Вискозиметр фото – Вискозиметр ротационный – принцип работы и характеристики + видео

Вискозиметр ротационный – принцип работы и характеристики + видео

Для измерения вязкости различных жидкостей используется вискозиметр ротационный и другие приборы для оценки проницаемости среды. Измерениям подлежит как динамическая, так и кинематическая вязкость различных текущих веществ и даже газов.

Разновидности вискозиметров

Для вискозиметрии используются следующие виды приборов:

1. Капиллярные устройства. Обычно снабжены высокоточным таймером, принцип работы связан с фиксацией времени протекания жидкости через тонкую трубку известного диаметра. Рядом располагается широкая трубка, по которой жидкость перемещается без капиллярного эффекта. Как правило, вытекание по обеим трубкам происходит под действием силы тяжести (то есть выпускные патрубки располагается внизу емкости), но возможно и искусственное нагнетание давления. Измеренная капиллярными вискозиметрами вязкость точно пропорциональна разнице скорости истечения среды по капилляру и широкому патрубку. Данные приборы сравнительно просты, но громоздки. Их с успехом применяют для замеров коэффициентов вязкости от 8-10 мкПа∙с (что соответствует газам) до 10-12 кПа∙с (текучие жидкости). Для вязких жидкостей и смесей с комками капиллярное измерение не годится – краска или густая известковая побелка попросту не вытекут через тонкую трубку. Наиболее известный прибор капиллярного типа – вискозиметр Уббелоде.
2. Механические вискозиметры. Представляют целый набор оригинальных и даже остроумных устройств с различным принципом работы. Например, измерители пузырькового типа функционируют на основе всплывающих в жидкости пузырьков газа, причем замерам подлежит не только время «всплытия», но и траектория движения. Интересны приборы с вибрирующим зондом – подбирая колебания лопастей зонда, можно ввести их в резонанс с собственной частотой среды. Тем самым снимаются значения как вязкости, так и плотности жидкости. Механическое оборудование пузырькового и резонансного типа для измерения вязкости применяется в точных лабораторных исследованиях и в быту практически не встречается. Более простые и доступные устройства для оценки вязкости работают на основе принципа, изобретенного еще великим Галилеем. Внутри емкости с жидкостью имеется своеобразная кабинка-лифт, в которую помещен обычный шарик. При отвесном падении этого шарика время его погружения до контактной площадки можно вычислить с высокой точностью, что равноценно измерению вязкости среды. Наиболее известным «шариковым» прибором является
   вискозиметр Гепплера.

Однако наибольшее распространение за счет малой погрешности, компактности, универсальности и бюджетной доступности получил ротационный прибор. Принцип его действия и популярные модификации этого прибора опишем отдельно.

Ротационный вискозиметр – принцип работы и разновидности прибора

В приборах ротационного типа имеется два тела вращения – корпус в виде цилиндра и встроенный в него конус или сфера. Внутренняя часть прибора (сфера или конус) движется с известной скоростью, для чего служит электропривод. Пространство между двумя телами вращения заполняется исследуемой жидкостью. Существует четкая зависимость между сопротивлением измеряемой среды и достигаемой скоростью углового вращения, эта зависимость фиксируется приборами и может сразу же выводиться на контрольную панель.

Именно так устроен наиболее простой ротационный вискозиметр Брукфильда. Его ротор сопряжен с асинхронным электродвигателем, закрепленным на станине снаружи. Конструктивное решение схоже с обыкновенной самодельной бетономешалкой – причем вполне допустимо измерять ротационными приборами вязкость таких тяжелых и густых субстанций, как цементный раствор или густая побелка. Известны вискозиметры с различными телами для внутреннего вращения. Ими могут служить не только классические конусы и сферы, но и диски, пластины и цилиндры.

Величина оставляемого зазора между телом вращения и неподвижной стенкой варьируется в пределах нескольких миллиметров для ощутимой силы трения между жидкостью и корпусом. Точно градуированный электродвигатель вращает внутренний ротор, специальные датчики измеряют силу сопротивления этому вращению. Как правило, фиксирующая аппаратура размещается на внутренней стороне неподвижного корпуса. Чем больше датчиков, тем точнее прибор и выше его стоимость.

Диапазон измерений у ротационных вискозиметров начинается от тысяч [Па*сек] и достигает миллионов [Па*сек]. Важным параметром является допустимая скорость вращения ротора – она может быть ничтожно малой, от 1 полного оборота за две минуты, и достигать двойного умножения частоты стандартной электросети (то есть 100 оборотов в минуту). Если верхний предел в 100 Герц реализуется достаточно просто, то миниатюрная скорость углового вращения свойственна вискозиметрам высокого класса точности и весьма ощутимой стоимости.

Из недостатков ротационных конструкций можно отметить неизбежный износ вращающихся частей, который накладывает отпечаток на корректность снимаемых показаний.

Именно поэтому приборы с медленным вращением ценятся выше – они медленнее изнашиваются и дольше служат по назначению без замены роторов и осей. Кроме того, приводимая в движение жидкость в зазоре должна обладать ламинарным течением. Когда ее течение становится турбулентным (опять же, при высоких скоростях вращения внутреннего конуса или сферы), фиксируемые показатели вязкости будут совершенно неточными.

Как корректируется измеренная вязкость?

Мало выяснить вязкость жидкости посредством ротационного, механического или капиллярного вискозиметра. Данная характеристика субстанции вполне подлежит корректировке, что известно любому отделочнику или ремонтнику. Излишне жидкий раствор для штукатурки «течет» и не держится на вертикальных поверхностях, а слишком «крутой» не сможет проникнуть в глубокие трещины и выбоины.

Если штукатур устраняет такие проблемы самостоятельно и без всяких приборов (попросту добавляя в раствор цемент, гипс или алебастр), то для модификации показателей вязкости красок, лаков, грунтовок, трансмиссионных и гидравлических масел ремонтных жидкостей используются иные методы:

• Полибутен – классическая присадка для уменьшения густоты, сейчас почти не используется;
• Полиметилакрилатные добавки эффективно препятствуют образованию кристаллов воска, поэтому их применяют для достаточной текучести масел и смазок, в том числе в условиях низких температур;
• Олефиновые полимеры используются в формулах моторных масел, выгодны низкой стоимостью и совместимостью с высокими температурами;
• Стирольные эфиры актуальны для трансмиссионных масел, в том числе для энергосберегающих двигателей внутреннего сгорания и автоматических коробок передач;
• Стирол-диеновые полимеры отличаются максимальной широтой температурного диапазона – их присутствие позволяет составу не застывать в мороз и не разжижаться в жару.

Разумеется, все перечисленные модификаторы применяются для корректировки вязкости в заводских условиях, при наличии лабораторных комплексов и испытательных стендов в химико-лакокрасочном производстве. Однако само наличие в составе приобретаемой продукции модификаторов вязкости может быть действенной подсказкой при разбавлении ценной акриловой краски или дорогостоящего лака. В других же случаях собственноручного ремонта лучше не играть в «юного химика» и купить новую банку масла или гидравлической жидкости вместо экспериментов со старой упаковкой. Токсичность и взрывоопасность таких «игр» могут быть куда реалистичнее, чем виртуальная экономия.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

remoskop.ru

Приборы для измерения вязкости жидкости. Вискозиметр ротационный

Вязкость различных жидкостей измеряется специальными приборами – вискозиметрами. По характеристикам и конструкции выделяют несколько видов данных приборов. Одним из них является вискозиметр ротационный, способный оценить проницаемость среды.

Разновидности приборов

Приборы, используемые для измерения вязкости жидкости, принято делить на три большие группы:

• Капиллярный вискозиметр.

• Механический вискозиметр.

• Ротационный вискозиметр.

Рассмотрим каждый из видов более подробно.

Механические приборы

Категория механических вискозиметров представляет собой целый ряд различных приборов, принцип работы которых основан на механических свойствах жидкостей. Это могут быть измерители резонансного, пузырькового, шарикового типов. Если первые два типа чаще всего используются в лаборатории, то последний встречается в быту. Его принцип работы основан на открытии Галилея.

Внутри прибора имеется «кабинка», где находится шарик. После заполнения прибора жидкостью, вязкость которой необходимо определить, шарик падает. Измеряется точное время, необходимое на падение шарика до контактной площадки. Условная вязкость определяется по данному временному интервалу.

Приборы капиллярного типа

Капиллярный вискозиметр в своей конструкции имеет тонкую трубку с известным диаметром. Исследуемая жидкость протекает по этой трубке. Эту же жидкость пускают также по трубке с большим диаметром, внутри которой не создается капиллярный эффект. Чаще всего жидкость течет под силой тяжести (то есть сверху вниз). Но в некоторых приборах создается искусственное давление. Измеряется время, за которое жидкость вытечет по обеим трубкам. Далее высчитывается их разность. Значение вязкости будет пропорционально значению данной разности.

Приборы данного типа просты, но имеют большие размеры. Еще один их недостаток заключается в том, что коэффициент вязкости измеряемой жидкости не должен превышать 12 кПа*с. Это значение соответствует жидкостям, которые хорошо текут. Более густые жидкости, или имеющие комки, в данном случае измерить нельзя.

Ротационный вискозиметр: принцип работы

Конструкция измерителей данного типа представляет собой цилиндр, внутрь которого помещена сфера. Внутренняя сфера движется с определенной скоростью за счет подключенного электропривода.

Между цилиндром и сферой остается пространство, которое заполняется исследуемой жидкостью. При этом сопротивление движению сферы изменяется. В данных приборах измеряется именно зависимость сопротивления жидкости и скорости вращения. Эти параметры и фиксируются в результате испытания.

Внутри цилиндра не всегда находится сфера. Она может быть заменена диском, конусом, пластиной или еще одним цилиндром. Расстояние между наружным и внутренним телом составляет несколько миллиметров, чтобы создалась сила трения. Значение сопротивления определяется датчиками. Чем больше их установлено, тем точнее будет значение. Соответственно, цена прибора будет увеличиваться.

Вискозиметр ротационный подходит для жидкостей, коэффициент вязкости которых находится в пределах от тысячи до миллионов Па*с. Скорость вращения внутреннего тела играет важную роль. От нее зависит точность измерения. Чем меньше скорость, тем точнее измерение. Приборы с минимальной скоростью углового вращения очень точны, но и стоят они дорого.

Виды ротационных вискозиметров

Описанный выше принцип работы прибора характерен для вискозиметра Брукфильда. Это наиболее простое устройство измерителя данного типа. Но не всегда движется внутреннее тело. В отдельных случаях вращается внешний цилиндр. Именно поэтому вискозиметр ротационный может быть двух видов: с неподвижным цилиндром и торсионные измерители.

Внутреннее тело торсионных вискозиметров подвешено в центре на упругой нити. При вращении внешнего цилиндра начинает двигаться и измеряемая жидкость. При ее вращении закручивается и цилиндр. Угол закручивания внутреннего цилиндра уравновешивается моментом сил трения вращающейся жидкости.

Погрешность измерения возникает из-за дна внутреннего цилиндра. Различные ученые пытались решить эту проблему по-своему. Чаще всего дно делали вогнутым. При заполнении жидкости в вогнутости остается воздух. Тем самым трение о дно снижается. Ученые Гатчек, Куэтт внутренний цилиндр помещали в охранные кольца. Это снижало турбулентность его концов. Волорович использовал высокий, но узкий цилиндр. При этом погрешность из-за дна становилась незначительной. Ряд ученых использовали приборы, в которых расстояние между цилиндрами было очень мало. При этом дно прибора не заполнялось жидкостью.

Вискозиметр ротационный по своей конструкции имеет очень много вариантов исполнения. Но он всегда обладает такими преимуществами, как универсальность, небольшой размер, малая погрешность и низкая стоимость. Именно благодаря этим характеристикам прибор и стал столь популярным.

fb.ru

Вискозиметр – определяем вязкость краски для отделки + видео

Для того чтобы при покраске деревянных или металлических изделий сам процесс прошел правильно, необходимо подобрать красители нужной густоты, в этом поможет специальный инструмент: принцип работы вискозиметра мы и изучим в данной статье.

Чем и зачем измерить вязкость?

Как узнать, хорошую краску мы приобретаем или нет? Для этого можно использовать прибор для определения вязкости или густоты вещества, которым мы заинтересовались. Какой же вид данного приспособления нужен нам для конкретной ситуации? Узнать это можно, рассмотрев особенности каждого типа приборов, поэтому в данной статье посмотрим, как устроен вискозиметр, узнаем принцип его действия и обсудим применение.

Что интересно, на сегодняшний день существуют разные способы, по которым классифицируют данные приспособления. Например, различают среди таких инструментов как те, что способны выдержать влияние большой температуры, так и аппараты, не предназначенные для этой цели. Можно также отличать их по исследуемым свойствам вязкой среды, здесь присутствуют инструменты с большим количеством функций, также есть и те, что имеют специальное предназначение измерять вязкости в особых средах с уже известными заранее свойствами.

Выделяют следующие виды приспособления для измерения вязкости: капиллярные, ультразвуковые, с вибрацией, ротационные, использующие в работе пузырьки, а также с падающим шариком. Проводимые измерения точны, так как существуют высокоточные приспособления, применяются эти аппараты широко, в частности, в промышленности, при лабораторных экспериментах, в медицине и даже в полевых условиях. Проведем сравнение, которое покажет, что именно пригодится в нашем ремонте или строительстве.

Ротационный аппарат для измерения вязкости жидкости

В аппарате ротационного действия вязкая среда помещается в зазор между парой тел правильного соотношения, например, цилиндр или конус. Одно из них (это и есть ротор) начинает вращаться с неизменной скоростью, а другое не изменяет положения. Принцип действия этого инструмента имеет несколько нюансов. Вращательное движение от ротора к другому телу происходит благодаря перемещению жидкости.

Теория, основанная на этом понятии, полагает, что по поверхности тел жидкость не проскальзывает, поэтому момент вращения от одной точки до другой принято называть мерой для вязкости жидкостей.

Пользуются популярностью ротационные электрические устройства: в них цилиндр, погруженный во внутреннюю вязкую среду, работает от электродвигателя. При вращении с одной скоростью ротора аппарата во время вхождения в жидкую среду возникает сопротивление, пропорциональное движению вращения, а на валу двигателя происходит тормозящий момент, противоположный вязкости среды, вызывающий соответствующее изменение установленных характеристик электродвигателя.

При выполнении корпуса такого аппарата из термоустойчивых материалов он может быть представлен, как устройство, имеющее способность для работы с высокими температурами. Наиболее часто оно применяется для обследования жидкостей, как при небольших отрицательных температурах, например в маслах, так и при очень высоких. Имеет небольшие погрешности, на которые можно не обращать внимание.

Капиллярный вискозиметр – когда нужна высокая точность!

Приспособление для измерения вязкости с капиллярами выглядит, как емкость (или несколько емкостей) определенного объёма с круглыми небольшими трубками, они же и есть капилляры. Как пользоваться вискозиметром с капиллярами, догадаться несложно: внутрь запускаем исследуемый раствор и ждем, пока он проделает путь. Суть такова, что при малой скорости вещество протекает по капиллярам заданного сечения и нужной длины, где на него оказывает влияние разница между давлениями.

В автоматизированных аппаратах этого типа жидкость подается в капилляр насосом постоянной производительности. Капиллярный вариант аппарата отличается простым устройством, так что получить точные значения вязкости легко. Из-за этих свойств данный представитель часто используется для определения свойств масел. Несмотря на обманчивый вид тонких стенок, капилляры, на самом деле, способны выдержать высокие температуры.

Но следует помнить, что всё же слишком большие температуры могут привести к изменению формы капилляра, а такие деформации недопустимы, ведь из-за этого будет страдать точность показаний. Что ещё хуже, материал капилляра даже способен в этом случае соединиться с жидкой средой внутри себя. Стоит отметить, что можно сделать примитивный капиллярный вискозиметр своими руками. Капиллярный вариант конструкции вполне можно изготовить из подручных материалов, правда, точность в этом случае, конечно, будет хромать.

Аппарат Гепплера – на что способен шарик в вязкой среде?

Интересен принцип работы аппарата для изучения вязкости, названный именем ученого Гепплера. В нем помещен небольшой шарик, имеющий свойство двигаться в той среде, что нужно исследовать. Закон Стокса о шарике является основанием для действия конструкции Гепплера, и гласит, что он способен падать в вязкой среде, ничем не ограниченной. Аппарат представлен в виде трубки из материала разной прозрачности, куда помещаем исследуемую жидкость. Её вязкость узнаем из скорости падения шарика между трубками аппарата по специальным формулам. После этого используется формула расчета вязкости материала для этого вискозиметра.

С использованием этого инструмента иногда возникают определенные трудности. Из-за непрозрачности сразу нельзя найти, где же упал шарик. Чтобы решить эту проблему, были предприняты попытки встроить в аппарат материалы, которые бы излучали рентгеновские лучи. Сейчас успешно применяется способ, регистрирующий магнитные поля. Аппарат Гепплера, если снабдить его термостатирующей баней, можно характеризовать, как уникальный инструмент, способный работать под воздействием высоких температур.

Вибрационный метод определения вязкости

Для того чтобы понять, что такое вибрационный вариант аппарата, представьте резервуар с жидкостью и помещенными в него пластиной или шаром, которые также известны, как зонд, производящий вынужденные колебания вязкой среды. При эксперименте определяем изменения свойств вынужденных колебательных движений зонда во время его погружения в вязкую среду. Используя теорию метода вибрационной вискозиметрии, по полученным значениям определяем, насколько хорошей вязкостью обладает среда. Методу с вибрацией присуща чувствительность, которая значительно больше той, что имеют ротационные аппараты.

Все это позволяет применять их в строительстве, когда необходимо определить вязкость красителей или масел, использующихся для работы различных инструментов и приспособлений. Широкой известностью отличаются вибрационные электрические инструменты, в корпус которых встроен датчик амплитуды, учитывающий импульсы электромагнитного вибратора. Области, где возможно применение всех перечисленных приборов, самые разные. Можно измерять вязкость нефтепродуктов, масел смазки, расплавленных силикатов, лаков, металла и других тягучих материалов. Также ими можно легко измерить вязкость красок, покрытий, битумов, паяльных паст и прочих материалов.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

remoskop.ru

Ротационный вискозиметр

Ротационный вискозиметр — это прибор, который предназначен для измерения вязкости утфеля, при его помощи сигнал передается в систему автоматизации, где в свою очередь контролируется содержание сухих веществ и процесс раскачки утфеля. Наибольшее распространение получили ротационные устройства.

Одним из самых распространенных в настоящее время является ротационный вискозиметр, который состоит из ротационного датчика и нормирующего преобразователя. Ротационный датчик, в свою очередь, может быть исполнен в двух вариантах: с прижимным механизмом (предназначен для вакуум-аппаратов) и без него (для емкостей под давлением). Датчик ставится на емкость с утфелем при помощи фланцевого соединения, при этом вал с дисками для измерения вязкости погружается внутрь. Вал может иметь максимум 3 съемных диска (обычно используется 1-2).

Области применения, такого оборудования, как ротационный вискозиметр, разнообразны: измерение вязкости нефтепродуктов, смазочных масел, расплавленных силикатов, металлов, лаков и прочих тягучих материалов. Кроме того, с их помощью можно измерить динамическую вязкость крахмала, шоколадной массы, красок, покрытий и чернил, битумов, лекарственных веществ, соусов и подлив, паяльных паст, продуктов личной гигиены и т. п.

 

Устройство ротационного вискозиметра

 

В ротационных механизмах исследуемые компоненты располагаются в пространстве между двумя соосными телами (это могут быть конусные приспособления, цилиндрические детали, сферы или их модификации), при этом, одно из тел находится в неподвижном состоянии, а другое вращается. Вязкость измеряется по крутящему моменту при круговом сдвиговом течении материала с постоянной скоростью в тонком кольцевом слое. Нормирующий преобразователь устанавливается в отверстие и крепится с помощью винтов фиксаторов, значение вязкости выводится на дисплей прибора.

 

 

Ротационный вискозиметр имеет несколько отличительных особенностей: русскоязычное меню с легкими настройками, которые можно выполнять при работающем приборе, имеется возможность в любое время остановить двигатель и дополнительная защита от короткого замыкания. С помощью индицируемого светодиода можно определить замыкание или отсоединение двигателя. Имеется контроль реального тока выхода, который имеет настройки на диапазоны 0..5, 0..20, 4..20 мА и выходное напряжение не меньше 10В.

 

Принцип действия ротационного вискозиметра

 

Существует несколько преимуществ ротационной вискозиметрии: удобство в применении, есть возможность производить количественную оценку показателей режима деформации, условия деформирования в рабочем зазоре прибора приближены к условиям обработки материала в рабочих условиях, также есть возможность изменения условий, при которых проводятся испытания.

 

 

 

Для работы такого механизма, как ротационный вискозиметр, применяется двигатель постоянного тока, когда ток якоря пропорционален моменту на валу. При этом показания с тока якоря снимается при помощи микроконтроллера и после обработки на монитор передается сигнал, который пропорционален моменту на валу и может применяться для управления необходимыми технологическими процессами. Возможна настройка при холостом ходе и остановке двигателя, однако производить настройку прибора лучше на работающем объекте при режимной температуре двигателя.

Ротационный вискозиметр входит в состав оборудования линий, осуществляющих производительные процессы на производствах различных сфер деятельности. Благодаря высокоточным показателям, что способно обеспечить данное устройство, вискозиметр был признан профессиональным техническим механизмом.

promplace.ru

ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ, УСТРОЙСТВА И РАБОТЫ ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТЕЙ

Вязкость является важным параметром в различных технологических процессах, связанных с транспортированием жидкостей, теплообменом, фильтрацией и другими операциями. Как основной показатель качества вязкость используется для характеристики качества горюче-смазочных материалов, лаков, красок, смол и т.д. При проведении научно-исследовательских работ весьма часто возникает необходимость в измерении вязкости.

Вязкостью называется свойство жидкостей и газов, характеризующее их сопротивление скольжению или сдвигу. Коэффициент динамической вязкости может быть определен из формулы Ньютона:

= F/ (S*dv/dn),

где F- сила сдвига,. S- площадь внутреннего трения, dv/dn- градиент скорости, v- скорость течения, n- ось, направленная поперечно направлению течения.

В системе СИ динамическая вязкость имеет размерность Н*с/м². В системе СГС единица вязкости называется Пуаз (Пз) и имеет размерность дин*с/см², причем

1 Пз =1 дин*с/см²= 0.1 Н*с/м².

Кроме динамической вязкости широко используется кинематическая вязкость: , где — плотность жидкости. Единица кинематической вязкости имеет размерность м²/с в системе СИ и см²/с в системе СГС, где она называется Стокс (Ст), причем, 1Ст= 1см²/с=10^-4м²/с.

Часто при изменении вязкости пользуются условными единицами: 1) секундами; 2) градусами Энглера. При измерении в секундах мерой вязкости служит время вытекания определенного объема жидкости из калиброванного сосуда с отверстием. Отношение этого времени ко времени вытекания того же объема воды при температуре 20 ^оС и определяет вязкость жидкости в градусах Энглера (°Е). Связь между градусами Энглера и Пуазами выражается приближенной формулой Убеллода:

= (0.07311* ^оЕ- (0.631/ °Е)) * ,

где — вязкость в Паузах, °Е — вязкость в градусах Энглера, -плотность жидкости.

По принципу действия вискозиметры можно разбить на несколько групп.

Капиллярные вискозиметры— основаны на закономерностях истечения жидкости из капиллярных трубок, определяемых формулой Пуазейля:

Q=k( d⁴g/ l) P,

где Q — расход жидкости через капилляр, k — коэффициент, зависящий от принятой размерности, d — диаметр капилляра, g — ускорение свободного паления. 1 — длина капилляра, Р — перепад давления между входом и выходом капилляра.

Поскольку для данного вискозиметра Q, k, d, g и 1 — величины постоянны, то динамическая вязкость определяется по перепаду давления.

Показанный на рис. 16 автоматический капиллярный вискозиметр состоит из шестеренчатого насоса 1, приводимого в движение от синхронного двигателя. Насос обеспечивает строго постоянный расход жидкости через напорную трубу 2, оканчивающуюся калибровочным капилляром 3. Напорная трубка соединена с манометром 4.

Вискозиметры с падающим шариком — основаны на использовании законов Стокса, связывающего скорость падения шарика в жидкости с ее вязкостью:

=k (( — )*g*r^z)/v,

где — динамическая вязкость, k — коэффициент, зависящий от принятой размерности, , — плотность материала шарика и исследуемой жидкости, г — радиус шарика, g- ускорение свободного падения, v — скорость равномерного падения шарика.

 

Рис. 16 — Схема автоматического капиллярного вискозиметра

Рис. 17 — Схема вискозиметра Хепплера с падающим шариком

 

Измерение вязкости сводится к отсчету времени, в течение которого шарик при падении проходит определенный участок длины:

,

где k₂ — постоянная прибора, — время прохождения заданного участка.

Пределы измерения вискозиметра можно менять в широком диапазоне, изменяя длину участка и диаметр шарика.

В вискозиметре Хепплера (рис. 17) используется калиброванная стеклянная трубка, наклоненная под углом 10° к вертикали. При измерении вязкости прозрачных жидкостей стекло позволяет следить за падением шарика. Как правило, трубка термостатируется в ванне, которая также прозрачна, промышленность выпускает также автоматические вискозиметры Хепплера (периодического действия), в которых время прохождения шарика через измерительный участок трубки фиксируется с применением фотоэлектрических или каких-либо других датчиков перемещений.

Ротационные вискозиметры — основаны на измерении крутящего момента, передаваемого жидкостью. Наиболее часто применяют вискозиметры с коаксиальными цилиндрами, с параллельными дисками и вискозиметры с парой диск-конус (см. рис. 18).

Пространство между двумя телами вращения заполнено исследуемой жидкостью. При вращении одного из этих тел, с постоянной угловой скоростью жидкость стремится сообщить вращение второму телу. Например, при вращении цилиндра 1 жидкость передает крутящий момент на цилиндр 2 (рис. 18а), величина которого выражается зависимостью:

M=k

где М — крутящий момент, k— постоянная прибора, зависящая от размеров обоих цилиндров, — угловая скорость вращения, — динамическая вязкость. Зная М, k, можно легко вычислить динамическую вязкость .

Рисунок 18 — Схемы ротационных вискозиметров

 

Принцип действия вискозиметров с параллельными дисками (рис. 18,б) или с парой диск-конус (рис. 18,в) аналогичен.

Вискозиметры истечения — предназначены для определения условной вязкости материалов в лабораторных условиях.

Вискозиметр типа ВЗ-4 представляет собой металлический или пластмассовый резервуар 1 с капилляром 2. Резервуар имеет объем 100мл. В верхней части резервуара имеется кольцевое углубление для излишков жидкости. Вискозиметр ВЗ-4 устанавливают на обычном штативе. Под капилляром устанавливают стакан 3 для слива жидкости (см. рис. 19).

Измерение вязкости основано на законе истечения. Время истечения заданного объема жидкости и вязкость последней связаны зависимостью вида:

=k*t,

где — вязкость в секундах, t — время истечения заданного объема испытуемой жидкости (100 мл), k— постоянная вискозиметра (указывается на специальной табличке, закрепленной на вискозиметре).

 

Рисунок 19 — Вискозиметр истечения BЗ-4

 

Подготовка вискозиметра ВЗ-4 к работе заключается в его промывке и визуальном осмотре капилляра.

При определении вязкости испытуемую жидкость наливают в резервуар до полного его заполнения (часть жидкости должна перелиться б кольцевое углубление). После этого резервуар закрывают крышкой, а под ним устанавливают сосуд. При измерении быстро снимают крышку и с появлением жидкости из капилляра включают секундомер. В момент прекращения течения жидкости из капилляра, секундомер выключают. Определение проводят не менее двух раз, при этом расхождение между отдельными измерениями не должно превышать 5%. Среднее значение времени истечения испытуемой жидкости, умноженное на поправочный коэффициент, указанный на корпусе прибора, является условной вязкостью жидкости.

Вибрационные вискозиметры.На тело, совершающее гармонические колебания в вязкой среде, действует тормозящее усилие F, величина которого связана с динамической вязкостью среды соотношением:

F=k ,

где k — константа, зависящая от размеров и формы тела и частоты колебаний, — плотность среды.

В зависимости от частоты колебаний вибрационные вискозиметры можно разделить на два типа: 1) низкочастотные вибрационные вискозиметры, работающие на частоте до 1 кГц; 2) ультразвуковые вискозиметры, работающие на частоте 10-100 кГц.

Рисунок 20 — Принципиальная схема вибрационного вискозиметра

 

Создание низкочастотных вибрационных вискозиметров возможно на двух принципах:

1) при постоянной амплитуде гармонического усилия возбуждающего колебания измеряют амплитуду колебаний чувствительного элемента;

2) измеряют амплитуду колебаний возбуждающего усилия, необходимого для поддержания заданной амплитуды колебаний чувствительного элемента в контролируемой среде.

С точки зрения обеспечения линейности шкалы второй метод предпочтительнее. На рис. 20 приведена схема вискозиметра, работающего по этому принципу. В корпусе 1 датчика вискозиметра с эластичной мембраной 4 укреплен чувствительный элемент 5, нижний конец которого погружен в контролируемую среду, а верхний находится в магнитном поле возбуждающей 3 и измерительной 2 катушек. Измерительная катушка подключена к входу, а возбуждающая — к выходу электронного усилителя 6 с автоматически регулируемым коэффициентом усиления. Чувствительный элемент может колебаться за счет упругости мембраны. При включении электронного усилителя 6 в системе чувствительный элемент — измерительная катушка — электронный усилитель — возбуждающая катушка возникают гармонические колебания на частоте механического резонанса чувствительного элемента (около 400 Гц). Коэффициент усиления электронного усилителя 6 автоматически устанавливается таким образом, чтобы амплитуда переменного напряжения, снимаемого с измерительной катушки, была постоянна и равна опорному напряжению, подаваемому с источника 3. Мерой вязкости является амплитуда силы тока, подаваемого на возбуждающую катушку 3. Сигнал, пропорциональный этой величине, поступает на вторичный прибор 7. Для изменения диапазона необходимо изменить длину нижнего конца чувствительного элемента. Прибор градуируют, используя в качестве эталонных, жидкости с известной вязкостью.

Принцип действия ультразвуковых вискозиметров основан на использовании прямого и обратного магнитострикционного или пьезометрического эффектов. Прямой магнитострикционный эффект соответствует случаю, когда линейные размеры тела, изготовленного из ферромагнитного материала, изменяются в направлении магнитного поля в зависимости от его напряженности. При обратном магнитострикционном эффекте механические напряжения в ферромагнитном материале изменяют его магнитные свойства.

Прямой пьезоэлектрический эффект состоит в возникновении электрических зарядов на гранях пьезокристаллов при их деформации.

Обратный пьезоэффект заключается в изменении размеров кристаллов под действием электрического поля.

Наиболее распространенное из ультразвуковых вискозиметров получили приборы с магнитострикционными преобразователями, работающие в импульсном режиме возбуждения.

Такой преобразователь (рис. 21) представляет собой пластинку 1 из магнитострикционного материала толщиной 0,2-0,4 мм, закрепленную в герметизированной гильзе 2. Часть пластины помещена в жидкость, а другая часть охвачена обмоткой возбуждения 3, находящейся внутри гильзы. На обмотке от генератора возникают продольные колебания, затухающие во времени.

 

Рисунок 21 — принципиальная схема магнитострикционного преобразователя

Рисунок 22 — Структурная схема импульсного ультразвукового вискозиметра

 

При колебании пластины, благодаря обратному магнитострикционному эффекту, напряжение в катушке имеет частоту колебаний пластины:

U=U_m*e^at *sin ( t),

где U — напряжение на концах катушки, U_m — начальная амплитуда напряжения, а — коэффициент затухание колебании, зависящий от ^{вязкости жидкости , — частота свободных колебаний.}

Структурная схема ультразвукового вискозиметра, работающего в импульсном режиме, приведена на рис. 22. Генератор Г вырабатывает кратковременные импульсы тока, возбуждающие свободные затухающие колебания вибратора В. Напряжение, пропорциональное амплитуде колебаний, усиливается линейным усилителем ЛУ и через детектор Д и фильтр Ф поступает на устройстве сравнения УС, имевшее два постоянных уровня реагирования по напряжениям U₁ и U₂.

В моменты времени t₁ и t₂, когда U₁=U_m*e^at1 и U₂=U_m*e^at2 , ^{устройство УС вырабатывает импульсы, фиксирующие эти моменты, причем:}

=ln(U₁/U₂)/(t2*tl)=K/ t.

Следовательно, однозначно определяется величиной t=t₂-t₁ и не зависит от изменения начальной амплитуды напряжения. Импульсы с устройства УС поступают через усилитель У и триггер Т в измерительное устройство ИУ.

Погрешность вискозиметров порядка 2,5%в зависимости от конструкции. Диапазон измерений от 0.0001 до 100 Па*с.

Область применения вибрационных, особенно ультразвуковых вискозиметров, ограничиваются ньютоновскими жидкостями, вязкость которых не зависит от интенсивности механического воздействия. На неньютоновских жидкостях они, как правило, дают заниженные показания, а в этом случае их можно использовать только в качестве индикаторов.

 

Похожие статьи:

poznayka.org

Вискозиметр — Википедия (с комментариями)

Ты — не раб!
Закрытый образовательный курс для детей элиты: «Истинное обустройство мира».
http://noslave.org

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Вискозиметр (от лат. viscosus — вязкий) — прибор для определения динамической или кинематической вязкости вещества. В системе единиц СГС и в СИ динамическая вязкость измеряется соответственно в пуазах (П) и паскаль-секундах (Па·с), кинематическая — соответственно в стоксах (Ст) и квадратных метрах на секунду (м²/с).

Разновидности вискозиметров

Вискозиметры бывают: капиллярными, ротационными, с падающим шариком и других типов.

Капиллярные вискозиметры

Принцип действия основан на подсчёте времени протекания заданного объёма жидкости через узкое отверстие или трубку, при заданной разнице давлений. Чаще всего жидкость из резервуара вытекает под действием собственного веса, в таком случае вязкость пропорциональна разнице давлений между жидкостью, вытекающей из капилляра и жидкостью на том же уровне, вытекающей из очень толстой трубки. Если течение жидкости в приборе осуществляется только под действием тяжести (например, в вискозиметре Уббелоде), то при работе капиллярного вискозиметра определяется кинематическая (не динамическая) вязкость. С помощью капиллярного вискозиметра измеряются вязкости от 10 мкПа∙с(газы) до 10 кПа∙с. Используют вискозиметры по ASTM D 445(ГОСТ 33).

Различают вискозиметры Оствальда, Убеллоде, Убеллоде с подвешенным уровнем,

Вискозиметры Кэннон-Фенске (Cannon-Fenske) — одни из самых распространенных ввиду простоты и удобства работы. Предназначены для измерения кинематической вязкости прозрачных жидкостей (вискозиметры Кэннон-Фенске прямого тока) или непрозрачных жидкостей (вискозиметры Кэннон-Фенске обратного тока). Как правило размеры и константы вискозиметров прямого и обратного тока совпадают.

Ротационные вискозиметры

Два тела вращения, одинаковых или разных, совмещаются по осям так, что одно из них прикасается изнутри к другому (примером может послужить сфера, вписанная в конус). Пространство между телами заполняют исследуемым веществом, и к одному из тел подаётся крутящий момент, тело начинает вращаться с угловой скоростью, зависящей от вязкости вещества (у вискозиметров, как правило, стабилизируется скорость вращения и измеряется крутящий момент). Диапазон работы стандартных вискозиметров простирается от 1 мПа·с до сотен тысяч Па·с [infolab.ru/brookfield/VIBOR.html]. Такой широкий диапазон измерений достижим за счёт изменения скорости вращения шпинделя от 0,01 оборота в минуту до 100, а также за счёт использования шпинделей разных размеров при разных диапазонах вязкости.

Вискозиметр с движущимся шариком

Вискозиметр основан на законе Стокса. Вязкость определяется по времени прохождения шариком некоего расстояния, чаще всего под воздействием его собственного веса. Наиболее известен вискозиметр Гепплера.

Вискозиметр с вибрирующим зондом

Основан на изменении резонансной частоты колебаний в жидкости различной вязкости. Так как частота будет зависеть и от плотности измеряемой жидкости, некоторые модели позволяют определять эту плотность независимо от вязкости, тогда как другие используют заданное известное значение плотности.

Вискозиметр пузырькового типа

Основан на определении параметров движения пузырька газа, свободно всплывающего в вязкой среде.

См. также

Напишите отзыв о статье «Вискозиметр»

Ссылки

• На Викискладе есть медиафайлы по теме Вискозиметр
• [infolab.ru/index.php?id=text&folderName=first&id2=2 Обзор методов измерения вязкости различными типами вискозиметров]

Отрывок, характеризующий Вискозиметр

– Да, он хотел зайти, – сказала Элен и внимательно посмотрела на Наташу.
Граф Илья Андреич опять сел на свое место.
– Ведь хороша? – шопотом сказал он Наташе.
– Чудо! – сказала Наташа, – вот влюбиться можно! В это время зазвучали последние аккорды увертюры и застучала палочка капельмейстера. В партере прошли на места запоздавшие мужчины и поднялась занавесь.
Как только поднялась занавесь, в ложах и партере всё замолкло, и все мужчины, старые и молодые, в мундирах и фраках, все женщины в драгоценных каменьях на голом теле, с жадным любопытством устремили всё внимание на сцену. Наташа тоже стала смотреть.

На сцене были ровные доски по средине, с боков стояли крашеные картины, изображавшие деревья, позади было протянуто полотно на досках. В середине сцены сидели девицы в красных корсажах и белых юбках. Одна, очень толстая, в шелковом белом платье, сидела особо на низкой скамеечке, к которой был приклеен сзади зеленый картон. Все они пели что то. Когда они кончили свою песню, девица в белом подошла к будочке суфлера, и к ней подошел мужчина в шелковых, в обтяжку, панталонах на толстых ногах, с пером и кинжалом и стал петь и разводить руками.
Мужчина в обтянутых панталонах пропел один, потом пропела она. Потом оба замолкли, заиграла музыка, и мужчина стал перебирать пальцами руку девицы в белом платье, очевидно выжидая опять такта, чтобы начать свою партию вместе с нею. Они пропели вдвоем, и все в театре стали хлопать и кричать, а мужчина и женщина на сцене, которые изображали влюбленных, стали, улыбаясь и разводя руками, кланяться.
После деревни и в том серьезном настроении, в котором находилась Наташа, всё это было дико и удивительно ей. Она не могла следить за ходом оперы, не могла даже слышать музыку: она видела только крашеные картоны и странно наряженных мужчин и женщин, при ярком свете странно двигавшихся, говоривших и певших; она знала, что всё это должно было представлять, но всё это было так вычурно фальшиво и ненатурально, что ей становилось то совестно за актеров, то смешно на них. Она оглядывалась вокруг себя, на лица зрителей, отыскивая в них то же чувство насмешки и недоумения, которое было в ней; но все лица были внимательны к тому, что происходило на сцене и выражали притворное, как казалось Наташе, восхищение. «Должно быть это так надобно!» думала Наташа. Она попеременно оглядывалась то на эти ряды припомаженных голов в партере, то на оголенных женщин в ложах, в особенности на свою соседку Элен, которая, совершенно раздетая, с тихой и спокойной улыбкой, не спуская глаз, смотрела на сцену, ощущая яркий свет, разлитый по всей зале и теплый, толпою согретый воздух. Наташа мало по малу начинала приходить в давно не испытанное ею состояние опьянения. Она не помнила, что она и где она и что перед ней делается. Она смотрела и думала, и самые странные мысли неожиданно, без связи, мелькали в ее голове. То ей приходила мысль вскочить на рампу и пропеть ту арию, которую пела актриса, то ей хотелось зацепить веером недалеко от нее сидевшего старичка, то перегнуться к Элен и защекотать ее.
В одну из минут, когда на сцене всё затихло, ожидая начала арии, скрипнула входная дверь партера, на той стороне где была ложа Ростовых, и зазвучали шаги запоздавшего мужчины. «Вот он Курагин!» прошептал Шиншин. Графиня Безухова улыбаясь обернулась к входящему. Наташа посмотрела по направлению глаз графини Безуховой и увидала необыкновенно красивого адъютанта, с самоуверенным и вместе учтивым видом подходящего к их ложе. Это был Анатоль Курагин, которого она давно видела и заметила на петербургском бале. Он был теперь в адъютантском мундире с одной эполетой и эксельбантом. Он шел сдержанной, молодецкой походкой, которая была бы смешна, ежели бы он не был так хорош собой и ежели бы на прекрасном лице не было бы такого выражения добродушного довольства и веселия. Несмотря на то, что действие шло, он, не торопясь, слегка побрякивая шпорами и саблей, плавно и высоко неся свою надушенную красивую голову, шел по ковру коридора. Взглянув на Наташу, он подошел к сестре, положил руку в облитой перчатке на край ее ложи, тряхнул ей головой и наклонясь спросил что то, указывая на Наташу.

wiki-org.ru

Ротационный вискозиметр – измеряем вязкость правильно!   tooran

≡  13 Март 2017   ·  Рубрика: Дача   

А А А

Для измерения вязкости разных жидкостей применяется вискозиметр ротационный и прочие устройства для оценки проницаемости среды.

Измерениям подлежит как динамическая, так и кинематическая вязкость разных текущих веществ а также газов.

1 Разные варианты вискозиметров

Для вискозиметрии применяются такие варианты приборов:

1. Капиллярные устройства. В большинстве случаев снабжены точным таймером, рабочий принцип связан с фиксацией времени протекания жидкости через тонкую трубку известного диаметра. Рядом размещается широкая трубка, по которой жидкость передвигается без капиллярного эффекта. В основном, вытекание по обоим трубкам выполняется под воздействием силы тяжести (другими словами выпускные отрезки трубы размещается внизу емкости), но можеть быть и искусственное нагнетание давления. Измеренная капиллярными вискозиметрами вязкость определенно пропорциональна разнице скорости прошествия среды по капилляру и широкому отрезку трубы. Эти приборы сравнительно просты, но громоздки. Их успешно используют для замеров коэффициентов вязкости от 8-10 мкПа•с (что отвечает газам) до 10-12 кПа•с (текучие жидкости). Для вязких жидкостей и смесей с комками капиллярное измерение не годится – краска или насыщенная известковая побелка просто не вытекут через тонкую трубку. Самый известный прибор капиллярного типа – вискозиметр Уббелоде.
2. Механичные вискозиметры. Представляют целый комплект неповторимых а также остроумных устройств с самым разнообразным рабочим принципом. К примеру, измерители пузырькового типа функционируют на основе всплывающих в жидкости пузырьков газа, причем замерам подлежит не только время «всплытия», но и траектория движения. Интересны устройства с вибрирующим зондом – выбирая колебания лопастей зонда, можно ввести их в отклик со своей частотой среды. Таким образом убираются значения как вязкости, так и плотности жидкости. Механическое оборудование пузырькового и резонансного типа для измерения вязкости применяется в точных лабораторных исследованиях и в бытовых условиях фактически не встречается. Более обыкновенные и доступные приспособления для оценки вязкости работают на основе принципа, изобретенного еще великим Галилеем. В середине емкости с жидкостью есть специфическая кабинка-лифт, в которых помещен традиционный шарик. При отвесном падении этого шарика время его погружения до контактной площадки можно определить очень точно, что равноценно измерению вязкости среды. Самым известным «шариковым» прибором считается вискозиметр Гепплера.

Однако самое большое распространение за счёт небольшой неточности, компактности, многофункциональности и бюджетной общедоступности получил ротационный прибор. Принцип его действия и распространенные вариации данного прибора объясним по отдельности.
Фото вискозиметра ротационного, krasnodar.all.biz

На фото — работа ротационным вискозиметром, biolight.ru

Фото ротационного вискозиметра, ulab.com.ua

На фото — ротационный вискозиметр RheoStress, granat-e.ru

Фото схемы работы ротационного вискозиметра, tech-e.ru

2 Ротационный вискозиметр – рабочий принцип и разные варианты прибора

В приборах ротационного типа есть два тела вращения – корпус в качестве цилиндра и встроенный в него конус или сфера. Внутренняя часть прибора (сфера или конус) двигается с популярной скоростью, для чего служит электрический привод. Свободное место между 2-мя телами вращения наполняется исследуемой жидкостью. Есть четкая зависимость между сопротивлением среды которая измеряется и достигаемой скоростью углового вращения, эта зависимость крепится устройствами и может тут же выводиться на контрольную панель.

Собственно так устроен самый обычный ротационный вискозиметр Брукфильда. Его ротор соединен с асинхронным электрическим двигателем, закрепленным на станине с наружной стороны. Хорошее решение похоже с обыденной самодельной бетононьеркой – причем допускается мерить ротационными устройствами вязкость подобных тяжёлых и густых субстанций, как раствор из цемента или насыщенная побелка. Известны вискозиметры с разными телами для внутреннего вращения. Ими служить могут не только традиционные конусы и сферы, но и диски, пластины и цилиндры.

Значение оставляемого зазора между телом вращения и неподвижной стенкой меняется в пределах нескольких миллиметров для ощутимой силы трения между жидкостью и корпусом. Определенно калиброванный электрический двигатель вращает внутренний ротор, специализированные датчики измеряют силу сопротивления этому вращению. В основном, фиксирующая аппаратура располагается на внутренней стороне неподвижного корпуса. Чем больше датчиков, тем точнее прибор и выше его стоимость.

Диапазон измерений у ротационных вискозиметров стартует от тысяч [Па*сек] и может достигать миллионов [Па*сек]. Основным параметром считается допустимая скорость вращения ротора – она может быть ничтожно небольшой, от 1 полного оборота за 120 секунд, и достигать двойного перемножения частоты типовой электрической сети (другими словами 100 оборотов за минуту). Если верхний предел в 100 Герц реализовывается очень просто, то очень маленькая скорость углового вращения характерна вискозиметрам высокого класса точности и очень ощутимой стоимости.

Из плохих качеств ротационных конструкций можно подчеркнуть неминуемый износ вращающихся частей, который отпечаток накладывает на корректность снимаемых показаний.

Благодаря этому устройства с небыстрым вращением ценятся выше – они очень медленно снашиваются и длительнее служат по направлению без замены роторов и осей. Более того, приводимая в движение жидкость в зазоре должна владеть ламинарным течением. Когда ее течение становится турбулентным (снова же, при высоких скоростях вращения внутреннего конуса или сферы), фиксируемые показатели вязкости будут абсолютно неточными.

3 Как корректируется измеренная вязкость?

Мало выяснить вязкость жидкости при помощи ротационного, механического или капиллярного вискозиметра. Эта характеристика субстанции вполне подлежит корректировке, что ведомо любому отделочнику или ремонтнику. Ненужно жидкий штукатурный раствор «протекает» и не удерживается на поверхностях размещенных вертикально, а через чур «крутой» не сможет попасть в глубокие трещины и вмятины.

Если штукатур ликвидирует подобные проблемы собственными силами и без разных приборов (просто добавляя в раствор цемент, гипс или алюбастр), то для вариации показателей вязкости красок, лаков, грунтовочных смесей, трансмиссионных и гидравлических масел строительных жидкостей применяются другие способы:

• Полибутен – традиционная добавка для уменьшения густоты, теперь практически не применяется;
• Полиметилакрилатные добавки успешно мешают появлению кристаллов воска, благодаря этому их используют для достаточной текучести масел и смазок, также при низкой температуре;
• Олефиновые полимерные материалы применяются в формулах моторных масел, удачны малой ценой и совместимостью с большими температурами;
• Стирольные эфиры популярны для трансмиссионных масел, также для энергосберегающих двигателей внутреннего сгорания и автоматизированных коробок передач;
• Стирол-диеновые полимерные материалы выделяются самой большой широтой температурного диапазона – их присутствие позволяет составу не застывать в холод и не разжижаться в жару.

Конечно, все перечисленные модификаторы используются для корректировки вязкости на производстве, если есть наличие лабораторных комплексов и испытательных стендов в химико-лакокрасочном производстве. Однако само наличие в составе приобретаемой продукции модификаторов вязкости может быть действенной подсказкой при разбавлении ценной краски на основе акрила или очень дорогого лака. В иных же случаях собственноручного ремонта не стоит играть в «юного химика» и приобрести новую банку масла или гидравлической жидкости взамен опытов с устаревшей упаковкой. Ядовитость и взрывоопасность подобных «игр» могут быть куда реалистичнее, чем виртуальная экономия.

На фото — штативы для ротационного вискозиметра, simas.ru

Фото рабочего принципа вискозиметра ротационного, sankt-peterburg.oboobo.ru

На фото — ротационные вискозиметры, nocnt.ru

Фото ротационного вискозиметра Rheotest RV, mgutm.ru

На фото — вискозиметры ротационные, avrora-lab.com

Похожие посты

tooran.com.ua