Для чего нужен вискозиметр

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.

Где используется вискозиметр

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

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:

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:

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:

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.

Источник

Вискозиметры — приборы для измерения вязкости веществ

Вискозиметр — измерительный прибор для определения вязкости жидкостей, газов, некоторых видов полимеров. Название прибора произошло от латинского «viscosus» — вязкий.

Вискозиметры измеряют динамическую вязкость и/или кинематическую. Динамическая вязкость показывает степень текучести вещества в реальных условиях. Она измеряется в Па∙с (паскаль секунды) или в Пуазах. Кинематическая вязкость оценивает текучесть при разных условиях давления и плотности вещества и вычисляется как отношение абсолютной вязкости к плотности. Измеряется данная величина в Стоксах или см 2 /с.

Большинство вискозиметров разработано для ньютоновских, проще говоря, привычных нам жидкостей. Их вязкость зависит только от давления и температуры. Однако существует целый класс неньютоновских жидкостей (немного о них мы рассказывали в статье про крахмал), вязкость которых напрямую зависит от скорости течения. Это человеческая кровь, резиновый цемент, растворы полимеров, моторные масла с полимерными добавками и модификаторами вязкости, некоторые пищевые продукты. Для определения вязкости неньютоновских жидкостей тоже можно использовать вискозиметры, за исключением ультразвуковых и вискозиметров с падающим шариком.

Какие бывают типы вискозиметров

— Капиллярные. При использовании этого прибора обычно измеряется время, за которое определенный объем исследуемой жидкости перетечет через капилляр или отверстие определенного диаметра.

— Ротационные. Прибор состоит из двух соосных цилиндров, между которыми помещается исследуемое вещество. Один из цилиндров вращается с постоянной скоростью, передавая через среду вращающий момент неподвижному цилиндру. Вязкость среды оценивают по величине момента вращения неподвижного цилиндра.

— С падающим шариком. Вязкость определяется по расстоянию, пройденному шариком, опущенным в вещество.

— Пузырькового типа. Пузырьковые вискозиметры оценивают характеристики движения пузырька газа в исследуемой среде.

— Ультразвуковые. Устройство представляет собой специальный зонд, который опускают в исследуемое вещество, где он испускает короткие импульсы. По степени затухания импульсов судят о вязкости материала.

— Вибрационные. Определяют вязкость по изменению параметров колебаний вибрирующего зонда в среде.

Как выбрать вискозиметр

Для того чтобы выбрать вискозиметр, нужно определиться с тремя основными параметрами:
— точность измерения;
— диапазон значений;
— условия работы прибора.

Капиллярные вискозиметры отличаются высокой чувствительностью, погрешность их измерений не превышает 2% (как правило, составляет доли процента). Поэтому они чаще других используются в лабораториях.

Ротационные вискозиметры позволяют измерять вязкость самых разных веществ в диапазоне от 0,6 мПа∙с до 3 000 000 мПа∙с, но погрешность измерений может достигать 4%.

К очень точным измерительным приборам относятся ультразвуковые вискозиметры. Кроме того, они подходят для работы с агрессивными, высокотемпературными веществами, для измерений в вакууме и в инертной атмосфере.

Вискозиметры, работающие на принципе падающего шарика, применимы в высокотемпературных средах — ими часто измеряют вязкость расплавов стекол, солей. Очень удобны они для измерения вязкости прозрачных низковязких сред в пищевой, фармацевтической, нефтехимической индустрии. Погрешность измерений не превышает 3%.

В магазине «ПраймКемикалсГрупп» вы можете купить Вискозиметр ВЗ-246 капиллярного типа — сертифицированное и качественное оборудование. Заказать его, как и другие товары из нашего широкого ассортимента, можно с доставкой.

Источник

Для чего нужен вискозиметр

Моя мама фармацевт. Однажды она сказала, что в аптеку привезли вискозиметры. Я спросила: «А для чего нужны вискозиметры?». Мама ответила, что для определения вязкости смесей и мазей. В школе такого прибора нет, и про вязкость мы ещё не изучали. Поэтому обратившись к сети Интернет, я узнала, что посредством специализированного прибора вискозиметра измеряется время истечения жидкостей и газов для дальнейшей оценки вязкости. Обусловленные широтой и разнообразием областей применения, необходимость и практическая ценность вискозиметра неоспоримы. Существуют как стандартные, так и узкоспециализированные модели, разработанные исключительно для применения в конкретной области. Вискозиметры применяют для:

измерения динамической вязкости;

измерения вязкости растворов;

диагностических и экспериментальных исследований;

точности подбора материалов для смесей, растворов, покрытий;

определения качества масел, жидкостей, продуктов и пр.;

расчета иных реологических характеристик.

Какая большая область применения! Конечно, мне захотелось больше узнать и о приборе, и как определить вязкость жидкости.

Цель исследования – с помощью самодельного вискозиметра определить коэффициент динамической вязкости жидкости

Изучить дополнительную литературу по данной теме

Изучить явление внутреннего трения в жидкостях

Экспериментально определить коэффициент внутреннего трения жидкостей: воды, сахарного сиропа, рафинированного масла

Исследовать зависимость коэффициента внутреннего трения от температуры

Сравнить полученные значения коэффициента внутреннего трения с табличными значениями

Объект исследования: вискозиметр

Предмет исследования: коэффициент динамической вязкости жидкости

Методы: исследование, эксперимент, наблюдение, сравнение, анализ.

2.1Разновидности и сферы применения вискозиметров

Вязкость – характеристика, которая определяет величину трения слоев внутри жидкости. То есть сопротивление между молекулами вещества при их движении. Чем меньше вязкость, тем более текучей является жидкость. Измерение вязкости проводится при помощи специальных аппаратов –вискозиметров. Лабораторное оборудование и приборы для определения вязкости выбирают исходя из свойств и температуры исследуемой пробы, а также необходимой точности испытания.

• приборы с падающим шариком.

В кулинарии и пищевой промышленности, к примеру, важно значение динамической вязкости расплавленного шоколада для идеального смешивания и покрытия продуктов. Соусы и подливы должны легко вытекать, но не растекаться по посуде.

2.2 Явление внутреннего трения в жидкостях

Вязкость (внутреннее трение) – это свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой.

Во всех реальных жидкостях (газах) при перемещении одних слоев относительно других возникают силы трения. Со стороны слоя, движущегося более быстро, на слой, движущийся медленнее, действует ускоряющая сила. Наоборот, со стороны слоя, движущегося медленнее, на более быстрый слой действует тормозящая сила. Эти силы, носящие название сил внутреннего трения, направлены по касательной к поверхности слоев.

Для явления внутреннего трения справедлив закон Ньютона (1687 г.):

η − коэффициент внутреннего трения (коэффициент динамической вязкости).

Единицей динамической вязкости в СИ является паскаль – секунда (Па⋅с).

Коэффициент динамической вязкости зависит от температуры, причем

характер этой зависимости существенно различается для жидкостей и газов. С повышением температуры коэффициент вязкости у жидкостей сильно уменьшается, а у газов, напротив, возрастает.

Наблюдается два вида течения жидкости (газа). В одних случаях жид-

кость как бы разделяется на слои, которые скользят относительно друг друга,

не перемешиваясь. Такое течение называется ламинарным (слоистым).

Используемый в этой работе метод Пуазейля [2] основан на

ламинарном течении жидкости в тонком капилляре и позволяет измерить ее

вязкость по объему вытекшей жидкости.

Согласно формуле Пуазейля, объем жидкости V, протекающий по капилляру длиной l и диаметром d за время t при разности давлений ΔР на концах капилляра, определяется следующим образом:

Коэффициент динамической вязкости η, как следует из формулы Пуазей-

ля, определяется по формуле:

3.Определение коэффициента внутреннего трения жидкости

Для изготовления вискози­метра необходимо взять пла­стиковую бутылку объёмом 1,5-2 литра. Крышку с бутылки нужно снять.

В качестве трубки, где будет оп­ределяться величина внутрен­него трения жидкости, можно взять пус­той стержень от шариковой ручки длиной примерно 70 мм. Эту трубку нужно вставить в шприц объёмом 1 мл, а у противоположного конца шприца сделать отверстие. Перед установкой стержня необхо­димо оп­ределить его линейные размеры: длину l и внутренний диаметр d.

При такой компоновке деталей поршень шприца будет работать как запорный кран. А теперь этот шприц нужно вставить в бутылку через резинку. В таком виде прибор готов к работе.

В большинстве случаев измерение в вискозиметрах основано на наблюдении истечения жидкости, скорость которой зависит от вязкости по известному закону Пуазейля:

Кроме прибора для выполне­ния эксперимента понадобятся мензурка и секундомер.

3.1Определение коэффициента внутреннего трения воды при температуре

нальём полную бутылку воды; крышку при этом нужно оставить снятой;

установим изготовленный прибор на подставку так, чтобы под кран можно было подставить мензурку;

определим высоту жидкости h₁ от уровня трубки;

откроем кран и с помощью секундомера определим время t вытекания некоторого объема воды (70 мл);

после окончания измерений определим высоту жидкости h₂;

по данным измерений найдём величину разности давлений:

определим объём жидкости, протекающий через капилляр в единицу времени:

определи коэффициент вязкости жидкости η:

результаты занесём в таблицу:

Температура воды была определена с помощью мобильной естественно- научной лаборатория (ЛабДиск- мультисенсорный регистратор данных)

Источник

Вискозиметр. Виды и основные сферы применения

Знаете ли вы, что такое вискозиметр, для чего он нужен и в каких направлениях, процессах может быть полезен? Если интересует какой-либо из этих вопросов, читайте далее.

Вискозиметр (от viscosus, что в переводе с латинского языка значит «вязкий», и metrum – «мера») – это устройство, призванное для установления двух типов вязкости материалов: динамической и кинетической. Одна из них, динамическая, или абсолютная (текучие параметры жидких сред в стандартных условиях), может измеряться в паузах (П) и паскаль-секундах (Па·с). Что касается второй, кинетической (текучесть тех же материалов, но уже под температурным воздействием и под давлением), то для ее определения используются стоксы (Ст) и метры квадратные за секунду (м²/с). Первый параметр и той, и другой вязкостей характерен системе единиц СГС, второй – СИ.

С помощью вискозиметра можно контролировать жидкие среды, путем определения их вязкостного уровня. Где эти сведения могут быть полезны? В разных научных и производственных направлениях:

— медицина (определение густоты крови);

— фармацевтика (создание мазеобразных лекарств значительных консистенций);

— пищепром (измерение характеристик сырья и готовой продукции, например, меда, молочки, соков и т.д.);

— нефтепромышленность и изготовление топлива (анализ автомобильных масел, бензина, парафина…);

— ЛК и хим. отрасли (определение состояния лаков, красок, смол).

Разновидности вискозиметров

Зависимо от того, какой метод лежит в основе функционирования прибора, он может принадлежать к одному из следующих видов:

√ Ротационные. По сути, модели, принадлежащие к указанной разновидности, конструктивно выглядят как два вращающиеся цилиндрических/дисковых/конусных/полусферных тела, составленные по осям. В зону между ними помещается материал, поддающийся исследованию. После этого одно из тел вращают, а другое остается недвижимым. Жидкая среда в процессе транслирует вращение от конструктивной детали, которая движется, к той, что не движется. Абсолютная вязкость в результате определяется по скорости передачи вращения между ними.

Кстати, в целом, есть 2 главных метода вымеривания вязкости: по моменту сопротивления деформации при установленном скоростном режиме кручения и, собственно по скорости, с какой вращается деталь от приложенного стойкого крутящего момента. И когда большинство устройств работают именно на основе первого метода, с помощью ротационного вискозиметра можно определить вязкость истинную и абсолютную. К тому же, среды исследованиям могут поддаваться как структурированные, так и реологические.

Еще один важный аспект, касающийся данного вида приборов, заключается в значительном диапазоне измерений: от 1 мПа·с до сотен тысяч Па·с. Он возможен, благодаря и скоростным изменениям шпинделя в промежутке 0,01-1500 оборотов в минуту, и в связи с применением шпинделей с разными размерными параметрами, каждый из которых предназначен для различных вязкостных диапазонов.

√ Капиллярные. Эти модели функционируют по другому, хронометрическому, принципу, а именно на основе установления временного промежутка, за каков определенное количество жидкой среды проходит сквозь небольшой ширины дыру или трубку при предопределенной разнице давлений. Выглядят как один или больше скрепленных капилляров, дополненных наливным отверстием или небольшой ширины трубкой.

Что запускает материал для исследований, находящийся в начальной точке, то есть в резервуарной емкости? В большинстве вариантов ее вытекание происходит под влиянием своей же массы. Вязкость определяется в такой ситуации как величина, соразмерная разнице давлений между двумя жидкостями, одна из которых проливается из капилляра, другая – из достаточно солидных размеров трубы.

Если жидкая среда вытекает только под воздействием тяжести, что характерно вискозиметру Уббелоде, то вязкость измеряется кинематическая. А вообще, кроме упомянутой спецификации, капиллярные устройства есть также Оствальда и Уббелоде с подцепленным уровнем. Особой популярностью пользуются приборы Кэннон-Фенске – ввиду элементарности и комфорта их использования. Они измеряют кинематическую вязкость прозрачных и непрозрачных жидких сред. Соответственно, первые называются устройствами прямого тока, вторые – обратного. Их размерные характеристики и постоянные величины процесса обычно совпадают.

Также все эти приборы разделяют на два подвида: погружные и чашечные. Первые призваны измерять вязкость в экспресс-условиях, то есть непосредственно в рабочих сосудах или технике. Чтобы максимально повысить удобство применения, производятся они из материалов, которые не вызывают сложностей в очищении и уходе, а также комплектуются спец. держателем. Вторые выглядят как чаши/жерла и реализуются в совокупности со штативом, который, к слову, поддается регулированию.

Диапазон работы всех устройств данного вида, в общем, составляет 10 мкПа∙с-10 кПа∙с.

√ С движущимся шариком. Также встречается название «с падающим шариком». Их функционирование основывается на законе Стокса, определяющем силу сопротивления F, которую испытывает твердый шар, двигаясь медленно и поступательно в не имеющей ограничений вязкой жидкости. Определение вязкости происходит на основе времени, за которое шарик проходит определенную дистанцию, в большинстве случаев, без задействования дополнительной силы, только под влиянием собственного веса.

Разновидности таких вискозиметров существуют разные. Самая известная из них, пожалуй – модель Гепплера.

√ Вибрационные. Измерения основываются на том, как меняется резонансная частота колебательных движений в жидкой среде отличающейся вязкости. Поскольку на частоту тогда влияет и плотность изучаемого продукта, в ряде моделей предусматривается возможность устанавливать плотность, не зависимо от вязкости. В других же вязкость измеряется при постоянной величине плотности.

√ Пузырьковые. Определяют, как движутся газовые пузыри, без препятствий перемещающиеся на поверхность в вязкой среде. Именно по их параметрам и осуществляется нахождение вязкости исследуемого материала.

Вот так выглядят основные виды и сферы применения вискозиметров. Если предстоит выбор устройства, учтите все характеристики и нюансы каждого из описанных вариантов. Благо, ассортимент и качество современной продукции не ставят перед покупателем практически никаких ограничений.

Источник