Вискозиметр оствальда принцип работы

  • 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.
  • Вискозиметр оствальда принцип работыКонструкция 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%.

Вискозиметр оствальда принцип работыРотационный 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.

Вискозиметр оствальда принцип работы

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.

Вискозиметр оствальда принцип работы

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.

Вискозиметр оствальда принцип работы

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.

Вискозиметр оствальда принцип работы

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.

Вискозиметр оствальда принцип работы

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.

Вискозиметр оствальда принцип работы

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.

Вискозиметр оствальда принцип работы

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.

Вискозиметр оствальда принцип работы

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.

Читайте также:  Как подобрать пусковой конденсатор для однофазного двигателя

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.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 1

Капиллярный вискозиметр Оствальда ( рис. 63) представляет собой U-образную трубку, укрепленную на штативе в вертикальной плоскости.

Выше и ниже расширения 4 на колене 1 нанесены метки, позволяющие фиксировать объем протекающей через капилляр жидкости.

Расширение 5 предохраняет от выброса жидкости из колена 1 в процессе работы с прибором.

В нижней части колена 2 имеется расширение 6, сделанное с целью сократить изменение нижнего уровня жидкости в U-образной трубке.

Р’ верхнем конце колена 2 находится отвод стеклянной трубки 3, соединенный резиновым шлангом СЃ резиновым баллоном, Р° само колено РїСЂРё испытании закрыто РїСЂРѕР±РєРѕР№. Для определения вязкости жидкость заливают РІ нижнюю часть U-образной трубки. РџСЂРё необходимости вискозиметр СЃ исследуемой жидкостью термостатируют.  [2]

Капиллярный вискозиметр Оствальда ( СЂРёСЃ. 2) представляет СЃРѕР±РѕР№ стеклянный СЃРѕСЃСѓРґ СЃ сообщающимися трубками.  [3]

Капиллярный вискозиметр Оствальда ( рис. 5.28) представляет собой U-образную трубку, укрепленную на штативе в вертикальной плоскости.

Выше и ниже расширения 6 на колене 4 нанесены метки, позволяющие фиксировать объем 4 протекающей через капилляр жидкости.

Расширение 5 предохраняет от выброса жидкости из колена 4 в процессе работы с прибором.

В нижней части колена 3 имеется расширение /, сделанное с целью сократить изменение нижнего уровня жидкости в U-образной трубке.

Р’ верхнем конце колена 3 находится отвод стеклянной трубки 2, соединенный резиновым шлангом СЃ резиновым баллоном, Р° само колено РїСЂРё испытании закрыто РїСЂРѕР±РєРѕР№. Для определения вязкости жидкость заливают РІ нижнюю часть U-образной трубки. РџСЂРё необходимости вискозиметр СЃ исследуемой жидкостью термостати-СЂСѓСЋС‚.  [4]

Капиллярный вискозиметр Оствальда основан на использовании формулы Пуазейля.

Вязкость определяется РїРѕ результату измерения времени протекания через капилляр жидкости известной массы РїРѕРґ действием силы тяжести РїСЂРё определенном перепаде давлений.  [5]

Определение времени истечения РїСЂРѕРёР·РІРѕРґСЏС‚ РІ капиллярном вискозиметре Оствальда, который представляет СЃРѕР±РѕСЋ / — образную трубку СЃ РґРІСѓРјСЏ шариками РІРЅРёР·Сѓ Рё вверху.  [7]

Для определения кинематической вязкости наиболее распространен капиллярный вискозиметр Оствальда ( рис.

4), позволяющий замерить время, РІ течение которого исследуемая жидкость, РїСЂРѕС…РѕРґСЏ капилляр k, опустится РѕС‚ метки СЃ РґРѕ метки d РїРѕРґ влиянием силы тяжести.  [8]

Р’СЃРµ эти недочеты резко снижают ценность описанного капиллярного вискозиметра Оствальда.  [9]

Вискозиметр оствальда принцип работы Капиллярный вискозиметр Уибелодо.  [10]

Как СЏСЃРЅРѕ РёР· вышеизложенного, СЃ помощью капиллярного вискозиметра Оствальда непосредственно определяется кинематическая вязкость v масла, откуда, зная удельный вес D масла, РїРѕ формуле 7jvD легко вычисляется динамическая вязкость.  [11]

Вискозиметр оствальда принцип работы Капиллярный вискозиметр1 Уббелоде.  [12]

Как СЏСЃРЅРѕ РёР· вышеизложенного, СЃ помощью капиллярного вискозиметра Оствальда непосредственно определяется кинематическая вязкость v масла, откуда, зная удельный вес D масла, РїРѕ формуле YjvD легко вычисляется динамическая вязкость.  [13]

Вискозиметр оствальда принцип работы Насадка Рє вискозиметру Пинкевича.  [14]

Для определения вязкости канифоли РІ растворах рекомендуется пользоваться капиллярным вискозиметром Оствальда — Пинкевича СЃ различным диаметром капилляров РІ зависимости РѕС‚ концентрации растворов Рё температуры определения. Установлено ( ЦНР�ЛХР� 1952 Рі.), что для растворов СЃ 20 — 50 % — РЅРѕР№ концентрацией РїСЂРё температуре РѕС‚ 20 — 60 наиболее подходящими являются вискозиметры СЃ капиллярами 0 6 — 0 8 РјРј. РџСЂРё температуре 80 — 90, РїСЂРё той же концентрации растворов диаметр капилляра вискозиметра должен быть РЅРµ более 0 4 РјРј.  [15]

Страницы:      1    2

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.

Читайте также:  Стяжной ремень для крепления груза

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

Вискозиметр. Виды и назначение. Работа и уход. Особенности

Вискозиметр – измерительный прибор, предназначенный для определения динамической и кинетической вязкости жидкостей. Название устройства имеет латинское происхождение. «Viscosus» в переводе означает вязкий.

Читайте также:  Проводит ли канифоль электричество

Где используется вискозиметр

Это крайне востребованное устройство для поддержания технологического процесса различных производств. Его используют в десятках направлений, к числу которых относятся:

  • Фармакология.
  • Медицина.
  • Пищевая промышленность.
  • Нефтепереработка.
  • Химическая промышленность.
  • Малярное дело.
  • Строительная сфера и т.д.

Для поддержания различных технологических процессов имеет значение вязкость веществ, принимаемых в них участие. Примером является переработка нефти, в частности получение из него топлива для ДВС, смазочного масла.

Так, в медицине вискозиметрами измеряют вязкость крови, в пищевой промышленности – меда, молока, соков, в фармакологи – сиропов и прочих густых субстанций.

Виды вязкости, и чем они отличаются

Как понятно из определения вискозиметров, они используются для определения динамической и кинетической вязкости. Чаще всего устройства применяются для измерения динамической густоты. Это показатель текучести в нормальных условиях. Под ними подразумевается температура окружающей среды и измеряемого вещества в пределах 18-22°С.

Под кинетической вязкостью определяется текучесть под воздействием определенной температуры или давления. Этот показатель имеет значение при исследовании жидкостей, в частности того как они себя поведут при нагреве, охлаждении т.д. Без вискозиметра невозможно испытание холодного и горячего масла для ДВС, и прочих технических жидкостей.

Типы вискозиметров

Под вискозиметрами подразумевается несколько устройств, отличающихся между собой по принципу работы, однако все они позволяют измерить динамическую и кинетическую вязкость.

Данные устройства бывают следующих типов:

  • Ротационные.
  • Капиллярные.
  • С движущимся шариком.
  • Вибрационные.
  • Пузырьковые.

Ротационный

Это один из самых сложных приборов для измерения вязкости жидкости. По внешнему виду он напоминает кухонный миксер. Устройство разработано для измерения динамической вязкости.

Оно представляет собой электронный блок, управляющий шпинделем, который вращается в емкости. Последняя заполняется исследуемой жидкостью. За счет вязкости она замедляет шпиндель, от чего он оборачивается медленнее.

Чем выше вязкость, тем больше сопротивление.

Ротационный вискозиметр автоматически подсчитывает обороты оси в жидкости, и выводит годовое значение на экран. Это единственные приборы, с помощью которых можно измерить истинную вязкость ньютоновских и неньютоновских жидкостей. Данные устройства определяют вязкость в единицах Па·с.

Капиллярные

Представлены не менее чем десятком конструкций, разработанных учеными физиками в различные годы. Самые известные из них вискозиметры Оствальда, Уббелоде, Кэнон-Финские.

Все они подразумевают измерение времени, за которое жидкость вытечет через небольшое отверстие капилляр. Чем выше вязкость, тем медленнее вещество стекает. Все что нужно, просто определить время. Затем по нему делаются расчеты вязкости, или используются специальные таблицы перевода.

С движущимся шариком

Это достаточно простая конструкция, работающая основываясь на физическом законе Стокса. Она отличается высокой точностью измерения, поэтому может использоваться и в лабораториях. Прибор представляет собой наклоненную колбу, в которую заливается тестируемая жидкость. В ней находится небольшой шарик. Колба предусматривает возможность оборачивания на 180 градусов.

Процесс измерения заключается в том, чтобы определить за какое время шарик упадет с верхнего положения до нижней контрольной метки. За счет вязкости жидкостей он падает гораздо медленнее, чем на воздухе, что позволяет человеческому глазу определить момент прохождения контрольных меток.

Однако результаты измерения сильно зависят от скорости реакции человека, который использует вискозиметр. За счет возможности вращения колбы на 180 градусов, можно проводить несколько измерений подряд, чтобы вывести по ним среднее арифметическое значение.

Более точными являются автоматизированные устройства, так как при их использовании исключается человеческий фактор.

Вибрационный

Это вискозиметр, который определяет вязкость путем воздействия на исследуемую жидкость вибрацией, создаваемой погружным зондом. Получаемая в результате резонансная частота колебания напрямую зависит от текучести. Это цифровые устройства, высчитывающие вязкость с лабораторной точностью.

Особенность приборов этого типа в том, что они способны определять густоту даже в ходе химической реакции. Это позволяет с их помощью оценивать степень готовности подготавливаемой жидкости, к примеру, если она доводится к нужной текучести путем выпаривания.

Зонды приборов этого типа часто можно встретить внутри производственных линий. Аппараты монтируются в системы трубопроводов для нефти и прочих производственных жидкостей. Зачастую это высокотемпературные приборы, способные переносить сильный нагрев или охлаждение.

Пузырьковый

Это вискозиметр, работающий по схожему принципу, что и прибор с шариком. Только в этом случае выполняется замер времени, за которое пузырек воздуха или другого газа поднимается через всю колбу, заполненную исследуемой жидкостью. Это достаточно специфическое устройство, не отличающееся выдающейся точностью или удобством, поэтому и используется редко.

Чашка-вискозиметр

Это наиболее простой тип прибора, применяемый для подготовки лакокрасочных материалов. Он является разновидностью капиллярного или проточного устройства.

Неразбавленные растворителями краски обладают различной вязкостью. Ее показатель имеет значение при выполнении малярных работ с использованием краскопульта. Избыточно густые ЛКМ плохо продуваются через его сопло.

Кроме этого они не растекается по поверхности, поэтому покрытие покрывается шагренью. Для решение этой проблемы выполняется предварительное определение вязкости краски вискозиметром.

После этого она разбавляется растворителем до оптимальной густоты.

Использование чашки-вискозиметра позволяет быстро определить вязкость краски. Этот прибор представляет собой воронку с рукояткой общим объемом обычно 100 мл. В ней имеется отверстие диаметром до 4 мм. Принцип работы прибора заключается в замере времени, которое потребуется, чтобы краска вытекла из воронки. Чем она гуще, тем медленнее вытекает.

Инструкция к прибору крайне проста:

  • Воронка полностью наполняется краской, при закрытом сливном отверстии пальцем.
  • Палец убирается и запускается таймер отсчета, чтобы измерить, когда струйка краски истощится.

Чтобы получить максимально точные данные на столь примитивном устройстве, стекающие капли после прекращения струи не учитываются. На погрешность устройства влияет окружающая температура.

Оптимально проводить измерение при 18-22°С.

Применяя вискозиметр необходимо стремиться довести вязкость ЛКМ до таких значений измерения:

  • Автоэмаль – 15-20 сек.
  • Грунтовка – 15-30 сек.
  • Латексная краска – 35-45 сек.
  • Эмаль – 15-25 сек.
  • Молотковая краска – 30-45 сек.

Прибор типа чашки или воронки является самым доступным и простым в применении. Его нередко используют как одноразовое устройство.

При желании воспользоваться им повторно, важно провести тщательную мойку от остатков краски, так как ее слой уменьшает диаметр отверстия воронки. Из-за этого все последующие измерения получат искажение.

Нередко прибор входит в стандартную комплектацию электрических краскопультов, так как те имеют строгое ограничение на вязкость красок, которые можно безопасно в них заливать. При их излишней густоте устройство может сломаться.

Обычно в инструкции к таким приборам указываться «максимальная вязкость материалов – 40 DIN-сек» или другое значение. Это значит, что краскопульт способен распылять жидкости, которые стекают через прибор менее чем за 40 сек.

Суттарда

Также достаточно распространенными в быту является вискозиметр Суттарда. Это устройство представляет собой полый цилиндр из устойчивого к коррозии материала. Он располагается на диске с круговой разметкой.

Суть использования такого вискозиметра заключается в том, что цилиндр устанавливается на шкалу. В него заполняется строительный раствор, обычно штукатурка или гипсовое тесто. После этого цилиндр резко поднимается. Так как у него нет дна, то содержимое растекается по диску.

Применяя устройство этого типа, можно определить текучесть штукатурки, шпаклевки при ее приготовлении. Раствор или клей оптимальной густоты является более простым в нанесении, обладает лучшей прочностью.

Особенности ухода за прибором

Вискозиметр нуждается только в очистке от остатков жидкостей. Мойка выполняется водой, растворителями или специальными средствами, смывающими рабочий материал. Также аппараты, применяемые в области ГРОЕИ, подвергаются проведению поверки.

В первую очередь это касается цифровых автоматических моделей. Поверка выполняется с периодичностью 1 год. Для этого используются специальные поверочные жидкости эталонной вязкости. Устройствами измеряется густота веществ, текучесть которых заведомо известна.

После этого сравниваются результаты, чтобы определить фактическую погрешность прибора.

Похожие темы:

Ссылка на основную публикацию
Для любых предложений по сайту: [email protected]