Какими приборами определяется вязкость жидкости

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:

  • 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:

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.

Какими приборами определяется вязкость жидкости

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.

Какими приборами определяется вязкость жидкости

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.

Какими приборами определяется вязкость жидкости

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.

Какими приборами определяется вязкость жидкости

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.

Какими приборами определяется вязкость жидкости

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.

Какими приборами определяется вязкость жидкости

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.

Какими приборами определяется вязкость жидкости

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.

Вязкость жидкости

Какими приборами определяется вязкость жидкости

Вязкость жидкости – это свойство реальных жидкостей оказывать сопротивление касательным усилиям (внутреннему трению) в потоке. Вязкость жидкости не может быть обнаружена при покое жидкости, так как она проявляется только при её движении. Для правильной оценки таких гидравлических сопротивлений, возникающих при движении жидкости, необходимо прежде всего установить законы внутреннего трения жидкости и составить ясное представление о механизме самого движения.

Содержание статьи

Физический смысл вязкости

Для понятия физической сущности такого понятия как вязкость жидкости рассмотрим пример. Пусть есть две параллельные пластинки А и В. В пространство между ними заключена жидкость: нижняя пластинка неподвижна, а верхняя пластинка движется с некоторой постоянной скоростью υ1

Какими приборами определяется вязкость жидкости

Как при этом показывает опыт, слои жидкости, непосредственно прилегающие к пластинкам (так называемые прилипшие слои), будут иметь одинаковые с ним скорости, т.е. слой, прилегающий к нижней пластинке А, будет находиться в покое, а слой, примыкающий к верхней пластинке В, будет двигаться со скоростью υ1.

Промежуточные слои жидкости будут скользить друг по другу, причем их скорости будут пропорциональны расстояниям от нижней пластинки.

Ещё Ньютоном было высказано предположение, которое вскоре подтвердилось опытом, что силы сопротивления, возникающие при таком скольжении слоев, пропорциональны площади соприкосновения слоев и скорости скольжения. Если взять площадь соприкосновения равной единице, это положение можно записать в виде

Какими приборами определяется вязкость жидкости

где τ – сила сопротивления, отнесенная к единице площади, или напряжение трения

μ – коэффициент пропорциональности, зависящий от рода жидкости и называемый коэффициентом абсолютной вязкости или просто абсолютной вязкостью жидкости.

Величину dυ/dy – изменение скорости в направлении, нормальном к направлению самой скорости, называют скоростью скольжения.

Таким образом вязкость жидкости – это физическое свойство жидкости, характеризующее их сопротивление скольжению или сдвигу

Вязкость кинематическая, динамическая и абсолютная

Теперь определимся с различными понятиям вязкости:

Динамическая вязкость. Единицей измерения этой вязкости является паскаль в секунду (Па*с). Физический смысл состоит в снижении давления в единицу времени. Динамическая вязкость характеризует сопротивление жидкости (или газа) смещению одного слоя относительно другого.

Динамическая вязкость зависит от температуры. Она уменьшается при повышении температуры и увеличивается при повышении давления.

Кинематическая вязкость. Единицей измерения является Стокс. Кинематическая вязкость получается как отношение динамической вязкости к плотности конкретного вещества.

Определение кинематической вязкости производится в классическом случае измерением времени вытекания определенного объема жидкости через калиброванное отверстие при воздействии силы тяжести

Абсолютная вязкость получается при умножении кинематической вязкости на плотность. В международной системе единиц абсолютная вязкость измеряется в Н*с/м2 – эту единицу называют Пуазейлем.

Коэффициент вязкости жидкости

В гидравлике часто используют величину, получаемую в результате деления абсолютной вязкости на плотность. Эту величину называют коэффициентом кинематической вязкости жидкости или просто кинематической вязкостью и обозначают буквой ν. Таким образом кинематическая вязкость жидкости

где ρ – плотность жидкости.

Единицей измерения кинематической вязкости жидкости в международной и технической системах единиц служит величина м2/с.

В физической системе единиц кинематическая вязкость имеет единицу измерения см 2 /с и называется Стоксом(Ст).

Вязкость некоторых жидкостей

Жидкостьt, °Сν, Ст
Вода0,0178
Вода200,0101
Вода1000,0028
Бензин180,0065
Спирт винный180,0133
Керосин180,0250
Глицерин208,7
Ртуть0,00125

Величину, обратную коэффициенту абсолютной вязкости жидкости, называют текучестью

Как показывают многочисленные эксперименты и наблюдения, вязкость жидкости уменьшается с увеличением температуры. Для различных жидкостей зависимость вязкости от температуры получается различной.

Поэтому, при практических расчетах к выбору значения коэффициента вязкости следует подходить очень осторожно. В каждом отдельном случае целесообразно брать за основу специальные лабораторные исследования.

Вязкость жидкостей, как установлено из опытов, зависит так же и от давления. Вязкость возрастает при увеличении давления. Исключение в этом случае является вода, для которой при температуре до 32 градусов Цельсия с увеличением давления вязкость уменьшается.

Что касается газов, то зависимость вязкости от давления, так же как и от температуры, очень существенна. С увеличением давления кинематическая вязкость газов уменьшается, а с увеличением температуры, наоборот, увеличивается.

Методы измерения вязкости. Метод Стокса.

Какими приборами определяется вязкость жидкости

Область, посвященная измерению вязкости жидкости, называется вискозиметрия, а прибор для измерения вязкости называется вискозиметр.

Современные вискозиметры изготавливаются из прочных материалов, а при их производстве используются самые современные технологии, для обеспечение работы с высокой температурой и давлением без вреда для оборудования.

Существует следующие методы определения вязкости жидкости.

Капиллярный метод.

Сущность этого метода заключается в использовании сообщающихся сосудов. Два сосуда соединяются стеклянной трубкой известного диаметра и длины. Жидкость помещается в стеклянный канал и за определенный промежуток времени перетекает из одного сосуда в другой. Далее зная давление в первом сосуде и воспользовавшись для расчетов формулой Пуазейля определяется коэффициент вязкости.

Метод по Гессе.

Этот метод несколько сложнее предыдущего. Для его выполнения необходимо иметь две идентичные капиллярные установки. В первую помещают среду с заранее известным значением внутреннего трения, а во вторую – исследуемую жидкость. Затем замеряют время по первому методу на каждой из установок и составляя пропорцию между опытами находят интересующую вязкость.

Ротационный метод.

Для выполнения этого метода необходимо иметь конструкцию из двух цилиндров, причем один из них должен быть расположен внутри другого. В промежуток между сосудами помещают исследуемую жидкость, а затем придают скорость внутреннему цилиндру.

Жидкость вращается вместе с цилиндром со своей угловой скоростью. Разница в силе момента цилиндра и жидкости позволяет определить вязкость последней.

Метод Стокса

Какими приборами определяется вязкость жидкости

Для выполнения этого опыта потребуется вискозиметр Гепплера, который представляет из себя цилиндр, заполненный жидкостью.

Вначале делаются две пометки по высоте цилиндра и замеряют расстояние между ними. Затем шарик определенного радиуса помещается в жидкость. Шарик начинает погружаться в жидкость и проходит расстояние от одной метки до другой. Это время фиксируется. Определив скорость движения шарика затем вычисляют вязкость жидкости.

Видео по теме вязкости

Определение вязкости играет большую роль в промышленности, поскольку определяет конструкцию оборудования для различных сред. Например, оборудование для добычи, переработки и транспортировки нефти.

Источник