Методы и средства измерения вязкости

Вязкость — один из основных показателей качества горючесмазочных материалов, красок, синтетических смол и т. п. Например, в производстве полимеров и различных продуктов на их основе вязкость служит важнейшим технологическим параметром, так как по ее величине можно оценить молекулярную массу и концентрацию вещества, а также его структуру в расплаве или растворе.

Вязкость — это способность вещества оказывать сопротивление перемещению в нем какого-либо тела. Если вещество само движется относительно тела, то возникает сопротивление его движению (этим объясняется гидравлическое сопротивление трубопроводов).

К настоящему времени наибольшее распространение получили следующие методы измерения вязкости:

• капиллярный (метод Пуазейля);
• метод падающего тела (метод Стокса);
• метод взаимодействия между вращающимися телами;
• вибрационнй метод и др.

Вязкость часто определяют путем отсчета времени истечения определенного количества вещества при постоянном перепаде уровней.

Действие ротационных вискозиметров основано на использовании сил взаимного трения между двумя вращающимися телами.

Причины возникновения погрешностей:

• влияние температуры,
• влияние осадков;
• влияние металлических включений;
• за счет саморазогрева среды;
• турбулентность среды;
• тепловые эффекты;
• эффект эластичной турбулентности и др.

Рис. 10.3 Капиллярные вискозиметры

(лабораторный и промышленный): 1 – дозирующий насос, 2 – капилляр, 3 – импульсные трубки, 4 – преобразователь разности давлений, 5 – вторичный прибор, 6 – трубопровод.

Для измерения вязкости наиболее широко применяют вибрационные и ротационные вискозиметры.

Действие вибрационных вискозиметров основано на том, что жидкость стремится затормозить колебания опущенной в нее плоской пластины, причем сила торможения зависит от вязкости жидкости.

В датчике вискозиметра пластина закреплена в эластичной мембране. Нижняя часть пластины погружена в жидкость, а верхняя находится в катушке, соединенной с генератором импульсов. При включении катушки в пластине возникают продольные колебания. Затем катушка отключается от генератора и колебания пластины затухают. В процессе свободных колебаний пластины в катушке наводится ЭДС, имеющая частоту ее свободных колебаний. Она обеспечивает запирание генератора до момента полного прекращения колебаний, после чего генератор снова включает катушку и цикл повторяется. Чем больше вязкость жидкости, тем быстрее затухают колебания пластины и тем меньше интервалы между включениями генератора. Измеряют величину этих интервалов. Вибрационный вискозиметр выпускается для работы как в узком, так и в широком диапазоне изменения вязкости.

Принцип действия ротационных вискозиметров основан на измерении сопротивления, которое оказывает жидкость вращению погруженного в нее тела. Это сопротивление растет с увеличением вязкости жидкости.

Ротационный вискозиметр состоит из привода, измерительного устройства и рабочего тела. В одних приборах поддерживают постоянную скорость вращения тела и измеряют мощность, которую затрачивает на эту работу привод. В других используют привод постоянной мощности, а измеряют скорость вращения тела. Очевидно, что в первом случае с увеличением вязкости жидкости потребуется большая мощность привода, во втором — это приведет к уменьшению скорости вращения тела.

Рис. 10.4 Ротационный вискозиметр:

1 – электропривод, 2 – магнитная муфта, 3 - вращающийся цилиндр, 4 – неподвижный цилиндр, 5 – ввод контролируемой среды, 6 – термометр, 7 – устройство измерения крутящего момента, 8 – термостат.

Рис. 10.5 Ротационный вискозиметр погружного типа:

1 - вращающийся внутренний цилиндр;2 – наружный цилиндр с прорезями; 3 – магнитная муфта; 4 – разделительная перегородка; 5 – приводной и измерительный вал; 6 – крышка.

Рис. 10.6 Ротационный вискозиметр проточного типа.

Рис. 10.7 Вискозиметр с падающим шариком. 1 – измерительная трубка, 2 – шарик, 3 – измерительный канал, 4 – корпус, 5 – поворотный кронштейн, 6 – термометр, 7 – штуцер для присоединения к термостату.

Вискозиметры ротационные