Вязкозиметрия методы и приборы

Вязкозиметрия методы и приборы

Вискозиметрия, раздел физики, посвященный изучению методов измерения вязкости. Существующее разнообразие методов и конструкций приборов для измерения вязкости — вискозиметров — обусловлено как широким диапазоном значений вязкости (от 10 -5 н · сек/м 2 у газов до 10 12 н · сек/м 2 у ряда полимеров), так и необходимостью измерять вязкость в условиях низких или высоких температур и давлений (например, сжиженных газов, расплавленных металлов, водяного пара при высоких давлениях и т.д.).

Наиболее распространены три метода измерения вязкости газов и жидкостей: капиллярный, падающего шара и соосных цилиндров (ротационный). В основе их лежат соответственно: Пуазёйля закон, Стокса закон и закон течения жидкости между соосными цилиндрами. Вязкость определяют также по затуханию периодических колебаний пластины, помещенной в исследуемую среду. Устройство вискозиметров, действие которых основано на законах течения газов и жидкостей, а также движения тел в вязкой среде, рассмотрены в ст. Вискозиметр.

Особую группу образуют методы измерения вязкости в малых объёмах среды (микровязкость). Они основаны на наблюдении броуновского движения, подвижности ионов (см. Подвижность ионов и электронов), диффузии частиц.

Лит.: Барр Г., Вискозиметрия, пер. с англ., Л. — М., 1938; Тарг С. М., Основные задачи теории ламинарных течений, М., 1951; Фукс Г. И., Вязкость и пластичность нефтепродуктов, М., 1951; Голубев И. Ф., Вязкость газов и газовых смесей, М., 1959.

Шахазиз Смбат Симонович [5(17). 9.1841, с. Аштарак, близ Еревана, — 24.
Беренберг (Beerenberg), действующий вулкан на В.
Грот (в архитектуре) Грот в архитектуре, тип паркового сооружения (порой в виде павильона), кладка и отделка которого (ракушки, туф, морские камни) имитируют естественную пещеру.
Кашкаров Даниил Николаевич [30.3(11.4).1878, Рязань, — 26.
«Махабхарата» (санскрит — «Сказание о великих Бхарата»), эпос народов Индии.
Печь, устройство, в котором в результате горения топлива или превращения электрической энергии выделяется тепло, используемое для тепловой обработки материалов или изделий либо для отопления.
Следовые реакции (физиологические), изменения активности клетки (волокна) или целого организма после окончания непосредственной реакции на раздражитель.
Фримантл (Fremantle), город на юго-западе Австралии, на берегу Индийского океана, в устье р.
Анализ почвы, см. Почвы анализ.
Вывоз крестьянский, вывод крестьянский, в России 15—17 вв.
Ива (растение сем. ивовых) Ива (Salix), род растений семейства ивовых. Деревья, кустарники или кустарнички со спирально расположенными, большей частью короткочерешковыми, листьями.
Ластик (от англ. lasting, буквально — прочный), хлопчато-бумажная ткань атласного переплетения, напоминающая по внешнему виду сатин, от которого отличается тем, что гладкий застил лицевой поверхности образуется за счёт нитей основы, а не утка.
Обонятельный анализатор, система рецепторных органов, проводящих путей и мозговых центров, осуществляющая восприятие и анализ обонятельных раздражений у позвоночных.
Ролл (от нем. Rolle — каток, валик), аппарат периодического действия для размола волокнистых материалов в производстве бумаги.
Тренер (англ. trainer, от train — воспитывать, обучать), преподаватель физической культуры, специалист в определённом виде спорта.
Элсхот Биллем Элсхот (Elsschot) Биллем (псевдоним; настоящее имя — Альфонс Де Риддер, De Ridder) (7.
Бу-бекер, горнопромышленный центр на В. Марокко, в провинции Уджда.
Диаммофос, диаммонийфосфат, концентрированное фосфорно-азотное удобрение.
Комбикормовая промышленность, отрасль промышленности, вырабатывающая комбикорма и белково-витаминные добавки (БВД) для всех видов сельскохозяйственных животных.

Вискозиметрия

Вискозиметрия — раздел физики, посвящённый изучению методов измерения вязкости.

Наиболее распространены три метода измерения вязкости газов и жидкостей:

• по расходу в капилляре — основано на законе Пуазейля
• по скорости падающего шара — закон Стокса
• по вращающему моменту для соосных цилиндров — из закона течения жидкости между соосными цилиндрами (течение Тейлора)

Вязкость определяется также по затуханию периодических колебаний пластины, помещённой в исследуемую среду.

Особую группу образуют методы измерения вязкости в малых объёмах среды (микровязкость). Они основаны на наблюдении броуновского движения, подвижности ионов, диффузии частиц.

При измерении вязкости жидкости различают ньютоновские и неньютоновские жидкости. Ньютоновская жидкость подчиняется при своём течении закону вязкого трения, то есть её вязкость зависит только от температуры жидкости и не зависит от скорости сдвига (по крайней мере в области ламинарного потока). Практическим следствием этого является одинаковое значение вязкости при одной и той же температуре для одной и той же жидкости даже на вискозиметрах разных систем. Неньютоновские жидкости отклоняются от закона Ньютона. Среди них различают тиксотропные и нетиксотропные жидкости. Тиксотропные жидкости по мере перемешивания изменяют свою вязкость.

Одним из прикладных методов измерения вязкости является пластометрия. Практическими исследованиями в области пластометрии а также оборудованием для осуществления экспериментов занимается Лаборатория «Пластометрия, структура и свойства материалов» при Санкт-Петербургском государственном политехническом университете.

См. также

Литература

• Барр Г., Вискозиметрия, пер. с англ., Л. — М., 1938;
• Малкин А. Я., Чалых А. Е. Вискозиметрия.
• А. Я. Малкин. Диффузия и вязкость полимеров. Методы измерения, М., 1979.

• Проставить интервики в рамках проекта Интервики.
• Добавить иллюстрации.
• Проставить шаблон-карточку, который существует для предмета статьи. Пример использования шаблона есть в статьях на похожую тематику.

• Вискозиметрия
• Методы экспериментальной физики

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое «Вискозиметрия» в других словарях:

вискозиметрия — вискозиметрия … Орфографический словарь-справочник

ВИСКОЗИМЕТРИЯ — совокупность методов измерения вязкости. Наиболее распространены методы: капиллярный, основанный на Пуазейля законе; падающего шара (см. Стокса закон); ротационный (соосных цилиндров) и ультразвуковой … Большой Энциклопедический словарь

ВИСКОЗИМЕТРИЯ — раздел измерит. физики и техники, посвящённый изучению и разработке методов измерения вязкости. Разнообразие методов и конструкций приборов для измерения вязкости вискозиметров обусловлено широким диапазоном значений вязкости (от 10 5 Н•с/м2 у… … Физическая энциклопедия

вискозиметрия — — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность EN viscosimetry … Справочник технического переводчика

Вискозиметрия — раздел физики, посвященный изучению методов измерения вязкости (См. Вязкость). Существующее разнообразие методов и конструкций приборов для измерения вязкости вискозиметров обусловлено как широким диапазоном значений вязкости (от 10 5… … Большая советская энциклопедия

вискозиметрия — совокупность методов измерения вязкости. Наиболее распространены методы: капиллярный, основанный на Пуазёйля законе; падающего шара (см. Стокса закон); ротационный (соосных цилиндров) и ультразвуковой. * * * ВИСКОЗИМЕТРИЯ ВИСКОЗИМЕТРИЯ,… … Энциклопедический словарь

вискозиметрия — Термин вискозиметрия Термин на английском viscometry Синонимы viscosimetry Аббревиатуры Связанные термины характеристическая вязкость Определение совокупность методов измерения вязкости жидкостей и газов. Описание Значение вязкости, определяемое… … Энциклопедический словарь нанотехнологий

вискозиметрия — (лат. viscosus вязкий + . метрия) совокупность методов измерения вязкости жидкостей и газов (капиллярный, ротационный, ультразвуковой и др.). Новый словарь иностранных слов. by EdwART, , 2009. вискозиметрия и, мн. нет, ж. (нем. Viskosimetrie … Словарь иностранных слов русского языка

вискозиметрия — Viscosimetry (Viscometry) Вискозиметрия Раздел физики, посвящённый изучению методов измерения вязкости. Существующее разнообразие методов и конструкций приборов для измерения вязкости вискозиметров обусловлено как широким диапазоном значений … Толковый англо-русский словарь по нанотехнологии. — М.

вискозиметрия — viskozimetrija statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Medžiagų klampos koeficiento matavimo priemonių ir metodų visuma. atitikmenys: angl. viscometry; viscosimetry vok. Viskosimetrie, f; Viskositätsmessung, f rus.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

Вискозиметрия

Вискозиметрия, раздел физики, посвященный изучению методов измерения вязкости. Существующее разнообразие методов и конструкций приборов для измерения вязкости — вискозиметров — обусловлено как широким диапазоном значений вязкости (от 10 -5 н•сек/м 2 у газов до 10 12 н •сек/м 2 у ряда полимеров), так и необходимостью измерять вязкость в условиях низких или высоких температур и давлений (например, сжиженных газов, расплавленных металлов, водяного пара при высоких давлениях и т.д.).

Наиболее распространены три метода измерения вязкости газов и жидкостей: капиллярный, падающего шара и соосных цилиндров (ротационный). В основе их лежат соответственно: закон Пуазейля, закон Стокса и закон течения жидкости между соосными цилиндрами. Вязкость определяют также по затуханию периодических колебаний пластины, помещенной в исследуемую среду.

Особую группу образуют методы измерения вязкости в малых объёмах среды (микровязкость). Они основаны на наблюдении броуновского движения, подвижности ионов, диффузии частиц.

Ротационный метод вискозиметрии

Ротационный метод вискозиметрии заключается в том, что исследуемая жидкость помещается в малый зазор между двумя телами, необходимый для сдвига исследуемой среды. Одно из тел на протяжении всего опыта остаётся неподвижным, другое, называемое ротором ротационного вискозиметра, совершает вращение с постоянной скоростью. Очевидно, что вращательное движение ротора визкозиметра передается к другой поверхности (посредством движения вязкой среды; отсутствие проскальзывания среды у поверхностей тела предполагается, таким образом рассматриваются). Отсюда следует тезис: момент вращения ротора ротационного вискозиметра является мерой вязкости.

Для простоты мы рассмотрим инверсную модель ротационного вискозиметра: вращаться будет внешнее тело, внутренее тело останется неподвижным, ему и будет сообщаться момент вращения. Однако для краткости изложения будем называть внутреннее тело ротором ротационного вискозиметра.

Введём необходимые обозначения:
R1,L — радиус и длина ротора ротационного вискозиметра;
ω — постоянная угловая скорость вращения внешнего тела;
R2 — радиус вращающегося резервуара ротационного вискозиметра;
η — вязкость исследуемой cреды;
M1 — момент вращения, передаваемый через вязкую жидкость, равный
d,l — диаметр и длина упругой нити,
φ — угол, на который закручивается неподвижно закреплённая нить,
G — момент упругости материала нити

При этом крутящий момент M1 ротора ротационного вискозиметра уравновешивается моментом сил упругости нити М2:

Заметим вновь, что М1 = М2, откуда после нескольких преобразований относительно φ имеем:
или
где k – постоянная ротационного вискозиметра.

Если рассматривать ту же задачу для ротационного вискозиметра с вращающимся внутренним (ротором висозиметра) и неподвижным внешним телами, имеем: или

В этом случае G – момент, необходимый для поддержания постоянной частоты вращения, (один оборот ротора вискозиметра за τ с).

1. проводится измерение момента для жидкостей с различным значением вязкости (η1 и η2) при двух различных высотах внутреннего цилиндра (L1 и L2);
2. экстраполяцией прямых М1 = f(L) и М2 = f(L) к нулевому значению М1 и М2 получают величину ∆L;
3. H=L+∆L

Ультразвуковой метод вискозиметрии

Сущность метода ультразвуковой вискозиметрии заключается в том, что в исследуемую среду погружают пластинку из магнито-стрикционного материала, называемую зондом вискозиметра на которую намотана катушка, в которой возникают короткие импульсы тока длительностью порядка 20±10 мксек, приводящие к возникновению колебаний. В соответствии с законом сохранения, при колебаниях пластинки в катушке наводится ЭДС, которая убывает со скорростью, зависящей от вязкости среды. Затем, при падении ЭДС до определённого порогового значения, в катушку поступает новый импульс. Вискозиметр определяет вязкость среды по частоте следования импульсов.

Вискозиметры, действие которых основано на ультразвуковом методе вискозиметрии, нельзя отнести к классу вискозиметров с широким диапазоном измерений. К классу высокотемпературных вискозиметров их также нельзя отнести в силу величины относительной погрешности, возникающей при высокотемпературной вискозиметрии и свойств материалов прибора.

Капиллярный метод вискозиметрии

Метод капиллярной вискозиметрии опирается на закон Пуазейля о вязкой жидкости, описывающий закономерности движения жидкости в капилляре.

Приведем уравнение гидродинамики для стационарного течения жидкости, с вязкостью η через капилляр вискозиметра:
Q – количество жидкости, протекающей через капилляр капиллярного вискозиметра в единицу времени, м3/с,
R – радиус капилляра вискозиметра, м
L – длина капилляра капиллярного вискозиметра, м
η – вязкость жидкости, Па•с,
р — разность давлений на концах капилляра вискозиметра, Па.

Отметим, что формула Пуазейля справедлива только для ламинарного потока жидкости, то есть при отсутствии скольжения на границе жидкость – стенка капилляра вискозиметра. Приведенное уравнение используют для определения динамической вязкости. Ниже размещено схематическое изображение капиллярного вискозиметра.

В капиллярном вискозиметре жидкость из одного сосуда под влиянием разности давлений р истекает через капилляр сечения 2R и длины L в другой сосуд. Из рисунка видно, что сосуды имеют во много раз большее поперечное сечение, чем капилляр вискозиметра, и соответственно этому скорость движения жидкости в обоих сосудах в N раз меньше, чем в капилляре вискозиметра. Таким образом не все давление пойдет на преодоление вязкого сопротивления жидкости, очевидно, что часть его будет расходоваться на сообщение жидкости нопределённой кинетической энергии. Следовательно, в уравнение Пуазейля необходимо ввести некоторую поправку на кинетическую энергию, называемую поправкой Хагенбаха:
где h – коэффициент, стремящийся к единице, d –плотность иссдледуемой жидкости.

Вторую поправку условно назовём поправкой влияния начального участка капилляра вискозиметра на характер движения исследуемой жидкости. Она будет характеризовать возможное возникновение винтового движения и завихрения в месте сопряжения капилляра с резервуаром капиллярного вискозиметра (откуда вытекает жидкость). Суть поправки состоит в том, что вместо истинной длины капилляра вискозиметра L мы вводим кажущуюся длину L’:
n – определяется экспериментально на основе изменений при разных значениях L и примерно равен единице.

Следует учитывать, что при измерении вязкости органических жидкостей с большой кинематической вязкостью поправка Хагенбаха незначительна и составляет доли процента. Если же говорить о высококтемпературных вискозиметрах, то вследствие малой кинематической вязкости жидких металлов поправка может достигать 15%.

Метод капиллярной вискозиметрии вполне можно отнести к высокоточному методу вискозиметрии в силу того, что относительная погрешность измерений составляет доли процента, в зависимости от подбора материалов вискозиметра и точности отсчёта времени, а также иных параметров, участвующих в методе капиллярного истечения.

Метод падающего шарика

Метод падающего шарика вискозиметрии основан на законе Стокса, согласно которому скорость свободного падения твердого шарика в вязкой неограниченной среде можно описать следующим уравнением:
где V – скорость поступательного равномерного движения шарика вискозиметра; r – радиус шарика; g – ускорение свободного падения; d – плотность материала шарика; ро — плотность жидкости.

Необходимо отметить, что уравнение справедливо только в том случае, если скорость падения шарика вискозиметра довольно мала и при этом соблюдается некое эмпирическое соотношение:

Как и в капиллярном методе вискозиметрии, необходимо учитывать возникающие поправки на конечные размеры цилиндрического сосуда вискозиметра с падающим шариком (высотой L и радиусом R, при условии, если выполняется ). Такие действия приводят к уравнению для определения динамической вязкости жидкости методом падающего шарика вискозиметрии:

На основе метода создано множество моделей высокотемпературных вискозиметров, в которых измеряется вязкость расплавленных стекол и солей.

Вибрационный метод вискозиметрии

Вибрационный метод вискозиметрии базируется на определении изменений параметров вынужденных колебаний тела правильной геометрической формы, называемого зондом вибрационного вискозиметра,при погружении его в исследуемую среду. Вязкость исследуемой среды определяется по значениям этих параметров, при этом обычно используется градуировочная кривая вискозиметра (для случая примитивного вибрационного вискозиметра; в целом, не теряя общности, этот принцип переносится и на более сложные приборы).

Введём несколько обозначений: ω – частота колебаний, τ – время колебания тонкого упруго закрепленного зонда вибрационного вискозиметра, S — площадь пластины зонда вискозиметра; колебания происходят под действием гармонической силы. Вязкость и плотность исследуемой среды соответственно обозначим η и d.

Частотно-фазовый вариант вибрационного метода вискозиметрии используется для сильно-вязких жидкостей. В этом случае измеряется частота колебаний зонда вискозиметра, сначала не погруженного (ω0) и затем погруженного (ω) в жидкость при сдвиге фаз .

Для измерения вязкости менее вязких сред, например, металлических расплавов наиболее подходящим является амплитудно-резонансный вариант вибрационного метода вискозиметрии. В этом случае добиваются того, чтобы амплитуда А колебаний была максимальной (путём подбора частот колебаний). Поэтому измеряемым параметром, по которому определяется вязкость становится амплитуда колебаний зонда вискозиметра. В общем случае для малых значений вязкости имеем:

Учтем поправки С2(сторонние силы: трения, поверхностного натяжения, лобового сопротивления и т.п.). Имеем конечную формулу метода вибрационной вискозиметрии:

Градуировка вискозиметра производится по известным жидкостям (именно определяются постоянные С1,С2).

Принцип работы вискозиметров

Вискозиметр – специфическое устройство для контроля жидкостей, конкретнее, служит для измерения уровня вязкости различных жидкостей. Название происходит от латинского viscosus – вязкий.

Определение вязкости вискозиметром используют в различных отраслях науки и производства:

• фармакологии (производство лекарственных препаратов в виде густых субстанций);
• медицине (измерение вязкости крови);
• исследованиях пищевых продуктов (мед, молоко, соки);
• нефтяном и топливном производстве (машинное масло, бензин, парафин и т.д.);
• лакокрасочной и химической промышленности (краски, лаки, смолы).

Используя вискозиметр, можно измерить два типа вязкостей:

1. динамическую;
2. кинематическую.

Динамическая, или абсолютная вязкость – это текучесть жидкости в обычных условиях.

Кинематическая вязкость – текучесть под влиянием температур и давления.

В зависимости от используемого метода вискозиметрии, существуюет различные виды вискозиметров.

Виды вискозиметров:

• ротационный;
• капиллярный;
• с движущимся шариком;
• вибрационный;
• пузырьковый.

Принцип работы вискозиметра: ротационный и капиллярный приборы

Капиллярный вискозиметр работает по хронометрическому принципу. Устройство вискозиметра – один или несколько соединенных капиллярова с воронкой или узкой трубкой. Исследование вязкости происходит за счет измерения времени, за которое исследуемая жидкость вытекает из воронки, учитывая перепад давления на концах капилляров (или под влиянием гравитации – для кинематической вязкости). Существует два типа капиллярных вискозиметров:

1. погружные;
2. чашечные.

Погружные капиллярные вискозиметры предназначены для экспресс-измерения вязкости вещества прямо в рабочих емкостях или аппаратах. Для удобства использования, приборы производятся из легкоочищаемых материалов и оснащаются специальной ручкой.

Чашечные капиллярные вискозиметры имеют конструкцию воронки или чаши и идут в комплекте с регулируемым штативом.

Ротационный вискозиметр представляет собой конструкцию из двух вращающихся тел, совмещенных по осям. Пространство между телами заполняется исследуемым веществом. При этом, одно из тел приводят во вращение, а второе оставляют неподвижным. Исследуемая жидкость передает вращение от движимого тела к недвижимому и скорость, с которой вращение передается от одного тела к другому, определяет вязкость вещества.

Спросом пользуются ротационные автоматические вискозиметры. Они имеют удобное меню, логичный интерфейс и большой дисплей.

С помощью такого устройства можно проводить исследование различных веществ в широком температурном диапазоне. Автоматические вискозиметры европейского производства являются оптимальным решением для различных типов производств, учитывая высокую степень производительности и минимальную погрешность в работе (±1%).

Автоматическая система обеспечивает максимальную производительность и исключает необходимость самостоятельных вычислений.

Современные приборы европейского производства позволяют без погрешностей производить контроль различных типов покрытий на каждом этапе производства.