преимущества: высокая точность измерений, возможность проведения измерений в ходе химических реакций. Способность переносить сильный нагрев или охлаждение.

Недостатки: большая стоимость и сложность конструкции.

При помощи капиллярного вискозиметра измеряют относительную вязкость

Вискозиметр вибрационный.

4. Ультразвуковые

Компактные приборы состоят из зонда или датчика, соединенного кабелем с электронным блоком.

Принцип действия ультразвуковых вискозиметров основан на измерении затухания амплитуды магнитострикционного зонда (стержня или пластины), вызываемого демпфирующим действием контролируемой жидкой среды.

Преимущества: высокая точность измерений. Подходят для работы с любыми агрессивными средами. Могут производить измерения в инертной атмосфере или вакууме.

Недостатки: не подходит для измерения высокотемпературных веществ.

При помощи капиллярного вискозиметра измеряют относительную вязкость

Ультразвуковой измеритель вязкости.

Ультразвуковые вискозиметры являются самыми точными измерительными приборами.

5.  Вискозиметр Гепплера с падающим шариком

  1. Представляет собой стеклянную трубку, наполняемую исследуемым веществом.
  2. Действие вискозиметра основано на Законе Стокса.
  3. Показатель вязкости определяется на основании измерения времени, необходимого для падения шарика под собственным весом через трубку.

  4. Прибор удобен для исследования прозрачных низковязких веществ в пищевой, фармацевтической и нефтехимической отраслях.
  5. Преимущества: доступная цена и простая конструкция.
  6. Недостатки: сложность исследования непрозрачных сред и невозможность постоянного мониторинга.

При помощи капиллярного вискозиметра измеряют относительную вязкость

Прибор Гепплера с падающим шариком.

6.  Пузырьковый вискозиметр

Принцип действия устройства заключается в изменении параметров пузырьков газа, и время свободного всплытия. Приборы широко используются в химических и промышленных лабораториях для измерения вязкости различных полимеров, красок, лаков.

Достоинства: возможность исследования очень вязких соединений и высокая точность измерений.

Недостатки: сложность конструкции и высокая стоимость.

При помощи капиллярного вискозиметра измеряют относительную вязкость

Пузырьковый вискозиметр.

7.  Чашечный вискозиметр

Приборы, использующие капиллярный метод измерения вязкости, выполненные в виде чашки или воронки. Принцип метода заключается в измерении времени, в течение которого исследуемое вещество вытекает через узкое отверстие воронки. Чем оно гуще, тем медленнее скорость вытекания.

  • Нередко такие приборы входят в комплектацию краскопультов, имеющих строгое ограничение вязкости красок, которые можно использовать.
  • Достоинства: простая конструкция, доступная цена.
  • Недостатки: невозможность непрерывных измерений.

При помощи капиллярного вискозиметра измеряют относительную вязкость

Прибор чашечный.

8.  Вискозиметр Суттарда

  1. Устройство представляет собой конструкцию из медного или латунного цилиндра, внутренним диаметром  50 мм, помещенного на квадратное основание из стекла, металла или пластика с нанесенной на поверхность шкалой.
  2. Принцип действия прибора основан на измерении диаметра растекания вязкого вещества, залитого в цилиндр.

  3. Вискозиметр Стутторда используют в основном для измерения вязкости строительных растворов (гипсового теста, штукатурки, шпаклевки, клея).
  4. Преимущества: простота конструкции и возможность изготовления собственными силами.
  5. Недостатки: низкая точность измерений.
Читайте также:  Развод зубьев ленточной пилы на лиственницу

При помощи капиллярного вискозиметра измеряют относительную вязкость

Измеритель вязкости Стуттарда.

9.  Вискозиметр Брукфильда

Показатели вязкости определяются на основании крутящегося момента, необходимого для вращения шпинделя устройства, погруженного в исследуемое вещество.

Самый популярный прибор для контроля вязкости. Метод включен во многие международные стандарты и спецификации.

Достоинства: универсальность применения и точность измерений.

Недостатки: возможность износа вращающихся деталей.

При помощи капиллярного вискозиметра измеряют относительную вязкость

Прибор Брукфильда.

При выборе типа вискозиметра следует учитывать:

  • капиллярные приборы наиболее популярные, благодаря высокой чувствительности, точности измерений и доступной стоимости;
  • ультразвуковые устройства — самые точные;
  • шариковые — идеально подходят для работы в высокотемпературных средах;
  • ротационные — имеют самый широкий диапазон измерений, но и самую высокую погрешность.

Вискозиметры выпускают как для мониторинга вязкости в производственных условиях, так и для лабораторных исследований.

Калибровка вискозиметра

  • Анализаторы вязкости, давно находящиеся в работе, необходимо периодически подвергать поверке или калибровке.
  • Калибровка вискозиметров осуществляется в соответствии с требованиями ГОСТ и основана на определении времени протекания через прибор эталонной жидкости.
  • При выполнении поверки следует выполнять температурную корректировку согласно коэффициенту, указанному в сертификате, прилагаемом производителем эталонного раствора.

При калибровке приборов могут использоваться как калибровочные масла, так и эталонные жидкости, кинематические показатели вязкости которых при различных температурах известны.

ГОСТы

Приборы внесены в Государственный Реестр измерительных приборов на основании общих требований и методов испытаний, регламентируемых Государственными стандартами и руководящими документами:

  • ГОСТ 29226-91 «Вискозиметры жидкостей» — основной документ;
  • ГОСТ 10028-81— стандарт распространяется на вискозиметры капиллярные из стекла;
  • ГОСТ 25271-93 — определяет условия для вискозиметров Брукфильда;
  • ГОСТ 6258-85 — стандарт регламентирует определение вязкости нефтепродуктов;
  • ГОСТ 33-2000 — методы определение кинематической вязкости и расчет динамической вязкости нефтепродуктов;
  • РД 50-416-83 — методические указания, регламентирующие порядок выполнения поверки стеклянных капиллярныхвискозиметров.

Вся перечисленные выше стандарты являются действующими.

Применение

Приборы применяются для определения вязкости различных жидких и газообразных веществ:

  • человеческой крови;
  • горюче-смазочных материалов;
  • нефтепродуктов;
  • расплавленного металла;
  • красок, лаков, смол;
  • жидких полимеров;
  • строительных смесей;
  • мазей и кремов;
  • расплавленного шоколада;
  • молочных и других пищевых продуктов.

Производятся приборы универсального применения и узкоспециализированные устройства, предназначенные для определенного вида соединений.

Измерение вязкости дидкости.

Уход за прибором

Уход за прибором заключается в очистке емкости от остатков жидкости и промывка с помощью растворителя, воды или специальных моющих средств. Вискозиметры необходимо мыть и высушивать после каждого испытания.

Регулярное техническое обслуживание устройства включает:

  • чистку измерительных элементов и резервуаров;
  • внешний осмотр на наличие механических повреждений;
  • проверку нагревателей, датчиков, приводов и элементов управления.

Чтобы не допустить погрешности прибора, вискозиметры нуждаются в ежегодной калибровке с помощью жидкостей эталонной вязкости.

Поверка приборов в первую очередь необходима для цифровых автоматических моделей и устройств, применяемых в системе государственного регулирования обеспечения единства измерений (ГРОЕИ).

Производители

Крупнейшие отечественные и зарубежные производители вискозиметров:

Dong Guan Hong TuoInstruments Co., Ltd Китайская производственная компания, специализируется на производстве лабораторного оборудования, в том числе вискозиметров марки KREBS-STORMER с цифровым дисплеем.
Shantou Jielian Tech Co., Ltd Китайский производитель ротационных цифровых вискозиметров с
NANBEI INTERNATIONAL GROUP LIMITED Научно-исследовательская, опытно-конструкторская производственная китайская компания, выпускающая лабораторное оборудование, в том числе роторные вискозиметры марки NDJ.
AND Одна из лидирующих компаний по производству лабораторного оборудования и измерительных приборов из Японии. Имеет дочерние предприятия в России, США, Китае и многих других странах мира. Выпускает вибрационные вискозиметры серии SV и SV-A с вращающимся шпинделем.
ООО ЛАБТЕХ Российская производственная компания, производитель капиллярных вискозиметров серии ВПЖ.
FannInstrument Company Ведущий поставщик вискозиметров для испытания буровых растворов выпускает серию полнофункциональных цилиндрических коаксиальных ротационных вискозиметров марки FANN.
ОАО «НПП Бурсервис» Российский производитель и поставщик вискозиметров, предназначенных для измерения вязкости буровых растворов.

Вязкость. Принцип действия капиллярного вискозиметра

Вязкость является важной характеристикой материалов во многих химических производствах (искусственное волокно синтетические смолы, краски, смазочные масла, растворы каучука)

Вязкость –способность тела оказывать сопротивление относительному смещению его слоев. При воздействии на жидкость внешних сил она сопротивляется потоку благодаря внутреннему трению. Вязкость — мера этого внутреннего трения. Строго говоря, вязкость имеют и твердые тела, но она достаточно специфична и малозаметна.

Существует два типа вязкости: динамическая (абсолютная) и кинематическая.

Динамическая вязкость оценивается в Па*с или в Пуазах (сила в 1 Н, которая способна между двумя параллельными плоскостями, имеющими площадь 1 и находящимися друг от друга на расстоянии 1 м, поддерживать градиент скорости течения жидкости, равный 1 ). Проще говоря, этот тип вязкости характеризует текучесть жидкости в реальных условиях.

На практике часто пользуются кинематической вязкостью, которая представляет собой отношение динамической вязкости к плотности среды и выражается в , Стоксах или градусах Энглера — это внесистемная единица условной вязкости, применяемая в нефтехимии. Кинематическая вязкость позволяет судить о текучести жидкости в различных условиях, то есть при различных температурах и давлении.

Для некоторых жидкостей (и газов) кинематический коэффициент вязкости составляет: для воды ; для воздуха при атмосферном давлении и температуре 0 ; для ментана при атмосферном давлении и температуре 17 .

Вязкость капельных жидкостей зависит от температуры и уменьшается с увеличением последней. Вязкость газов, наоборот, с увеличением температуры возрастает. Это объясняется самой природой вязкости в жидкостях и газах.

В жидкостях молекулы расположены гораздо ближе друг к другу, чем в газах, и вязкость вызывается силами молекулярного сцепления. Эти силы с ростом температуры уменьшаются, поэтому вязкость падает.

В газах же вязкость обусловлена главным образом беспорядочным тепловым движением молекул, интенсивность которого увеличивается с температурой. Поэтому вязкость газов с увеличением температуры возрастает.

Вязкость капельных жидкостей зависит также от давления, однако эта зависимость существенно проявляется лишь при относительно больших изменениях давления, порядка нескольких сотен атмосфер. С увеличением давления вязкость большинства жидкостей возрастает, но при давлениях меньше 10 МПа изменением вязкости обычно пренебрегают.

Вязкость газов при обычно встречающихся в технике перепадах давления не зависит от давления. Но если газы подвергаются очень сильному сжатию, их вязкость значительно возрастает.

  • Для измерения вязкости применяются приборы –вискозиметры(вискозус – вязкость на латыни), в которых используются следующие методы: капиллярные, падающего тела, крутящегося момента, вибрационные, ультразвуковые, ротационные.
  • Немного о наиболее распространенных методах измерения вязкости.
  • Первый — на основе уравнения Пуазейля, связывающего скорость, с которой жидкость вытекает через капилляр, со временем, за которое это происходит.

Иной подход к определению внутреннего трения иллюстрирует вискозиметр, созданный на базе закона Стокса: формула связывает коэффициент вязкости жидкости со скоростью поступательного движения шарика в ней. Пример — широко используемый вискозиметр Гепплера.

Третий метод был предложен Ньютоном и доработан Тейлором. Ньютон сдвигал пластины с жидкостью между ними, по геометрическим размерам пластин, силе и скорости сдвига вычисляя внутреннее трение жидкости. А Тейлор определял вязкость прослойки по крутящему моменту или скорости вращения одного цилиндра в другом (вот и называют иногда такие вискозиметры тейлоровскими).

Читайте также:  Поделки с помощью клея пистолета

Ну и четвертый способ — ультразвуковой: вязкость определяется по скорости затухания упругих колебаний в зонде-пластине, помещенной в исследуемую среду. Примеры применения таких вискозиметров — определение вязкости агрессивных сред и расплавов, непрерывный контроль внутреннего трения во время технологических процессов.

Метод капиллярной вискозиметрии опирается на закон Пуазейля о вязкой жидкости, описывающий закономерности движения жидкости в капилляре и заключается в измерении времени протекания определённого количества (объёма) газа или жидкости через капилляры (узкие трубки, имеющие круглое сечение) под действием разницы давлений (или только силы тяжести).

Капиллярные вискозиметры задаются либо постоянным во всех опытах расходом исследуемой жидкости, либо постоянным перепадом давления в капиллярах. В вискозиметрах с постоянным расходом измеряется перепад давления между концами капилляра, в приборе с постоянным давлением – расход материала.

В основном, этот вид вискозиметров связывает вязкость жидкости с ее расходом: то есть за сколько времени при постоянном давлении объем жидкости перетечет из резервуара через капилляр в приемник.

Но иногда, скажем для исследования механических свойств упруго-вязких веществ, используются другой тип — постоянного расхода с переменным давлением: например, при исследовании текучести консистентных смазок.

Чаще всего жидкость из резервуара вытекает под действием собственного веса (в начальный момент уровень жидкости в одном колене выше, чем в другом).

В таком случае вязкость пропорциональна разнице давлений между жидкостью, вытекающей из капилляра и жидкостью на том же уровне, вытекающей из очень толстой трубки.

Время опорожнения измерительного резервуара определяют как промежуток между моментами прохождения уровня жидкости мимо меток на верхних и нижних концах резервуара.

Возможно и искусственное нагнетание давления. В капиллярных автоматических вискозиметрах (непрерывного действия) жидкость поступает в капилляр от насоса постоянной производительности. Перепад давления на капилляре, измеряемый манометром, пропорционален искомой вязкости.

При помощи капиллярного вискозиметра измеряют относительную вязкость

Схема автоматического капиллярного вискозиметра. Капиллярный вискозиметр состоит из шестеренчатого насоса 1, приводимого в движение от синхронного двигателя. Насос обеспечивает строго постоянный расход жидкости через напорную трубу 2, оканчивающуюся калибровочным капилляром 3. Напорная трубка соединена с манометром 4.

  1. Приведем уравнение гидродинамики для стационарного течения жидкости, с вязкостью η через капилляр вискозиметра:
  2. Q – количество жидкости, протекающей через капилляр капиллярного вискозиметра в единицу времени, м3/с,
  3. R – радиус капилляра вискозиметра, м
  4. L – длина капилляра капиллярного вискозиметра, м
  5. η – вязкость жидкости, Па·с,
  6. р — разность давлений на концах капилляра вискозиметра, Па.

Отметим, что формула Пуазейля справедлива только для ламинарного потока жидкости, то есть при отсутствии скольжения на границе жидкость – стенка капилляра вискозиметра. Приведенное уравнение используют для определения динамической вязкости. Ниже размещено схематическое изображение капиллярного вискозиметра.

В капиллярном вискозиметре жидкость из одного сосуда под влиянием разности давлений р истекает через капилляр сечения 2R и длины L в другой сосуд.

Из рисунка видно, что сосуды имеют во много раз большее поперечное сечение, чем капилляр вискозиметра, и соответственно этому скорость движения жидкости в обоих сосудах в N раз меньше, чем в капилляре вискозиметра.

Таким образом не все давление пойдет на преодоление вязкого сопротивления жидкости, очевидно, что часть его будет расходоваться на сообщение жидкости определённой кинетической энергии.

  • Следовательно, в уравнение Пуазейля необходимо ввести некоторую поправку на кинетическую энергию, называемую поправкой Хагенбаха:
  • где h – коэффициент, стремящийся к единице, d –плотность иссдледуемой жидкости.

Вторую поправку условно назовём поправкой влияния начального участка капилляра вискозиметра на характер движения исследуемой жидкости.

Она будет характеризовать возможное возникновение винтового движения и завихрения в месте сопряжения капилляра с резервуаром капиллярного вискозиметра (откуда вытекает жидкость).

Суть поправки состоит в том, что вместо истинной длины капилляра вискозиметра L мы вводим кажущуюся длину L':

n – определяется экспериментально на основе изменений при разных значениях L и примерно равен единице.

Следует учитывать, что при измерении вязкости органических жидкостей с большой кинематической вязкостью поправка Хагенбаха незначительна и составляет доли процента. Если же говорить о высокотемпературных вискозиметрах, то вследствие малой кинематической вязкости жидких металлов поправка может достигать 15%.

Каждый вискозиметр состоит из следующих частей: емкости для исследуемого материала, калиброванного капилляра, приспособлений для определения и регулирования давления, определения скорости течения (или истечения) материала, определения температуры.

Капиллярный вискозиметр представляет собою один или несколько резервуаров данного объёма с отходящими трубками малого круглого сечения, или капиллярами.

Принцип действия капиллярного вискозиметра заключается в медленном истечении жидкости из резервуара через капилляр определенного сечения и длины под влиянием разности давлений.

В автоматических капиллярных вискозиметрах жидкость поступает в капилляр от насоса постоянной производительности.

Суть опыта при определении вязкости состоит в измерении времени протекания известного количества жидкости при известном перепаде давлений на концах капилляра. Дальнейшие расчёты ведутся на основании закона Пуазейля.

Рис. 1. Капиллярный вискозиметр ВПЖ-1

искозиметр капиллярный стеклянный типа ВПЖ-1 с висячим уровнем (рис. 1) состоит из измерительного резервуара (4), ограниченного двумя кольцевыми отметками M1 и M2; резервуар переходит в капилляр (5) и резервуар (6), который соединен с изогнутой трубкой (3) и трубкой (1).

Трубка (1) имеет резервуар (7) с двумя отметками М3 и М4, указывающими пределы накопления вискозиметра жидкостью. Жидкость из резервуара (4) по капилляру (5) стекает в резервуар (6) по стенкам последнего, образуя у нижнего конца капилляра «висячий уровень».

Изменение вязкости при помощи капиллярного вискозиметра основано на определении времени истечения через капилляр определенного объема жидкости из измерительного резервуара.

Перед определением вязкости жидкости вискозиметр должен быть тщательно промыт и высушен.

Испытуемая жидкость заливается в чистый вискозиметр через трубку (1) так, чтобы уровень ее установился между отметками М3 и М4. На концы трубок (2) и (3) надевают резиновые трубки, причем, первая из них снабжена краном и резиновой грушей, вторая – краном.

  1. Вискозиметр устанавливают вертикально в жидкостный термостат, так, чтобы уровень воды находился на несколько сантиметров выше расширения (8).
  2. При температуре измерения выдерживают прибор не менее 15 минут, после чего засасывают (грушей) при закрытой трубке (3) жидкость выше отметки M1 примерно до половины резервуара (8) и перекрывают кран, соединенный с трубкой (2).
  3. Если вязкость жидкости менее 500-1000 сантистоксов, открывают кран на трубке (2) и освобождают зажим на трубке (3).
  4. При более вязких жидкостях сначала открывают трубку (3), затем трубку (2).
  5. Далее измеряют время понижения уровня в трубке (2) от отметки M1 до отметки M2 .
  6. Необходимо при этом обращать внимание на то, чтобы к моменту подхода уровня жидкости к отметке M1 в расширении (6) образовался висячий уровень, а в капилляре не было бы пузырьков воздуха.
  7. Вязкость вычисляют по формуле (8) по среднему (из нескольких измерений) времени истечения жидкости:
  8. (8)
  9. где – кинематическая вязкость жидкости в сантистоксах, – время истечения жидкости в секундах, g– ускорение силы тяжести в месте измерения в см/c2.
  10. Расчеты по формуле (8) будут достаточно точными, так как диаметр капилляра вискозиметра 0,43 мм.
Читайте также:  St 101e принцип работы

Несмотря на кажущуюся хрупкость тонких капилляров, многие капиллярные вискозиметры являются высокотемпературными вискозиметрами.

Однако в случае, если температура вязкой жидкости достаточна высока, возникает трудность в подборе материала вискозиметра, который может как изменить форму (изменение диаметра капилляра вискозиметра недопустимо), так и вступить во взаимодействие с вязкой жидкостью, что плохо отразится на точности данных измерения вязкости.

Капиллярные вискозиметры имеют размер капилляра от 0,3 до 0,7 мм, что позволяет измерять вязкость в широком диапазоне. При выборе вискозиметра следует иметь в виду, что время вытекания жидкости должно составлять от 1 до 3 мин. В противном случае точность определения вязкости будет низкой.

Относительная погрешность образцовых капиллярных вискозиметров ±0,1—0,3%, рабочих приборов ±0,5—2,5%.

Метод капиллярной вискозиметрии вполне можно отнести к высокоточному методу вискозиметрии в силу того, что относительная погрешность измерений составляет доли процента, в зависимости от подбора материалов вискозиметра и точности отсчёта времени, а также иных параметров, участвующих в методе капиллярного истечения.

Обзор лабораторных вискозиметров и анализаторов вязкости

Вискозиметр Брукфильда
При помощи капиллярного вискозиметра измеряют относительную вязкость

Вискозиметр — это устройство для измерения кинематической и динамической вязкости материала. Другими словами, это анализатор вязкости.

Вискозиметры нашли применение в самых разнообразных отраслях производственной деятельности и лабораторных исследований. Они применяются в:

  • медицине для анализа крови
  • фармацевтике и косметологии для производства лекарств, мазей и кремов
  • химическом производстве для определения состояния жидких или текучих материалов
  • пищевой промышленности для контроля качества пищевых продуктов — молока, морсов, йогуртов, сока, меда
  • лакокрасочном производстве и на покрасочных участках всех производств и сервисов по ремонту и обслуживанию автомобилей
  • нефтяной отрасли при получении бензинов, масел или дизельного топлива
  • научно-исследовательских центрах и лабораториях

Можно сказать, что анализатор вязкости необходим практически везде, где работа ведется с жидкостями, состояние которых требует контроля или должно соответствовать утвержденным нормам.

При этом вискозиметры могут применяться не только в производстве и контроле на производствах, где используются гомогенизированные жидкости и текучие смеси, но и при работе с дистиллятами. С помощью анализатора влажности можно определить вязкость жидкости и ее соответствие эталону или расчетной величине.

Виды вискозиметров

Вискозиметры делятся на классы, в зависимости от принципа действия и сферы использования. Наиболее востребованные типы оборудования:

Вибрационный вискозиметр представляет собой емкость с испытуемым веществом, в которой размещается зонд вискозиметра — тело в форме сферы, цилиндра или пластины, который погружается в жидкую среду и совершает вынужденные колебания. При этом резонансная частота колебаний зонда будет изменяться в зависимости от вязкости жидкости, на основании чего вычисляется значение вязкости. Его еще называют вискозиметром камертонного типа благодаря схожести принципа действия с работой камертона.Плюсы. Имеет высокую точность. Простота использования. Измеряет вязкость неньютоновских жидкостей и неоднородных смесей. Минусы. Высокая цена анализатора вязкости. Сложность конструкции.
Пузырьковый вискозиметр измеряет кинематическую вязкость, фиксируя траекторию и время свободного всплытия пузырька газа в жидкости. Данный тип анализаторов вязкости широко используется в промышленных и химических лабораториях. Плюсы. Высокая точность анализатора вязкости. Возможность измерять очень вязкие среды — краски, лаки, полимеры. Минусы. Высокая цена. Сложность конструкции.
Ультразвуковой вискозиметр. Анализатор вязкости, использующий ультразвуковой метод, имеет зонд, который погружается в жидкость и генерирует короткие токовые импульсы небольшой длительности. При этом в катушке наводится ЭДС, скорость убывания которой пропорционально вязкости среды. При достижении нижнего порогового уровня величины ЭДС импульс тока генерируется заново. Вязкость вещества рассчитывается по частоте импульсов. Плюсы. Высокая точность. Высокая скорость измерения. Минусы. Узкий диапазон измерений. Нельзя измерять вязкость высокотемпературных сред.
Ротационный вискозиметр имеет два соосных тела вращения (обычно диск, полусфера или конус), одно из которых размещается в резервуаре с исследуемым веществом. Первое тело принудительно вращается, и воздействует на второе тело в жидкости (которому передает момент вращательного движения). Измерение вязкости происходит по деформации осного соединения и отставанию тела в жидкости, вызванного ее сопротивлением вращению. К анализаторам вязкости ротационного типа относится вискозиметр Брукфильда, который широко применяется в нефтедобычи и газовой отрасли. Плюсы. Возможность непрерывного контроля жидкости или газа. Минусы. Узкий диапазон измерений (который увеличивается при наличии нескольких видов роторов). Низкая чувствительность и относительно невысокая точность в ряде случаев.
Капиллярный вискозиметр представляет систему емкостей, соединенную капилляром.В одном случае анализатор рассчитывает вязкость жидкости, измеряя разницу времени ее прохождения под воздействием силы тяжести через капиллярную трубку и трубку большого сечения, капиллярного эффекта не имеющей. Во втором случае жидкость проходит по капилляру под заданным аппаратурой давлением и измеряется разница давления на концах этой трубки.Плюсы. Простота конструкции. Возможность измерения абсолютной вязкости. Низкая цена Минусы. Большие размеры. Хрупкость. Ограниченный диапазон измерений (возможность измерять вязкость только у легкотекучих однородных сред). Невозможность непрерывного измерения.
Вискозиметр с падающим шариком представляет собой трубку с исследуемым веществом внутри. Анализатор определяет вязкость среды по времени движения шарика под действием силы тяжести в жидкости между отметками, нанесенными на трубке. К данному типу анализаторов вязкости относится вискозиметр Гепплера. Плюсы. Простота конструкции. Низкая цена. Возможность измерения вязкости не гомогенизированных сред. Минусы. Затруднено исследование непрозрачных сред (необходима опция электромагнитного детектирования месторасположения шарика). Невозможность непрерывного измерения.

Также вискозиметры могут классифицироваться по:

  • температуре исследуемой среды (высоко- и низкотемпературные)
  • свойствам вязкой жидкости (универсальные и специализированные)
  • области применения (лабораторные, промышленные, медицинские и мобильные)

Калибровка вискозиметров

Калибровка вискозиметров осуществляется согласно методики калибровки производителя оборудования и требованиям Государственных стандартов. В связи с большим разнообразием нюансов проведения калибровки и поверки для каждого типа вискозиметров, в данной статье будут рассмотрены только самые общие вопросы и даны ссылки на ГОСТы.

Калибровка анализаторов вязкости осуществляется использованием стандартного раствора. Так как вязкость материала зависит от температуры, необходимо выполнить температурную корректировку коэффициента вязкости, который указан в сертификате об измерениях, который прилагается производителем стандартных растворов к своей продукции.

ГОСТы на вискозиметры

  • В настоящее время на анализаторы вязкости действует основной ГОСТ 29226-91 «Вискозиметры жидкостей», согласно которому к вискозиметрам предъявляются общие требования и методы испытаний для внесения оборудования в Государственный Реестр средств измерений.
  • К капиллярным вискозиметрам технические условия регламентирует ГОСТ 10028-81.
  • ГОСТ 25271-93 определяет ТУ для вискозиметров Брукфильда.
  • Метод определения условной вязкости нефтепродуктов определяется ГОСТ 6258-85, при этом данный документ использует положения и ссылается на ГОСТ 33-2000 как на нормативно-техническую документацию.
  • Методические указания РД 50-416-83 регламентируют порядок проведения поверки капиллярных стеклянных образцовых вискозиметров.
  • Все указанные выше ГОСТы являются действующими.

Купить вискозиметр у официального дистрибьютора

Купить вискозиметр для лабораторий и промышленности по выгодным ценам на официальном сайте дистрибьютора ведущих мировых брендов — компании Модуль можно, связавшись с нашими консультантами.

Для увеличения точности измерений в лабораторных условиях опционально поставляется антивибрационный стол.

На все оборудование дается гарантия до 2 лет! Доставка осуществляется по всей территории России, Белоруссии и Казахстана.

Компания Модуль – Ваш персональный инженер в мире измерительного оборудования! Заказать вискозиметр у официального дистрибьютора измерительной техники

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector