Вискозиметры: виды, принцип работы

Вискозиметр – метрологический прибор для измерения вязкости или внутреннего трения жидкостей, газов, ряда полимерных материалов. Определение вязкости вискозиметром заключается в измерении времени протекания исследумого вещества сквозь тонкую трубку – капилляр или отверстие.

Виды вязкости

В гидравлике рассматривают динамическую (абсолютную) вязкость – текучесть вещества в нормальных условиях (t = +20 ± 2 °C) без внешнего давления и кинетическую – определяется при изменении температуры и внешнего давления.

Преимущественно вискозиметры определяют абсолютную вязкость. Чем она на выше, тем медленнее течет вещество – оказывается большее сопротивление внутреннему трению.

Классификация

Принцип работы вискозиметра зависит от его конструкции: капиллярный, ротационный, с падающим шариком, вибрирующим зондом, чашечный и пузырьковый.

Капиллярный вискозиметр – стеклянная U-образная трубка с калиброванным капилляром диаметром менее 1 мм и ёмкостью для сбора жидкости. Из десятка конструкций спросом пользуются простейшие решения Кэннон-Фенске и Оствальда. Эти устройства измеряют время, за которое вещество протекает сквозь капилляр под действием собственной массы.

Значение кинетической вязкости вычисляют на основании измеренного времени по формулам или готовым таблицам, индивидуальным для каждой модели устройства. Измерители работают с прозрачными и непрозрачными веществами.

Особенности:

• дешевизна,
• хрупкость,
• высокая чувствительность,
• нельзя проводить непрерывные измерения.

Ротационный вискозиметр (лабораторный) – сложное устройство. Состоит из пары расположенных на общей оси тел вращения, электродвигателя, электронного блока управления и резервуара для исследуемой жидкости, в которой движутся цилиндры. Тела вращаются в исследуемом веществе, прикасаясь друг к другу. К одному прилагают известный крутящий момент, после чего измеряют угловую скорость, зависящую от внутреннего трения жидкости. Бывает наоборот: измеряют скорость, зная величину момента силы.

Особенности:

• широкий диапазон измерения: 10-3 – 105 Па·с,
• проведение непрерывных анализов,
• погрешность достигает 4%.

Вибрационные (ультразвуковые) вискозиметры определяют затухание амплитуды колебаний датчика, которые вызывает контролируемая жидкая среда. Это высокоточные цифровые приборы, работающие с агрессивными жидкостями при невысокой температуре.

В моделях с падающим шариком замеряют время прохождения последним определённого расстояния. Пузырьковые – определяют параметры среды, где всплывает пузырёк газа. Чашечный вискозиметр работает по принципу капиллярного: измеряется время вытекания вещества с чаши через тонкое отверстие.

Сферы применения

Вискозиметры используются для определения вязкости:

• шоколада, кисломолочных продуктов, мёда в пищевой промышленности,
• крови для диагностики заболеваний, проведения медицинских экспериментов,
• кремов, мазей, гелей, иных косметических и медицинских средств,
• жидких металлов,
• готовых строительных смесей (растворов).

Основные потребители вискозиметров – сфера нефтедобычи и переработки нефти: лакокрасочные, горюче-смазочные материалы, жидкие полимеры. Динамическая вязкость важна при производстве и контроле качества горюче-смазочных материалов. Например, для нормальной работы двигателя внутреннего сгорания при отрицательных температурах нужно менее вязкое топливо.