Для вимірювання в'язкості різних рідин використовується вискозиметр ротаційний і інші прилади для оцінки проникності середовища. Вимірам підлягає як динамічна, так і кінематична в'язкість різних поточних речовин і навіть газів.
різновиди віскозиметрів
Для віскозиметрії використовуються наступні види приладів:
- Капілярні пристрої. Зазвичай забезпечені високоточним таймером, принцип роботи пов'язаний з фіксацією часу протікання рідини через тонку трубку відомого діаметра. Поруч розташовується широка трубка, по якій рідина переміщається без капілярного ефекту. Як правило, витікання по обидва трубках відбувається під дією сили тяжіння (тобто випускні патрубки розташовується внизу ємності), але можливо і штучне нагнітання тиску. Виміряна капілярними вискозиметрами в'язкість точно пропорційна різниці швидкості витікання середовища по капіляри і широкому патрубку. Дані прилади порівняно прості, але громіздкі. Їх з успіхом застосовують для вимірів коефіцієнтів в'язкості від 8-10 мкПа ∙ с (що відповідає газам) до 10-12 кПа ∙ с (текучі рідини). Для в'язких рідин і сумішей з грудками капілярний вимір не годиться - фарба або густа вапняна побілка просто не витечуть через тонку трубку. Найбільш відомий прилад капілярного типу - вискозиметр Уббелоде.
- Механічні віскозиметри. Представляють цілий набір оригінальних і навіть дотепних пристроїв з різним принципом роботи. Наприклад, вимірювачі бульбашкового типу функціонують на основі спливаючих в рідини пухирців газу, причому вимірами підлягає не тільки час "спливання", але і траєкторія руху. Цікаві прилади з вібруючим зондом - підбираючи коливання лопатей зонда, можна ввести їх в резонанс із власною частотою середовища. Тим самим знімаються значення як в'язкості, так і щільності рідини. Механічне обладнання бульбашкового і резонансного типу для вимірювання в'язкості застосовується в точних лабораторних дослідженнях і в побуті практично не зустрічається. Більш прості і доступні пристрої для оцінки в'язкості працюють на основі принципу, винайденого ще великим Галілеєм. Усередині ємності з рідиною є своєрідна кабінка-ліфт, в яку поміщений звичайний кульку. При стрімкому падінні цієї кульки час його занурення до контактної площадки можна обчислити з високою точністю, що рівноцінно виміру в'язкості середовища. Найбільш відомим "кульковим" приладом є віскозиметр Гепплера.
Однак найбільше поширення за рахунок малої похибки, компактності, універсальності і бюджетної доступності отримав ротаційний прилад. Принцип його дії і популярні модифікації цього приладу опишемо окремо.
Ротаційний віскозиметр - принцип роботи та різновиди приладу
У приладах ротаційного типу є два тіла обертання - корпус у вигляді циліндра і вбудований в нього конус або сфера. Внутрішня частина приладу (сфера або конус) рухається з відомою швидкістю, для чого служить електропривод. Простір між двома тілами обертання заповнюється досліджуваної рідиною. Існує чітка залежність між опором вимірюваного середовища і досягається швидкістю кутового обертання, ця залежність фіксується приладами і може відразу ж виводитися на контрольну панель.
Саме так влаштований найбільш простий ротаційний віскозиметр Брукфільда. Його ротор пов'язаний з асинхронним електродвигуном, закріпленим на станині зовні. Конструктивне рішення схоже зі звичайною саморобної бетономішалкою - причому цілком допустимо вимірювати ротаційними приладами в'язкість таких важких і густих субстанцій, як цементний розчин або густа побілка. Відомі віскозиметри з різними тілами для внутрішнього обертання. Ними можуть служити не тільки класичні конуси і сфери, а й диски, пластини і циліндри.
Величина що залишається зазору між тілом обертання і нерухомою стінкою варіюється в межах декількох міліметрів для відчутної сили тертя між рідиною і корпусом. Точно градуйований електродвигун обертає внутрішній ротор, спеціальні датчики вимірюють силу опору цьому обертанню. Як правило, фіксує апаратура розміщується на внутрішній стороні нерухомого корпусу. Чим більше датчиків, тим точніше прилад і вище його вартість.
Діапазон вимірювань у ротаційних віскозиметрів починається від тисяч [Па * с] і досягає мільйонів [Па * с]. Важливим параметром є допустима швидкість обертання ротора - вона може бути мізерно малою, від 1 повного обороту за дві хвилини, і досягати подвійного множення частоти стандартної електромережі (тобто 100 оборотів в хвилину). Якщо верхня межа в 100 Герц реалізується досить просто, то мініатюрна швидкість кутового обертання властива віскозиметрах високого класу точності і вельми відчутною вартості.
З недоліків ротаційних конструкцій можна відзначити неминучий знос обертових частин, який накладає відбиток на коректність знімаються показань.
Саме тому прилади з повільним обертанням цінуються вище - вони повільніше зношуються і довше служать за призначенням без заміни роторів і осей. Крім того, приводиться в рух рідина в зазорі повинна володіти ламінарним плином. Коли її течія стає турбулентним (знову ж, при високих швидкостях обертання внутрішнього конуса або сфери), що фіксуються показники в'язкості будуть абсолютно неточними.
Як коригується виміряна в'язкість?
Мало з'ясувати в'язкість рідини за допомогою ротаційного, механічного або капілярного віскозиметра. Дана характеристика субстанції цілком підлягає коригуванню, що відомо кожному ОТДЕЛОЧНИК або ремонтникові. Зайве рідкий розчин для штукатурки "тече" і не тримається на вертикальних поверхнях, а надто "крутий" не зможе проникнути в глибокі тріщини і вибоїни.
Якщо штукатур усуває такі проблеми самостійно і без всяких приладів (попросту додаючи в розчин цемент, гіпс або алебастр), то для модифікації показників в'язкості фарб, лаків, грунтовок, трансмісійних та гідравлічних масел ремонтних рідин використовуються інші методи:
- Полібутен - класична присадка для зменшення густоти, зараз майже не використовується;
- Поліметілакрілатние добавки ефективно перешкоджають утворенню кристалів воску, тому їх застосовують для достатньої плинності масел і мастил, в тому числі в умовах низьких температур;
- Олефінових полімери використовуються в формулах моторних масел, вигідні низькою вартістю і сумісністю з високими температурами;
- Стиролові ефіри актуальні для трансмісійних масел, в тому числі для енергозберігаючих двигунів внутрішнього згоряння і автоматичних коробок передач;
- Стирол-дієнових полімери відрізняються максимальною широтою температурного діапазону - їх присутність дозволяє складом не застигати в мороз і не розріджувати в спеку.
- Граничного тертя ротаційним віскозиметром.