Виды вискозиметров: Вискозиметры – капиллярные, ротационные, ультразвуковые, с падающим шариком и другие приборы

Содержание

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.

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.

Вискозиметры

Главная страница / Новости науки

29.12.2013

Существуют такие основные виды вискозиметров:

капиллярные;
ротационные;
с системой падающего шарика, а также другие.

Опишем подробнее принципы работы и особенности каждого из них.

Капиллярные вискозиметры

Для эффективной работы вискозиметра были использованы два необходимых фактора: прохождения жидкости определенного объема сквозь неширокое отверстие, или же по трубке; заданная наперед разница в давлениях. С помощью этих инструментов, производится подсчет времени протекания жидкости. Как бывает в большинстве случаев, жидкость сама вытекает из емкости, что обусловлено действием её собственного веса. Тогда её характеристики вязкости будут вычисляться по формуле прямой пропорциональной зависимости от разницы давлений в точке вытекания из капилляра с одной стороны и вытекания жидкости того же уровня, но уже из очень толстой трубки.

В ситуации, когда жидкость в приборе протекает исключительно в следствии действия сил тяжести, тогда нужно определять показатели кинематической (то есть, не динамической) вязкости. Такой принцип работы использует капиллярный вискозиметр Уббелоде, с помощью которых определяют показатели вязкости в пределах10 мкПа∙с — 10 кПа∙с. (по ASTM D 445 (ГОСТ 33)).

Ротационные вискозиметры

Принцип действия этого вида приборов базируется на вращении двух тел, одно из которых помещено в другое и соприкасается к его внутренней части. Тела могут иметь как одинаковые форму и размер, так и разные. Как пример, можно навести некую сферу, которая вращается в конусоподобном теле. Свободное пространство между двумя предметами наполняет тем веществом, характеристики которого и нужно исследовать. После этого, одно из тел (которое получило импульс движения за счет крутящего момента) начинает вращение. Скорость этого вращения является угловой и напрямую зависит от значения вязкости залитого вещества.

Стандартно, вискозиметр определяет крутящий момент при стабилизации скорости. Работают ротационные вискозиметры в диапазоне от 1 мПа•с и до значительно больших значений — сотен тысяч Па•с. Секрет такого размаха измерений кроется в настройках изменения скорости вращательного момента шпинделя в пределах 0,01-100 оборотом/минуту и использовании разных размеров шпинделей для разных веществ.

Вискозиметр с движущимся шариком

Принцип работы этого вида прибора базируется на применении закона Стокса. Так, за определенный отрезок времени шарик проходит отрезок расстояния. Отличительной характеристикой здесь служит движение под действием только собственного веса шарика. Для определения вязкости таким способом используют вискозиметр Гепплера.

Вискозиметр с вибрирующим зондом

Его действие основано на том, что жидкости с разной вязкостью дают разные значения резонансной частоты колебаний. Зависимо от плотности такой жидкости, частота будет меняться, что позволит вискозиметру определить показатель вязкости. Следует учитывать, что существуют модели, которые сами определяют плотность жидкости, а для некоторых её параметры нужно задавать.

Вискозиметр пузырькового типа

Работает, анализируя определенные параметры газовых пузырей, которые запускают для движения и дальнейшего всплытия в вязкой среде.

Синусоидальный вибровискозиметр SV-10

Аппарат для измерения крутящего момента VK 600 control

omer2. jpg»>

Стеклянные вискозиметры Ubbelohde

Смотреть все

Возврат к списку

6 различных типов вискозиметров и как они работают

В нашем блоге первой серии вискозиметров мы обсуждали «что» и «почему» вискозиметров — что они из себя представляют и чем они полезны. В этом блоге мы рассмотрим «как» — то есть, как работают шесть различных типов вискозиметров. Этот список ни в коем случае не является исчерпывающим; существуют и другие типы вискозиметров, но не все из них подходят для промышленных процессов.

Вот шесть типов, которые мы рассмотрим:

Вискозиметры с диафрагмой
Капиллярные вискозиметры
Вискозиметр с падающим поршнем
Ротационные вискозиметры
Вискозиметр с падающим шариком
Вибрационные вискозиметры

#1 — Вискозиметры с диафрагмой

Вискозиметр с диафрагмой обычно состоит из чашки с отверстием, через которое протекает жидкость. Вязкость определяется по времени, за которое чаша опорожняется, и измеряется в секундах чашки. Вискозиметры с диафрагмой просты в использовании вручную благодаря тому, что их просто погружают в рабочую жидкость, что делает их популярными в лакокрасочной промышленности. Они включают в себя чашки Zahn, чашки Ford и многое другое.

#2 — Капиллярные вискозиметры

Капиллярные вискозиметры, также известные как U-образные вискозиметры, включают варианты Оствальда и Уббелоде. Они просты в использовании и состоят из U-образной стеклянной трубки с двумя лампочками (одной выше и одной ниже). Жидкость проходит из верхней колбы в нижнюю через капилляр, а вязкость измеряется по времени, которое требуется жидкости для прохождения через трубку.

#3 — Вискозиметры с падающим поршнем

Согласно Википедии, вискозиметры с падающим поршнем были изобретены Остином Норкроссом, поэтому их также называют вискозиметрами Норкросса. Они работают, втягивая измеряемую жидкость в поршневой цилиндр, когда поршень поднят; время, необходимое поршню для падения (время падения в секундах) из-за сопротивления жидкости, используется для определения вязкости. Вискозиметры с падающим поршнем просты в использовании и обслуживании, а также имеют длительный срок службы.

№4 — Ротационные вискозиметры

Ротационные вискозиметры измеряют вязкость путем погружения вращающегося шпинделя в тестируемую жидкость. Величина мощности (крутящий момент), необходимая для вращения шпинделя, указывает на вязкость жидкости, и, поскольку ротационные вискозиметры не используют гравитацию для работы, их измерения основаны на внутреннем напряжении сдвига жидкости.

#5 — Вискозиметры с падающим шариком

Вискозиметры с падающим шариком работают аналогично вискозиметрам с падающим поршнем. В этом типе вискозиметра шарик опускается в образец измеряемой жидкости. Размеры мяча уже известны, поэтому вязкость определяется временем, которое требуется мячу (опять же, используя время падения в секундах), чтобы провалиться сквозь жидкость под действием силы тяжести.

#6 — Вибрационные вискозиметры

Вибрационные вискозиметры используют вибрирующий стержень для измерения вязкости. Различные жидкости более или менее устойчивы к вибрациям в зависимости от их вязкости. Таким образом, измеряя затухание вибрации или измеряя, насколько быстро снижается вибрация вискозиметра, можно определить вязкость. Вибрационные вискозиметры очень популярны благодаря высокой чувствительности и отсутствию движущихся частей.

Если вам нужна дополнительная информация о лучшем типе вискозиметра для вашего конкретного применения, свяжитесь с Saint Clair Systems.

Темы: Вязкость, покраска и покрытие, картина, покрытие, вискозиметры, Серия вискозиметров

Что такое вискозиметр? — Типы, области применения, преимущества

Вязкость

Вязкость является отличительным свойством жидкостей. Вязкость жидкости является мерой ее сопротивления деформации при данной скорости.

Для жидкостей вязкость соответствует естественному понятию «густота». Например, вязкость сиропа выше воды.

Вязкость рассматривается как мера силы трения, возникающей между соседними слоями жидкости, находящимися в относительном движении. Например, когда жидкость принудительно проходит через трубку, она течет быстрее вблизи оси трубы, чем вблизи ее стенок.

Факторами, влияющими на измерение вязкости, являются температура, время и напряжение сдвига.

Вискозиметр

Для измерения вязкости жидкостей используется несколько методов. Обычно они основаны на одном из трех явлений

движущейся поверхности, соприкасающейся с жидкостью.
объект, движущийся в жидкости.
жидкость, протекающая через резистивный компонент.

Вышеупомянутые явления являются основой для индукции трех основных вискозиметров в промышленности. Вискозиметры классифицируются следующим образом.

Типы вискозиметров

Вискозиметр — это прибор для измерения вязкости жидкости. Существует три основных практических метода определения вязкости ньютоновской жидкости

а) Капиллярный вискозиметр.

б) Ротационный вискозиметр.

c) Вискозиметр с падающим шариком.

Капиллярный вискозиметр

Наиболее распространенным вискозиметром среди нескольких других капиллярных вискозиметров является вискозиметр Оствальда, измеряющий поток жидкости через трубку.

Простейшей конструкцией капиллярного вискозиметра является вискозиметр Оствальда. Как показано на рисунке ниже, вискозиметр заполняется оцениваемым раствором до верхнего уровня или отметки А, затем жидкость всасывается через капиллярную трубку выше отметки груши до отметки В.

На следующем этапе жидкость проходит через капиллярную трубку под действием ее гидростатического давления. Регистрируют время, за которое жидкость проходит от марки В к марке С через капиллярную трубку.

Время умножается на постоянную прибора для определения кинематической вязкости жидкости:

Кинематическая вязкость = константа * время

Время, необходимое для прохождения жидкости через капиллярную трубку, прямо пропорционально динамической вязкости и обратно пропорциональна плотности жидкости, и, получив выражение:

Время = µ/ρ

Где:

µ = Динамическая вязкость.

ρ= Плотность жидкости.

Поскольку время зависит от плотности, а также от вязкости жидкости, время сдвига снижает вязкость.

Измерения капиллярной трубки должны быть ограничены фиксированной продолжительностью, это обеспечивает прямое считывание кинематической вязкости.

Ротационный вискозиметр

Эти типы вискозиметров основаны на том принципе, что сила, необходимая для вращения объекта, погруженного в жидкость, может указывать на вязкость жидкости.

Эти инструменты состоят из чашки с образцом, которая вращается со скоростью вращения ω. В жидкости находится погруженный цилиндр, представляющий собой коаксиальный цилиндр высотой h и радиусом r1.

Внутренний цилиндр подвешен на торсионной проволоке, создающей крутящий момент в результате действия вязких сил вращающейся на нем жидкости, что обеспечивает установившееся состояние движения.

В некоторых инструментах внутренний цилиндр вращается, и крутящий момент измеряется в чаше, или при постоянном приложенном крутящем моменте наблюдается результирующая деформация.

На расстоянии r от центра этот крутящий момент равен:

T = 2 π * r 2 * h * F

Где

T = крутящий момент,

H = высота внутреннего цилиндра и

F = тензор напряжения на радиусе r.

Таким образом, по измерению крутящего момента мы можем оценить напряжение, приложенное к жидкости.

Ротационные вискозиметры могут иметь различные формы, и они обычно описываются с точки зрения их систем измерения, но принцип одинаков для всех.

Вискозиметр с падающим шариком

Обычно измеряет вязкость и хорошо подходит для ньютоновских жидкостей.

Состоит из контейнера с вязкой жидкостью. Его действие основано на введении в емкость наклоненной под определенным углом небольшой сферы, которая стартует из состояния покоя и быстро достигает предельной скорости. Время, необходимое для прохождения расстояния L, определяет вязкость жидкости.

Время падения сферы определяет вязкость жидкости.

Переменные, участвующие в процессе измерения:

ρ ₁ Плотность твердой сферы.

ρ ₂ Плотность жидкости.

L Долгота, на которую падает сфера во времени t.

V0 Ограничение скорости сферы.

Принимая во внимание характеристики каждого из приборов, используемых для измерения вязкости ньютоновских жидкостей, делается вывод, что шариковый вискозиметр является наиболее подходящим оборудованием для разработки и изготовления по следующим причинам:

Расчет вязкость проста, так как она получается путем измерения времени, за которое тело проходит через две точки.
Элементов, участвующих в измерении вязкости, немного по сравнению с другим оборудованием, что делает его контроль более эффективным.

Применение вискозиметров

Вискозиметры, используемые в основном в следующих секторах:

Относящиеся к нефтяной промышленности (масла, углеводородные жидкости).
Относящиеся к пищевой промышленности (сахарные растворы, мед, пиво, молоко, желатин, фруктовые соки).
Относящиеся к химической промышленности (растворы полимеров, растворители, растворы смол, латексные дисперсии и клеевые растворы).
Косметическая/фармацевтическая промышленность (глицерин, эмульсии, суспензии, растворы, экстракты).
Нефтяная промышленность (сырая нефть, машинное масло, нефть).
Относящиеся к топливу (нефть, дизельное топливо).

Преимущества вискозиметра

Преимущества измерения вязкости

Вязкость является одним из наиболее важных технологических свойств и критических параметров.