Вискозиметра применяется
- в медицине для определения вязкости человеческой крови;
- в фармакологии для анализа состояния, структуры жидких медикаментозных препаратов – сиропов, суспензий;
- в косметологии для изучения свойств гелей, сывороток, кремов, лосьонов и прочих косметических средств;
- в нефтяной промышленности для контроля качества продуктов переработки – трансмиссионных или моторных масел, бензинового и дизельного топлива;
- в пищевых производствах для проверки качества готовых йогуртов, кисломолочных и молочных продуктов, напитков типа соков, морсов, коктейлей;
- в химической промышленности для выяснения вязкости веществ или соединений, находящихся в текучей, жидкой форме;
- в строительстве при изготовлении герметиков, красок, лаков, шпаклёвок, праймеров;
- в лабораториях, отделах контроля качества, НИИ для исследования структуры жидкостей, гомогенных смесей.
Измерение вязкости вискозиметром необходимо почти при любых процессах, в которых задействованы жидкие, полужидкие, текучие вещества и смеси.
Виды вязкости
Вязкостью называют способность веществ в жидкой форме сопротивляться течению сверху вниз под собственным весом благодаря молекулярному взаимодействию. Есть два вида данной характеристики:
- Динамическая. Это густота в стандартных условиях, без внешнего давления и при температурах окружающей среды от +18 градусов Цельсия до +22. Значение понижается при увеличении температурных показателей и возрастает по мере повышения давления. Измерения проводятся в рамках Международной системы единиц (СИ) в паскаль-секундах (сокращённо Па·c).
- Кинетическая (кинематическая). Это вязкость, которая определяется при изменении внешних условий – под давлением, при увеличении температуры. Единица измерения – либо квадратный метр в секунду (м2/с), либо Стокс (Ст). Кинетическую вязкость проверяют, чтобы понять, как жидкое вещество будет вести себя при различных условиях использования.
Чаще всего измеряют вязкость динамическую. Кинематическая обязательно изучается при проверке качества топлива и машинных масел, которые эксплуатируются в разных условиях.
Типы вискозиметров
По областям использования они делятся на:
- лабораторные, используемые в специализированных лабораториях;
- мобильные, которые подходят для домашних или походных условий;
- медицинские, применяемые для диагностики;
- промышленные, которые используются при различных производствах.
По диапазону температур измеряемых материалов приборы классифицируются на высокотемпературные и низкотемпературные. Первые производятся из термостойких материалов, их можно использовать при температурных значениях от -60 до +2000℃. Вторые работают при обычных условиях.
По анализируемым веществам вискозиметры делятся на специализированные и универсальные. Первыми измеряют вязкость определённых составов, например, только нефтепродуктов. Вторые же подходят для разных жидкостей.
Виды вискозиметров
Ротационные
Если рассматривать ротационный вискозиметр, принцип работы такого оборудования следующий. В конструкции предусмотрено два имеющих общую ось и вращающихся цилиндра, полусферических резервуара или конуса. Наружная ёмкость заполняется исследуемой жидкостью. Внутренний шпиндель принудительно вращается. По скорости его вращения (количеству сделанных за единицу времени оборотов) и определяется степень вязкости. Полученное значение в Па·c отображается на электронном дисплее.
Плюсы ротационных вискозиметров:
- непрерывный анализ состояния газов, жидких составов;
- достаточно широкий диапазон оцениваемых значений (обычно он расширяется за счёт наличия нескольких вращающихся деталей в комплекте);
- возможность оценки ротационным вискозиметром жидкостей разных температур – в пределах -60-+2000℃.
- оценка вязкости неньютоновских и ньютоновских жидкостей.
Минусы:
- невысокая чувствительность,
- низкая точность при некоторых условиях (с вероятной погрешностью до 4%).
Капиллярные (Оствальда)
Принцип действия капиллярного вискозиметра заключается в вычислении количества жидкого анализируемого вещества, проходящего за промежуток времени по трубкам с заданными сечением и длиной под воздействием меняющегося давления. Устройство включает одну либо несколько ёмкостей, от которых отходят капилляры с узкими проходными отверстиями. По выясненному времени прохождения содержимого по трубкам получают значения вязкости, которые вычисляют по готовым таблицам или по формулам.
Плюсы капиллярных моделей:
- несложная конструкция;
- высокая чувствительность;
- достоверность измерений.
Минусы:
- невозможность измерять вязкость непрерывно;
- хрупкость, крупные габариты капиллярного оборудования;
- неширокий диапазон измеряемых значений.
Вибрационные
Определение вязкости с помощью вискозиметра вибрационного типа основано на показателях резонансной частоты колебаний, которые вынужденно осуществляет зонд, погружаемый в исследуемую среду. Такой параметр напрямую зависит от вязкости жидкого вещества. Замеры проводятся электронным модулем, передаются на дисплей. Такие приборы часто встраиваются в производственные линии на нефтеперерабатывающих предприятиях.
Плюсы:
- лабораторная точность;
- возможность оценивать вязкость в процессе протекающих в материалах химических реакций;
- устойчивость к низким температурам, нагревам.
Минусы:
- сложная конструкция;
- высокая стоимость.
Ультразвуковые
Определение вязкости вискозиметром основано на свойствах ультразвуковых волн. В конструкции предусмотрен датчик (зонд), который с помощью кабеля соединяется с электронным основным блоком. Пластина или стержень зонда создаёт короткие импульсы. По затуханию амплитуды, которое пропорционально вязкости жидкой измеряемой среды, оценивается конечное значение.
Плюсы:
- точные измерения;
- быстрое получение результатов;
- допустимость работы в разных средах: вакууме, химикатах, инертной атмосфере.
Минусы:
- не самый широкий диапазон;
- несовместимость с высокотемпературными материалами.
Вискозиметр Гепплера с падающим шариком
Это трубка из стекла, которая заполняется оцениваемым веществом. Степень вязкости анализируют по скорости падения шарика, который внутри жидкости перемещается сверху вниз под силой своей тяжести. В трубке есть отметки, и по ним оценивается быстрота перемещения предмета.
Плюсы:
- несложная конструкция;
- доступная стоимость;
- удобство исследований негустых, прозрачных веществ.
Минусы:
- сложности при измерении непрозрачных, чрезмерно вязких материалов;
- невозможность осуществлять мониторинг постоянно.
Пузырьковый вискозиметр
Анализ проводится по траектории и скорости всплытия в жидкости пузырька газа. Такое оборудование часто используют в лабораториях, отделах контроля качества на предприятиях химической промышленности.
Плюсы:
- совместимость приборов с самыми вязкими материалами;
- достоверные результаты.
Минусы:
- сложная конфигурация устройств;
- высокая цена.
Чашечный вискозиметр
Измерения основаны на капиллярном способе. Конструкция – воронка либо чаша с узким нижним отверстием. По времени, за которое жидкое содержимое вытекает через такое отверстие, определяется вязкость. Приборы обычно используют при производстве лаков и красок, в том числе в краскопультах.
Плюсы:
- невысокая стоимость;
- простота конструкции.
Минусы:
- невозможность непрерывного анализа.
Вискозиметр Суттарда
В конструкции предусмотрен цилиндр из металла (латуни или меди) с диаметром 5 см. Ёмкость находится на стеклянном, пластиковом либо металлическом основании в форме квадрата со шкалой. Результаты оценивают по диаметру и времени растекания вещества, перемещающегося из цилиндра на основание. Сфера применения – проверка свойств и структуры строительных, отделочных материалов типа герметиков, штукатурок, шпаклёвок, клеев, паст.
Плюсы:
- простое строение прибора;
- возможность смастерить вискозиметр в домашних условиях.
Минусы:
- не очень точные измерения.
Вискозиметр Брукфильда
Измерения проводятся по крутящему моменту, который требуется для вращательного движения шпинделя в заполненном анализируемой жидкостью резервуаре. Такой вид измерительных приборов – самый популярный. Он включен в большинство общепринятых стандартов.
Плюсы:
- универсальное использование;
- точные, достоверные результаты.
Калибровка вискозиметров
Если регулярно использовать вискозиметр, определение им вязкости не будет достоверным без периодических калибровок. Такие процедуры позволяют анализировать точность показаний и их соответствие требованиям.
Калибровка вискозиметров проводится по ГОСТ и с учётом требований производителя, предъявляемым к конкретным типам и моделям устройств. Для проверки достоверности измерений обычно используют либо калибровочные специальные масла, либо эталонные жидкости. Их выпускают производители самих измерительных устройств.
В основе калибровки – выяснение временного периода протекания через оборудование эталонной жидкости или калибровочного масла. При проверке нужно учитывать и корректировать температуру состава и окружающей среды. Для корректировки температурного значения следует применять коэффициент, который указан в сертификате. Таким документом обязательно должен быть снабжён любой калибровочный раствор.
Уход за вискозиметром
- Использование вискозиметра требует определённого ухода за прибором. Он включает такие действия:
- Очистка деталей прибора, контактирующих с жидкостями, от их остатков. Следы можно удалять водой, моющими специализированными средствами или растворителями, в зависимости от изучаемых материалов.
- Осмотры с целью выявления дефектов – сколов, трещин и других повреждений.
- Регулярные калибровки для постоянного поддержания достоверности результатов.
- Проверки электронных частей конструкции: панели управления, нагревателей, дисплея, датчиков.
Как выбрать вискозиметр
- Так как есть разные виды вискозиметров и модели, важно подобрать подходящий прибор. При выборе обращайте внимание на:
- Характеристики вискозиметра. Это диапазон значений, температуры среды, погрешность (возможные отклонения).
- Свойства жидкостей: густота, прозрачность.
- Условия измерений жидкостей: температура материала и окружающей среды, оказываемое давление.
- Сфера применения: в быту, в промышленности, в исследованиях, медицине или других областях.
- Удобство, сложность эксплуатации. Электронные приборы использовать проще, а результаты измерений точнее.
