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).
Устройство и принцип работы вискозиметра
Конструкция прибора зависит от его типа, метода работы. В большинстве моделей вискозиметров есть резервуар или камера для жидкости, где создаются условия для измерений. Эта часть прибора предназначена для точного дозирования и контроля температуры тестируемого образца. Например, в капиллярных вискозиметрах камера соединена с тонкой трубкой, через которую жидкость протекает под действием силы тяжести.
Для измерения времени истечения жидкости или силы сопротивления движения используются датчики или механические элементы. В ротационных вискозиметрах вращающиеся части, такие как цилиндры или шпиндели, помещаются в жидкость. Вращение этих элементов создает измеряемое усилие, отражающее вязкость.
Принцип действия вискозиметра основан на измерении сопротивления жидкого вещества движению или его способности течь под действием внешних сил. Конкретный подход зависит от типа прибора, метода измерения, но можно выделить общие принципы.
Все методы измерения связаны с определением реакции жидкости на внешнее воздействие, будь то гравитация, механическое движение или вибрация. При этом учитываются температура и плотность вещества, чтобы обеспечить точные результаты. В результате вискозиметры позволяют получить данные, которые отражают реальные свойства материала в заданных условиях.
Например, в капиллярных вискозиметрах измеряют время, за которое фиксированный объём жидкости протекает через тонкую трубку под действием силы тяжести. Этот метод позволяет оценить кинематическую вязкость, учитывая плотность жидкости и скорость её течения. У ротационных вискозиметров принцип действия иной. Они определяют усилие, необходимое для вращения тела (например, цилиндра или шпинделя) в жидкости. Чем больше вязкость, тем больше сопротивление движению, что отображается в виде числового значения. Вибрационные модели используют колебательный метод. Вязкость оценивается по изменениям амплитуды и частоты вибраций, создаваемых погружённым в жидкость элементом.
Сферы применения лабораторных вискозиметров и анализаторов текстуры
Вискозиметры нашли применение в самых разнообразных отраслях производственной деятельности и лабораторных исследований. Они применяются в:
медицине для анализа крови
фармацевтике и косметологии для производства лекарств, мазей и кремов
химическом производстве для определения состояния жидких или текучих материалов
пищевой промышленности для контроля качества пищевых продуктов — молока, морсов, йогуртов, сока, меда
лакокрасочном производстве и на покрасочных участках всех производств и сервисов по ремонту и обслуживанию автомобилей
нефтяной отрасли при получении бензинов, масел или дизельного топлива
научно-исследовательских центрах и лабораториях
Можно сказать, что анализатор вязкости необходим практически везде, где работа ведется с жидкостями, состояние которых требует контроля или должно соответствовать утвержденным нормам.
При этом вискозиметры могут применяться не только в производстве и контроле на производствах, где используются гомогенизированные жидкости и текучие смеси, но и при работе с дистиллятами. С помощью анализатора влажности можно определить вязкость жидкости и ее соответствие эталону или расчетной величине.
Виды вискозиметров
Лабораторные вискозиметры и анализаторы текстуры могут разделяться по следующим признакам:
температуре исследуемой среды (высоко- и низкотемпературные)
свойствам вязкой жидкости (универсальные и специализированные)
области применения (лабораторные, промышленные, медицинские и мобильные)
По классам выделяются наиболее востребованные типы оборудования:
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
Измеряют динамическую вязкость. Одно или два коаксиально (соосно) расположенных тела вращения (цилиндры, диск, конус, полусфера). Пространство между ними заполняют исследуемым веществом. При вращении одного из тел (двух относительно друг друга) возникает момент сопротивления деформации жидкости. Существуют два основных метода измерения: измерение момента сопротивления деформации при заданной скорости вращения и измерение скорости вращения тела от приложенного фиксированного крутящего момента. Основная масса приборов использует первый метод. Только ротационные вискозиметры позволяют измерить истинную или абсолютную вязкость, как ньютоновских, так и неньютоновских (структурированных или реологических) сред. Диапазон измеряемой вязкости обычно простирается от 1 мПа·с до сотен тысяч Па·с. Такой широкий диапазон измерений достижим как за счёт изменения скорости вращения шпинделя от 0,01 оборота в минуту до 1500, так и использования шпинделей разных размеров для разных диапазонов вязкости.
Ротационные вискозиметры Брукфильда являются самыми популярными вискозиметрами в мире, благодаря простоте использования, универсальности, надежной работе и качеству обслуживания. Все вискозиметры имеют точность не хуже ±1,0% от используемого диапазона и воспроизводимость не хуже ±0,2%. Затем результаты испытания можно воспроизвести в любом месте мира, где используется прибор такой же модели. Возможность сбора данных о поведении вязкости материала дает изготовителям важное «знание продукта». Информация о реологических характеристиках материала ценна для предсказания его текучести, его характеристик при операциях погружения или покрытия, или простоты, а также удобства обработки или использования.
Вискозиметр лабораторный с движущимся (падающим) 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
Вибрационный вискозиметр 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.
Как проводится калибровка вискозиметров
Калибровка вискозиметров выполняется в соответствии с методами, установленными производителем оборудования, а также с требованиями государственных стандартов. Из-за множества особенностей, связанных с калибровкой и поверкой различных типов вискозиметров, в данной статье будут рассмотрены лишь общие аспекты, с указанием ссылок на соответствующие ГОСТы.
Калибровка анализаторов вязкости проводится с использованием стандартного раствора. Поскольку вязкость вещества зависит от температуры, необходимо выполнить температурную корректировку коэффициента вязкости, указанного в сертификате измерений, который поставляется производителем стандартных растворов.
ГОСТы на лабораторные вискозиметры и анализаторы текстуры
На сегодняшний день основным стандартом для анализаторов вязкости является ГОСТ 29226-91 «Вискозиметры жидкостей», который определяет общие требования и методы испытаний для регистрации оборудования в Государственном Реестре средств измерений.
Для капиллярных вискозиметров действуют технические условия, установленные ГОСТ 10028-81.
ГОСТ 25271-93 регламентирует технические условия для вискозиметров Брукфилда.
Метод определения условной вязкости нефтепродуктов описан в ГОСТ 6258-85, который ссылается на ГОСТ 33-2000 как на нормативно-техническую документацию.
Методические указания РД 50-416-83 описывают порядок поверки капиллярных стеклянных образцовых вискозиметров.
Все перечисленные ГОСТы являются актуальными.
Как выбрать лабораторный вискозиметр
Хороший вискозиметр должен обладать рядом важных характеристик, которые обеспечивают точность измерений, долговечность, удобство использования. Один из главных критериев — способность прибора точно измерять вязкость в широком диапазоне значений. Хороший вискозиметр должен обеспечивать минимальные погрешности, стабильные результаты при разных температурах, плотности вещества.
Важно, чтобы компоненты аппарата были устойчивы к агрессивным веществам, особенно если вискозиметр используется для анализа химических или пищевых продуктов. Это обеспечит долгий срок службы устройства, сохранит точность показаний. Желательно, чтобы прибор был оснащен системой для точного контроля и поддержания стабильной температуры. Это позволяет проводить измерения в нужных температурных условиях без искажения результатов.
Прибор должен быть интуитивно понятен в эксплуатации, с удобными настройками и простотой в обслуживании. Наличие понятных индикаторов, лёгкость в калибровке также играют важную роль в обеспечении удобства работы.
Надёжный вискозиметр должен иметь долгий срок службы и минимальные потребности в обслуживании. Это позволяет снизить затраты на его эксплуатацию, обеспечивает бесперебойную работу в долгосрочной перспективе.
Подобрать нужные лабораторные вискозиметры и анализаторы текстуры для решения конкретных задач Вам помогут специалисты компании КОЛБА. Свяжитесь с нами по телефону или оставьте заявку. Специалист ответит Вам в течении 20 минут.
