Вискозиметр

A вискозиметр (также называемый вискозиметром ) - это прибор, используемый для измерения вязкости жидкости. Для жидкостей с вязкостью, которая изменяется в зависимости от условий потока, используется прибор, называемый реометром. Таким образом, реометр можно рассматривать как особый тип вискозиметра. Вискозиметры измеряют только при одном условии потока.

В общем, либо жидкость остается неподвижной, и объект движется через нее, либо объект неподвижен, и жидкость движется мимо него. Сопротивление, вызванное относительным движением жидкости и поверхности, является мерой вязкости. Условия потока должны иметь достаточно малое значение число Рейнольдса, чтобы был ламинарный поток.

При 20 ° C динамическая вязкость (кинематическая вязкость × плотность) воды составляет 1,0038 мПа · с, а его кинематическая вязкость (произведение времени истечения на коэффициент) составляет 1,0022 мм / с. Эти значения используются для калибровки определенных типов вискозиметров.

• 1 Стандартные лабораторные вискозиметры для жидкостей
  • 1.1 Вискозиметры с U-образной трубкой
  • 1.2 Вискозиметры с падающей сферой
• 2 Вискозиметр с падающим шариком
• 3 Вискозиметр с падающим поршнем
• 4 Осциллирующий -поршневой вискозиметр
• 5 Вибрационные вискозиметры
  • 5.1 Кварцевый вискозиметр
    • 5.1.1 Кварцевые микровесы
• 6 Ротационные вискозиметры
  • 6.1 Расчет форм-факторов скорости сдвига и напряжения сдвига
    • 6.1.1 Конус и пластина
    • 6.1.2 Параллельные пластины
    • 6.1.3 Коаксиальные цилиндры
  • 6.2 Вискозиметр с вращающейся электромагнитной сферой (вискозиметр EMS)
  • 6.3 Вискозиметр Стабингера
• 7 Пузырьковый вискозиметр
• 8 Прямоугольная щель вискозиметр
• 9 Вискозиметр Кребса
• 10 Различные типы вискозиметров
• 11 См. также
• 12 Ссылки
• 13 Внешние ссылки

Вискозиметры Оствальда измеряют вязкость жидкости с известной плотностью.

вискозиметры с U-образной трубкой

Эти устройства также известны как стеклянные капиллярные вискозиметры или Ostwal d вискозиметры, названные в честь Вильгельма Оствальда. Другой вариант - вискозиметр Уббелоде, который состоит из U-образной стеклянной трубки, удерживаемой вертикально в ванне с регулируемой температурой. В одном плече U находится вертикальный участок точного узкого канала (капилляр). Вверху есть лампочка, с другой лампочкой внизу на другом плече. При использовании жидкость всасывается в верхнюю колбу, а затем стекает через капилляр в нижнюю колбу. Две отметки (одна над и под верхней лампочкой) указывают на известный объем. Время, необходимое для прохождения уровня жидкости между этими отметками, пропорционально кинематической вязкости. Калибровку можно выполнить с использованием жидкости с известными свойствами. Большинство коммерческих единиц имеют коэффициент преобразования.

Измеряется время, необходимое для прохождения испытательной жидкости через капилляр известного диаметра с определенным коэффициентом между двумя отмеченными точками. Путем умножения затраченного времени на коэффициент вискозиметра получается кинематическая вязкость.

Такие вискозиметры можно разделить на прямоточные и обратные. Вискозиметры с обратным потоком имеют резервуар над маркировкой, а у прямоточных вискозиметров резервуар находится ниже маркировки. Существуют такие классификации, чтобы уровень можно было определить даже при измерении непрозрачных или окрашивающих жидкостей, в противном случае жидкость будет закрывать отметки и сделать невозможным измерение времени, когда уровень проходит отметку. Это также позволяет вискозиметру иметь более 1 набора меток, чтобы обеспечить немедленное определение времени, необходимое для достижения 3-й метки, что дает 2 момента времени и позволяет последующий расчет определяемости для обеспечения точных результатов. Использование двух таймингов в одном вискозиметре за один цикл возможно только в том случае, если измеряемый образец имеет ньютоновские свойства. В противном случае изменение приводного напора, которое, в свою очередь, изменяет скорость сдвига, приведет к разной вязкости для двух ламп.

Вискозиметры с падающей сферой

Ползучий поток по сфере

Закон Стокса является основой вискозиметра с падающей сферой, в котором жидкость неподвижна в вертикальной стеклянной трубке. Сфера известного размера и плотности может опускаться через жидкость. При правильном выборе он достигает предельной скорости, которую можно измерить по времени, необходимому для прохождения двух отметок на трубке. Электронное зондирование может использоваться для непрозрачных жидкостей. Зная конечную скорость, размер и плотность сферы и плотность жидкости, закон Стокса можно использовать для расчета вязкости жидкости. В классическом эксперименте обычно используются стальные шарикоподшипники разного диаметра для повышения точности вычислений. В школьном эксперименте в качестве жидкости используется глицерин, и этот метод используется в промышленности для проверки вязкости жидкостей, используемых в технологических процессах. Он включает множество различных масел и полимерных жидкостей, например растворов.

В 1851 году Джордж Габриэль Стокс вывел выражение для силы трения (также называемой силой сопротивления ), действующей на сферические объекты с очень маленькими числами Рейнольдса (например, очень мелкие частицы) в непрерывной вязкой жидкости путем изменения предела малой массы жидкости обычно неразрешимого уравнения Навье – Стокса :

$F\; =\; 6\; \pi \; р\; \eta \; v,\; \{\backslash \; displaystyle\; F\; =\; 6\; \backslash \; pi\; r\; \backslash \; eta\; v,\}$

где

$F\; \{\backslash \; displaystyle\; F\}$- сила трения,

$r\; \{\backslash \; displaystyle\; r\}$- радиус сферического объекта,

$\eta \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; eta\}$- вязкость жидкости,

$v\; \{\backslash \; displaystyle\; v\}$- скорость частицы.

Если частицы падают в вязкой жидкости под действием собственного веса, то конечная скорость, также известная как скорость осаждения, достигается, когда эта сила трения в сочетании с плавучей силой force точно уравновешивает гравитационную силу. Результирующая скорость оседания (или конечная скорость ) определяется как

$V\; s\; =\; 2\; 9\; r\; 2\; g\; (\rho \; p\; -\; \rho \; f)\; \mu ,\; \{\backslash \; displaystyle\; V\; \_\; \{\backslash \; text\; \{s\}\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{2\}\; \{9\}\}\; \{\backslash \; frac\; \{r\; ^\; \{2\}\; g\; (\backslash \; rho\; \_\; \{p\}\; -\; \backslash \; rho\; \_\; \{f\})\}\; \{\backslash \; mu\}\},\}$

где:

Vs- скорость оседания частицы (м / с), вертикально вниз, если ρ p>ρf, вверх, если ρ p< ρf,

r - радиус Стокса частицы (м),

g - ускорение свободного падения (м / с),

ρp- плотность частиц (кг / м),

ρf- плотность жидкости (кг / м),

μ - (динамическая) жидкость вязкость (Па · с).

Обратите внимание, что расход Стокса предполагается, поэтому число Рейнольдса должно быть небольшим.

Фактором, ограничивающим достоверность этого результата, является шероховатость используемой сферы.

Модификацией вискозиметра с прямой падающей сферой является вискозиметр с катящимся шариком, который измеряет время, когда шарик катится по склону, будучи погруженным в испытательную жидкость. Это можно дополнительно улучшить, используя запатентованную V-образную пластину, которая увеличивает количество оборотов до пройденного расстояния, позволяя использовать более компактные и портативные устройства. Управляемое катящееся движение шара позволяет избежать турбулентности в жидкости, которая в противном случае возникла бы при падении шара. Этот тип устройства также подходит для использования на борту корабля.

В 1932 году Фриц Хепплер получил патент на названный в его честь вискозиметр с падающим шариком - всемирно известный первый вискозиметр для определения динамической вязкости. Другими первыми в мире вискозиметрами, разработанными Фрицем Хепплером в Медингене (Германия), являются консистометр с шариковым давлением и реовискозиметр, см. Kugeldruckviskosimeter = шариковый вискозиметр.

Также известен как вискозиметр Норкросса по имени его изобретателя Остина Норкросса. Принцип измерения вязкости в этом прочном и чувствительном промышленном устройстве основан на узле поршень и цилиндр. Поршень периодически поднимается пневматическим подъемным механизмом, втягивая измеряемый материал вниз через зазор (зазор) между поршнем и стенкой цилиндра в пространство, образованное под поршнем, когда он поднимается. Затем сборку обычно задерживают на несколько секунд, а затем позволяют ей упасть под действием силы тяжести, выталкивая образец по тому же пути, по которому он вошел, создавая эффект сдвига для измеряемой жидкости, что делает этот вискозиметр особенно чувствительным и подходящим для измерения. некоторые тиксотропные жидкости. Время падения является мерой вязкости, при этом зазор между поршнем и внутренней частью цилиндра образует измерительное отверстие. Контроллер вязкости измеряет время падения (время падения в секундах является мерой вязкости) и отображает полученное значение вязкости. Контроллер может откалибровать значение времени падения до секунд чашки (известной как чашечка для отвода), универсальная секунда Сейболта (SUS) или сантипуаз.

Промышленное использование популярно из-за простоты, повторяемости, низкие эксплуатационные расходы и долговечность. На этот тип измерения не влияют скорость потока или внешние вибрации. Принцип работы может быть адаптирован для многих различных условий, что делает его идеальным для управления процессом сред.

, иногда называемый электромагнитным вискозиметром или EMV-вискозиметром, был изобретен в компании Кембриджская вязкость (формально Cambridge Applied Systems) в 1986 году. Датчик (см. рисунок ниже) состоит из измерительной камеры и поршня с магнитным воздействием. Производятся измерения, при которых образец сначала вводится в терморегулируемую измерительную камеру, где находится поршень. Электроника приводит поршень в колебательное движение в измерительной камере с помощью управляемого магнитного поля. Напряжение сдвига накладывается на жидкость (или газ) из-за перемещения поршня, а вязкость определяется путем измерения времени перемещения поршня. Параметры конструкции для кольцевого зазора между поршнем и измерительной камерой, напряженность электромагнитного поля и расстояние перемещения поршня используются для расчета вязкости в соответствии с законом вязкости Ньютона.

Технология вискозиметра с качающимся поршнем была адаптирована для испытаний вязкости малых и микропробов в лабораторных условиях. Он также был адаптирован для измерения вязкости при высоком давлении и вязкости при высоких температурах как в лабораторных, так и в производственных условиях. Датчики вязкости были масштабированы для широкого спектра промышленных применений, таких как малогабаритные вискозиметры для использования в компрессорах и двигателях, проточные вискозиметры для процессов нанесения покрытия погружением, поточные вискозиметры для использования на нефтеперерабатывающих заводах и сотни других приложений.. Повышение чувствительности современной электроники стимулирует рост популярности вискозиметров с качающимся поршнем в академических лабораториях, изучающих вязкость газа.

Вибрационные вискозиметры датируются прибором Bendix 1950-х годов, который относится к классу, который работает путем измерения демпфирования колеблющегося электромеханического резонатора, погруженного в жидкость, вязкость которой необходимо определить.. Резонатор обычно колеблется при кручении или поперечно (как консольная балка или камертон). Чем выше вязкость, тем сильнее демпфирование резонатора. Демпфирование резонатора можно измерить одним из нескольких методов:

1. Измерение потребляемой мощности, необходимой для поддержания вибрации осциллятора с постоянной амплитудой. Чем выше вязкость, тем больше мощности требуется для поддержания амплитуды колебаний.
2. Измерение времени затухания колебаний после выключения возбуждения. Чем выше вязкость, тем быстрее затухает сигнал.
3. Измерение частоты резонатора как функции фазового угла между сигналами возбуждения и отклика. Чем выше вязкость, тем больше изменение частоты для данного фазового перехода.

Вибрационный инструмент также страдает от отсутствия определенного поля сдвига, что делает его непригодным для измерения вязкости жидкости, характеристики потока которой неизвестны. заранее.

Вибрационные вискозиметры - это прочные промышленные системы, используемые для измерения вязкости в условиях процесса. Активная часть датчика - вибрирующий стержень. Амплитуда колебаний изменяется в зависимости от вязкости жидкости, в которую погружен стержень. Эти измерители вязкости подходят для измерения засорения жидкости и жидкостей с высокой вязкостью, в том числе с волокнами (до 1000 Па · с). В настоящее время во многих отраслях промышленности по всему миру эти вискозиметры считаются наиболее эффективной системой для измерения вязкости широкого спектра жидкостей; Напротив, ротационные вискозиметры требуют большего обслуживания, не могут измерять забивающую жидкость и требуют частой калибровки после интенсивного использования. Вибрационные вискозиметры не имеют движущихся частей, слабых частей, а чувствительная часть обычно имеет небольшие размеры. Даже очень основные или кислые жидкости можно измерить, добавив защитное покрытие, такое как эмаль, или заменив материал датчика на такой материал, как 316L нержавеющая сталь. Вибрационные вискозиметры - наиболее широко используемый линейный прибор для контроля вязкости технологической жидкости в резервуарах и трубопроводах.

Кварцевый вискозиметр

Кварцевый вискозиметр - это особый тип вибрационного вискозиметра. Здесь колеблющийся кристалл кварца погружен в жидкость, и конкретное влияние на колебательное поведение определяет вязкость. Принцип кварцевой вискозиметрии основан на идее У. П. Мейсона. Основная концепция - применение пьезоэлектрического кристалла для определения вязкости. Частое электрическое поле, приложенное к осциллятору, вызывает движение датчика и приводит к сдвигу жидкости. Затем на движение датчика влияют внешние силы (напряжение сдвига) жидкости, которые влияют на электрический отклик датчика. Процедура калибровки как предварительное условие определения вязкости с помощью кристалла кварца восходит к Б. Боде, который способствовал детальному анализу электрических и механических характеристик передачи колебательной системы. На основе этой калибровки был разработан кварцевый вискозиметр, который позволяет непрерывно определять вязкость в неподвижных и текущих жидкостях.

Кварцевые микровесы

кварцевые микровесы функционируют как вибрационный вискозиметр по пьезоэлектрическим свойствам, присущим кварцу, для измерения спектров проводимости жидкостей и тонких пленок, экспонированных на поверхности кристалла. По этим спектрам отслеживаются частотные сдвиги и уширение пиков для резонансных и обертонных частот кристалла кварца и используются для определения изменений массы, а также вязкости, модуля сдвига и другие вязкоупругие свойства жидкости или тонкой пленки. Одним из преимуществ использования микровесов на кристаллах кварца для измерения вязкости является небольшое количество пробы, необходимое для получения точных измерений. Однако из-за зависимости вязкоупругих свойств от методов подготовки образцов и толщины пленки или объема жидкости при измерениях вязкости между образцами могут быть ошибки до 10%.

Интересный метод измерения вязкости измерения жидкости с помощью микровесов с кварцевыми кристаллами, которые улучшают согласованность измерений, используют капельный метод. Вместо того, чтобы создавать тонкую пленку или погружать кристалл кварца в жидкость, на поверхность кристалла падает одна капля интересующей жидкости. Вязкость извлекается из сдвига частотных данных с помощью следующего уравнения:

$\Delta \; f\; =\; -\; f\; 0\; 3/2\; \eta \; l\; \rho \; l\; \pi \; \mu \; Q\; \rho \; Q\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; Delta\; f\; =\; -f\_\; \{0\}\; ^\; \{\; 3/2\}\; \{\backslash \; sqrt\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; eta\; \_\; \{l\}\; \backslash \; rho\; \_\; \{l\}\}\; \{\backslash \; pi\; \backslash \; mu\; \_\; \{Q\}\; \backslash \; rho\; \_\; \{Q\}\}\}\}\}$

где $f\; 0\; \{\backslash \; displaystyle\; f\_\; \{0\}\}$- резонансная частота, $\rho \; l\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; rho\; \_\; \{l\}\}$- плотность жидкости, $\mu \; Q\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; mu\; \_\; \{Q\}\}$- модуль сдвига кварца, а $\rho \; Q\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; rho\; \_\; \{Q\}\}$- плотность кварца. Расширение этого метода корректирует сдвиг резонансной частоты на размер капли, осаждаемой на кристалле кварца.

В ротационных вискозиметрах используется идея о том, что крутящий момент, необходимый для поворота объект в жидкости является функцией вязкости этой жидкости. Они измеряют крутящий момент, необходимый для вращения диска или боба в жидкости с известной скоростью.

Вискозиметры типа «чашка и боб» работают, определяя точный объем образца, подлежащего разрезанию в испытательной ячейке; крутящий момент, необходимый для достижения определенной скорости вращения, измеряется и наносится на график. В вискозиметрах типа «чашка и боб» есть две классические геометрии, известные как системы «Куэтта» или «Сирла», которые различаются по вращению чашки или боба. Вращающаяся чашка предпочтительна в некоторых случаях, потому что она уменьшает возникновение вихрей Тейлора при очень высоких скоростях сдвига, но чаще используется вращающийся боб, поскольку конструкция прибора может быть более гибкой и для других геометрий..

Вискозиметры типа «конус и пластина» используют узкоугольный конус в непосредственной близости от плоской пластины. В этой системе скорость сдвига между геометриями постоянна при любой заданной скорости вращения. Вязкость легко вычислить по напряжению сдвига (по крутящему моменту) и скорости сдвига (по угловой скорости).

Если испытание с любой геометрией проходит через таблицу с несколькими скоростями сдвига или напряжениями, данные могут быть использованы для построения кривой потока, то есть графика вязкости в зависимости от скорости сдвига. Если вышеуказанный тест проводится достаточно медленно для того, чтобы измеренное значение (напряжение сдвига, если скорость регулируется, или наоборот) достигло постоянного значения на каждом этапе, данные считаются «равновесными», и тогда график «кривая равновесного потока». Это предпочтительнее неравновесных измерений, так как данные обычно могут быть воспроизведены на нескольких других инструментах или с другими геометрическими формами.

Расчет форм-факторов скорости сдвига и напряжения сдвига

Реометры и вискозиметры работают с крутящим моментом и угловой скоростью. Поскольку вязкость обычно рассматривается в терминах напряжения сдвига и скорости сдвига, необходим метод для преобразования «номеров приборов» в «числа реологии». Каждая измерительная система, используемая в приборе, имеет соответствующие «форм-факторы» для преобразования крутящего момента в напряжение сдвига и преобразования угловой скорости в скорость сдвига.

Мы назовем форм-фактор напряжения сдвига C 1 и коэффициент скорости сдвига C 2.

напряжение сдвига = крутящий момент ÷ C 1.

скорость сдвига = C 2 × угловая скорость.

Для некоторых измерительных систем, таких как параллельные пластины, пользователь может установить зазор между измерительными системами. В этом случае используется уравнение

скорость сдвига = C 2 × угловая скорость / зазор.

вязкость = напряжение сдвига / скорость сдвига.

В следующих разделах показано, как форм-факторы рассчитываются для каждой измерительной системы.

Конус и пластина

$C\; 1\; =\; 3\; 2\; r\; 3,\; C\; 2\; =\; 1\; \theta ,\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; begin\; \{align\}\; C\_\; \{1\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{3\}\; \{2\}\; \}\; r\; ^\; \{3\},\; \backslash \backslash \; C\_\; \{2\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{1\}\; \{\backslash \; theta\}\},\; \backslash \; end\; \{align\}\}\}$

где

r - радиус конуса,

θ - угол конуса в радианах.

Параллельные пластины

$C\; 1\; =\; 3\; 2\; r\; 3,\; C\; 2\; =\; 3\; 4\; r,\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; begin\; \{align\}\; C\_\; \{1\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{3\}\; \{2\}\}\; r\; ^\; \{3\},\; \backslash \backslash \; C\_\; \{2\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{3\}\; \{4\}\}\; r,\; \backslash \; end\; \{align\}\}\}$

где r радиус конуса.

Примечание: Напряжение сдвига меняется по радиусу параллельной пластины. Приведенная выше формула относится к положению радиуса 3/4, если тестовый образец является ньютоновским.

Коаксиальные цилиндры

$C\; 1\; =\; 1\; 3\; ra\; 2\; H,\; C\; 2\; =\; 2\; ri\; 2\; ro\; 2\; ra\; 2\; (ro\; 2\; -\; ri\; 2),\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; begin\; \{align\}\; C\_\; \{1\; \}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{1\}\; \{3\}\}\; r\; \_\; \{\backslash \; text\; \{a\}\}\; ^\; \{2\}\; H,\; \backslash \backslash \; C\_\; \{2\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{2r\; \_\; \{\backslash \; text\; \{i\}\}\; ^\; \{2\; \}\; r\; \_\; \{\backslash \; text\; \{o\}\}\; ^\; \{2\}\}\; \{r\; \_\; \{\backslash \; text\; \{a\}\}\; ^\; \{2\}\; \backslash \; left\; (r\; \_\; \{\backslash \; text\; \{o\}\}\; ^\; \{2\}\; -r\; \_\; \{\backslash \; text\; \{i\}\; \}\; ^\; \{2\}\; \backslash \; right)\}\},\; \backslash \; end\; \{align\}\}\}$

где:

ra= (r i + r o) / 2 - это средний радиус,

ri- внутренний радиус,

ro- внешний радиус,

H - высота цилиндра.

Примечание: C 1 принимает напряжение сдвига как который происходит при среднем радиусе r a.

Вискозиметр с электромагнитно вращающейся сферой (вискозиметр EMS)

Принцип измерения вискозиметра с электромагнитно вращающейся сферой

Вискозиметр EMS измеряет вязкость жидкостей путем наблюдения за вращением сферы управляется электромагнитным взаимодействием: два магнита, прикрепленные к ротору, создают вращающееся магнитное поле. Образец ③ для измерения находится в небольшой пробирке ②. Внутри трубки находится алюминиевый шар. Трубка расположена в камере с регулируемой температурой ① и установлена ​​так, чтобы сфера находилась в центре двух магнитов.

Вращающееся магнитное поле наводит вихревые токи в сфере. Результирующее лоренцево взаимодействие между магнитным полем и этими вихревыми токами создает крутящий момент, который вращает сферу. Скорость вращения сферы зависит от скорости вращения магнитного поля, величины магнитного поля и вязкости образца вокруг сферы. За движением шара следит видеокамера ⑤, расположенная под ячейкой. Крутящий момент, приложенный к сфере, пропорционален разности угловой скорости магнитного поля Ω B и поля Ω S. Таким образом, существует линейная зависимость между (Ω B - Ω S) / Ω S и вязкостью жидкости.

Этот новый принцип измерения был разработан Sakai et al. в Токийском университете. Вискозиметр EMS отличается от других ротационных вискозиметров тремя основными характеристиками:

• Все части вискозиметра, которые вступают в прямой контакт с образцом, одноразовые и недорогие.
• Измерения проводятся в герметичной емкости для образцов..
• Для вискозиметра EMS требуется только очень небольшое количество образца (0,3 мл).

Вискозиметр Стабингера

Модифицировав классический ротационный вискозиметр Куэтта, можно объединить точность определение кинематической вязкости с широким диапазоном измерения.

Внешний цилиндр вискозиметра Стабингера представляет собой заполненную пробой трубку, которая вращается с постоянной скоростью в медном корпусе с регулируемой температурой. Полый внутренний цилиндр, имеющий форму конического ротора, центрируется внутри образца за счет эффектов гидродинамической смазки и центробежных сил. Таким образом полностью исключается трение в подшипнике , неизбежный фактор в большинстве вращающихся устройств. Сдвиговые силы вращающейся жидкости приводят в движение ротор, в то время как магнит внутри ротора образует вихретоковый тормоз с окружающим его медным корпусом. Между движущей и тормозящей силами устанавливается равновесная частота вращения ротора, которая является однозначной мерой динамической вязкости. Измерение скорости и крутящего момента осуществляется без прямого контакта с помощью датчика эффекта Холла, подсчитывающего частоту вращающегося магнитного поля. Это обеспечивает высокую точность крутящего момента, разрешение 50 пН · м и широкий диапазон измерений от 0,2 до 30 000 мПа · с с одной измерительной системой. Встроенное измерение плотности, основанное на принципе колеблющейся U-образной трубки, позволяет определять кинематическую вязкость из измеренной динамической вязкости с использованием соотношения

$\nu \; =\; \eta \; \rho ,\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; nu\; =\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; eta\}\; \{\backslash \; rho\}\},\}$

где:

ν - кинематическая вязкость (мм / с),

η - динамическая вязкость (мПа · с),

ρ - плотность (г / см).

Пузырьковые вискозиметры используются для быстрого определения кинематической вязкости известных жидкостей, таких как как смолы и лаки. Время, необходимое для подъема пузырька воздуха, прямо пропорционально вязкости жидкости, поэтому чем быстрее поднимается пузырь, тем ниже вязкость. В методе сравнения по алфавиту используются 4 набора помеченных буквами эталонных пробирок, от A5 до Z10, известной вязкости для покрытия диапазона вязкости от 0,005 до 1000 стоксов. В методе прямого измерения времени используется одна временная трубка с тремя линиями для определения «пузырьковых секунд», которые затем могут быть преобразованы в удары по току.

Этот метод достаточно точен, но измерения могут варьироваться из-за различий в плавучесть из-за изменения формы пузыря в трубке. Однако это не вызывает серьезных просчетов.

Базовая конструкция вискозиметра / реометра с прямоугольной щелью состоит из канала с прямоугольной щелью и однородной площадью поперечного сечения. Через этот канал с постоянной скоростью прокачивается испытательная жидкость. Несколько датчиков давления, установленных заподлицо на линейных расстояниях вдоль направления потока, измеряют перепад давления, как показано на рисунке:

Принцип измерения: Щелевой вискозиметр / реометр основан на фундаментальном принципе, согласно которому вязкая жидкость сопротивляется потоку. с уменьшающимся давлением по длине щели. Уменьшение или падение давления (∆P) коррелирует с напряжением сдвига на границе стенки. Кажущаяся скорость сдвига напрямую связана со скоростью потока и размером щели. Кажущаяся скорость сдвига, напряжение сдвига и кажущаяся вязкость вычисляются:

$\gamma \; \dot{}\; a\; =\; 6\; Q\; wh\; 2,\; \sigma \; =\; wh\; 2\; (w\; +\; h)\; \Delta \; P\; l,\; \eta \; a\; =\; \sigma \; \gamma \; \dot{}\; a,\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; begin\; \{align\}\; \{\backslash \; dot\; \{\backslash \; gamma\}\}\; \_\; \{\backslash \; text\; \{a\}\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{6Q\}\; \{wh\; ^\; \{2\}\}\},\; \backslash \backslash \backslash \; sigma\; =\; \{\backslash \; frac\; \{wh\}\; \{2\; (w\; +\; h)\}\}\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; Delta\; P\}\; \{l\}\},\; \backslash \backslash \backslash \; eta\; \_\; \{\backslash \; text\; \{a\}\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; сигма\}\; \{\{\backslash \; точка\; \{\backslash \; гамма\}\}\; \_\; \{\backslash \; текст\; \{а\}\}\}\},\; \backslash \; конец\; \{выровнено\}\}\}$

где

$\gamma \; \dot{}\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; dot\; \{\backslash \; gamma\}\}\}$- кажущаяся скорость (ы) сдвига,

σ - напряжение сдвига (Па),

ηa- кажущаяся вязкость (Па · с),

∆ P - разница давлений между ведущим датчиком давления и последним датчиком давления (Па),

Q - расход (мл / с),

w - ширина проточного канала (мм),

h - глубина проточного канала (мм),

l - расстояние между ведущим датчиком давления и последним датчиком давления (мм).

To определения вязкости жидкости, жидкая проба прокачивается через щелевой канал с постоянной подачей расход, и измеряется падение давления. Следуя этим уравнениям, кажущаяся вязкость рассчитывается для кажущейся скорости сдвига. Для ньютоновской жидкости кажущаяся вязкость такая же, как истинная вязкость, и достаточно одного измерения скорости сдвига. Для неньютоновских жидкостей кажущаяся вязкость не является истинной вязкостью. Чтобы получить истинную вязкость, кажущуюся вязкость измеряют при нескольких кажущихся скоростях сдвига. Затем истинные вязкости η при различных скоростях сдвига рассчитываются с использованием поправочного коэффициента Вайссенберга – Рабиновича – Муни:

$1\; \eta \; =\; 1\; 2\; \eta \; a\; (2\; +\; d\; ln\; \; \gamma \; \dot{}\; a\; d\; ln\; \; \sigma ).\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; frac\; \{1\}\; \{\backslash \; eta\}\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{1\}\; \{2\; \backslash \; eta\; \_\; \{\backslash \; text\; \{a\}\}\}\}\; \backslash \; left\; (2\; +\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; mathrm\; \{d\}\; \backslash \; ln\; \{\{\backslash \; dot\; \{\backslash \; gamma\}\}\; \_\; \{\backslash \; text\; \{a\}\}\}\}\; \{\backslash \; mathrm\; \{d\}\; \backslash \; ln\; \{\backslash \; sigma\}\}\}\; \backslash \; right).\}$

Рассчитанная истинная вязкость такая же, как значения конуса и пластины при одинаковой скорости сдвига.

Модифицированная версия вискозиметра / реометра с прямоугольной щелью также может использоваться для определения кажущейся объемной вязкости.

Вискозиметр Кребса использует цифровой график и небольшой шпиндель с боковым рычагом для измерения вязкости жидкости. В основном он используется в лакокрасочной промышленности.

Вискозиметры других типов используют шарики или другие предметы. Вискозиметры, которые могут характеризовать неньютоновские жидкости, обычно называются реометрами или пластометрами.

. В вискозиметре ICI «Оскар» запечатанный баллон с жидкостью подвергался крутильным колебаниям и с помощью умных методов измерения можно было измерить как вязкость, так и эластичность образца.

Вискозиметр воронка Марша измеряет вязкость с момента времени (время истечения), в течение которого известный объем жидкости течет от основания конуса через короткую трубку. Это в принципе аналогично расходным стаканам (отводным стаканам), таким как Ford, Zahn и стаканам, которые используют разные формы конуса и разные размеры сопел. Измерения можно проводить в соответствии с ISO 2431, ASTM D1200 - 10 или DIN 53411.

Реометр с гибким лезвием повышает точность измерений для жидкостей с более низкой вязкостью за счет незначительных изменений поля потока из-за гибкости подвижного или неподвижного лезвия (иногда называемого крылом или консоль с односторонним зажимом).

• Измерение расхода
• Уравнение Пуазейля
• Вискотерм

• Британский институт стандартов BS ISO / TR 3666: 1998 Вязкость воды
• Британские стандарты Институт BS 188: 1977 Методы определения вязкости жидкостей

• RHEOTEST Medingen GmbH - История и коллекция реологических инструментов со времен Фрица Хепплера
• ASTM International (ASTM D7042)
• Таблицы преобразования вязкости
• [1] - Alpha Technologies (ранее Monsanto Instruments and Equipment) - Акрон, Огайо, США
• Viscopedia | Бесплатная база знаний по вязкости