Вискозиметр ротационный – принцип работы и характеристики + видео

Ротационные вискозиметры

Лекция № 7

Общие требования, назначение и классификация

Ротационные вискозиметры широко применяются почти во всех отраслях пищевой промышленности в технологических лабораториях предприятий, в научно-исследовательских организациях, в учебных заведениях. Вискозиметры служат для контроля качества исходного сырья, полуфабрикатов и готового продукта, а также для контроля технологических процессов.

В вискозиметрах с вращающимися роторами, в особенности при малом зазоре между ними, характер течения продукта близок к простому сдвигу, что упрощает обработку опытных данных. Диапазон материалов, свойства которых контролируются на ротационных вискозиметрах, достаточно широк: сиропы, молоко, бражки, кремы, шоколад и конфетные массы при повышенной температуре, фарши, творожные массы и т.п.

Вискозиметры ротационного типа по сравнению с другими обладают рядом преимуществ, особенно при испытании материалов с большой вязкостью; они надежны в эксплуатации и могут применяться как для экспресс-измерений, так и для непрерывного измерения вязкости с целью регулирования технологического процесса.Обязательным условием процесса измерения является создание и поддержание в рабочем зазоре ламинарного движения продукта. Так как реологические характеристики пищевых материалов в значительной степени зависят от температуры, необходимо обеспечить контроль температуры продукта в измерительном зазоре, а также предусмотреть возможность стабилизации этой температуры. Конструкция вискозиметра должна удобной в работе, обеспечивать простоту заправки и очистки измерительного зазора.

Для получения достоверных данных необходимо, чтобы вискозиметр обладал высокой степенью надежности в работе. Обязательным требованием, предъявляемым к ротационным вискозиметрам, особенно индивидуального изготовления, является метрологическая обеспеченность поверки характеристик прибора.

Наряду со многими достоинствами ротационные вискозиметры имеют и недостатки, вызываемые тепловыделениями в слое испытуемой пищевой массы, находящейся в узком кольцевом зазоре. Поэтому необходимо работать в условиях, при которых выделение теплоты заведомо ничтожно, либо пользоваться методами пересчета экспериментальных данных с учетом тепловыделений.

Вязкость η (в Па•с) продукта при сдвиге и момент на бесконечно длинном роторе связаны следующим образом:

где Μс – момент сил сопротивления на внутреннем роторе, Нм;

К – коэффициент, зависящий от геометрических размеров и формы поверхностей, соприкасающихся с продуктом, м -3 ;

ω – угловая скорость внутреннего цилиндра, с -1 .

Из уравнения следует, что для определения вязкости продукта необходимо знать Μс, К, ω. Обычно для данного типоразмера воспринимающего элемента вискозиметра коэффициент К известен; задаются ω и определяют момент на воспринимающем элементе при помощи чувствительного элемента или задаются Μс (например, при помощи падающих грузов) и определяют угловую скорость.

Семейство ротационных вискозиметров включает в себя системы с соосными цилиндрами, конусами, сферами и некоторыми другими поверхностями вращения. Помимо типа рабочих поверхностей (цилиндры, конусы и др.), ротационные вискозиметры отличаются друг от друга также устройствами для измерения момента вращения. В последнее время для изучения биологических жидкостей стали применяться приборы в которых внутренний цилиндр свободно плавает в испытуемой жидкости. Передавая к этому цилиндру момент вращения с помощью магнитного поля или через промежуточную жидкость, по его угловой скорости можно оценивать вязкость. Известны приборы для определения вязкости по скорости затухания колебаний. Среди них назовем ультразвуковые вискозиметры. Измерительным элементом их служит металлическая пластина, совершающая возвратно-поступательное движение с ультразвуковой частотой. К ним относится один из первых приборов для измерения вязкости, сконструированный Кулоном. В приборе Кулона вязкость оценивалась по затуханию колебаний в жидкости цилиндра, подвешенного на упругой нити. В лабораторной практике вязкость иногда оценивают по скорости движения шарика в жидкости. Если используется метод падения шарика, то измеряют его скорость ω, и вязкость вычисляют по уравнению Стокса:

Разновидности вискозиметров (+ 3 видео)

Для измерения вязкости различных жидкостей используется вискозиметр ротационный и другие приборы для оценки проницаемости среды. Измерениям подлежит как динамическая, так и кинематическая вязкость различных текущих веществ и даже газов.

Для вискозиметрии используются следующие виды приборов:

  1. Капиллярные устройства. Обычно снабжены высокоточным таймером, принцип работы связан с фиксацией времени протекания жидкости через тонкую трубку известного диаметра. Рядом располагается широкая трубка, по которой жидкость перемещается без капиллярного эффекта. Как правило, вытекание по обеим трубкам происходит под действием силы тяжести (то есть выпускные патрубки располагается внизу емкости), но возможно и искусственное нагнетание давления. Измеренная капиллярными вискозиметрами вязкость точно пропорциональна разнице скорости истечения среды по капилляру и широкому патрубку. Данные приборы сравнительно просты, но громоздки. Их с успехом применяют для замеров коэффициентов вязкости от 8-10 мкПа∙с (что соответствует газам) до 10-12 кПа∙с (текучие жидкости). Для вязких жидкостей и смесей с комками капиллярное измерение не годится – краска или густая известковая побелка попросту не вытекут через тонкую трубку. Наиболее известный прибор капиллярного типа – вискозиметр Уббелоде.
  2. Механические вискозиметры. Представляют целый набор оригинальных и даже остроумных устройств с различным принципом работы. Например, измерители пузырькового типа функционируют на основе всплывающих в жидкости пузырьков газа, причем замерам подлежит не только время «всплытия», но и траектория движения. Интересны приборы с вибрирующим зондом – подбирая колебания лопастей зонда, можно ввести их в резонанс с собственной частотой среды. Тем самым снимаются значения как вязкости, так и плотности жидкости. Механическое оборудование пузырькового и резонансного типа для измерения вязкости применяется в точных лабораторных исследованиях и в быту практически не встречается. Более простые и доступные устройства для оценки вязкости работают на основе принципа, изобретенного еще великим Галилеем. Внутри емкости с жидкостью имеется своеобразная кабинка-лифт, в которую помещен обычный шарик. При отвесном падении этого шарика время его погружения до контактной площадки можно вычислить с высокой точностью, что равноценно измерению вязкости среды. Наиболее известным «шариковым» прибором является вискозиметр Гепплера.

Однако наибольшее распространение за счет малой погрешности, компактности, универсальности и бюджетной доступности получил ротационный прибор. Принцип его действия и популярные модификации этого прибора опишем отдельно.

Фото вискозиметра ротационного, krasnodar.all.biz На фото — работа ротационным вискозиметром, biolight.ru Фото ротационного вискозиметра, ulab.com.ua На фото — ротационный вискозиметр RheoStress, granat-e.ru Фото схемы работы ротационного вискозиметра, tech-e.ru

Ротационный вискозиметр – принцип работы и разновидности прибора

В приборах ротационного типа имеется два тела вращения – корпус в виде цилиндра и встроенный в него конус или сфера. Внутренняя часть прибора (сфера или конус) движется с известной скоростью, для чего служит электропривод. Пространство между двумя телами вращения заполняется исследуемой жидкостью. Существует четкая зависимость между сопротивлением измеряемой среды и достигаемой скоростью углового вращения, эта зависимость фиксируется приборами и может сразу же выводиться на контрольную панель.

Именно так устроен наиболее простой ротационный вискозиметр Брукфильда. Его ротор сопряжен с асинхронным электродвигателем, закрепленным на станине снаружи. Конструктивное решение схоже с обыкновенной самодельной бетономешалкой – причем вполне допустимо измерять ротационными приборами вязкость таких тяжелых и густых субстанций, как цементный раствор или густая побелка. Известны вискозиметры с различными телами для внутреннего вращения. Ими могут служить не только классические конусы и сферы, но и диски, пластины и цилиндры.

Величина оставляемого зазора между телом вращения и неподвижной стенкой варьируется в пределах нескольких миллиметров для ощутимой силы трения между жидкостью и корпусом. Точно градуированный электродвигатель вращает внутренний ротор, специальные датчики измеряют силу сопротивления этому вращению. Как правило, фиксирующая аппаратура размещается на внутренней стороне неподвижного корпуса. Чем больше датчиков, тем точнее прибор и выше его стоимость.

Диапазон измерений у ротационных вискозиметров начинается от тысяч [Па*сек] и достигает миллионов [Па*сек]. Важным параметром является допустимая скорость вращения ротора – она может быть ничтожно малой, от 1 полного оборота за две минуты, и достигать двойного умножения частоты стандартной электросети (то есть 100 оборотов в минуту). Если верхний предел в 100 Герц реализуется достаточно просто, то миниатюрная скорость углового вращения свойственна вискозиметрам высокого класса точности и весьма ощутимой стоимости.

Из недостатков ротационных конструкций можно отметить неизбежный износ вращающихся частей, который накладывает отпечаток на корректность снимаемых показаний.

Именно поэтому приборы с медленным вращением ценятся выше – они медленнее изнашиваются и дольше служат по назначению без замены роторов и осей. Кроме того, приводимая в движение жидкость в зазоре должна обладать ламинарным течением. Когда ее течение становится турбулентным (опять же, при высоких скоростях вращения внутреннего конуса или сферы), фиксируемые показатели вязкости будут совершенно неточными.

Как корректируется измеренная вязкость?

Мало выяснить вязкость жидкости посредством ротационного, механического или капиллярного вискозиметра. Данная характеристика субстанции вполне подлежит корректировке, что известно любому отделочнику или ремонтнику. Излишне жидкий раствор для штукатурки «течет» и не держится на вертикальных поверхностях, а слишком «крутой» не сможет проникнуть в глубокие трещины и выбоины.

Читайте также:  Приспособления для ручного фрезера и использование станка + видео

Если штукатур устраняет такие проблемы самостоятельно и без всяких приборов (попросту добавляя в раствор цемент, гипс или алебастр), то для модификации показателей вязкости красок, лаков, грунтовок, трансмиссионных и гидравлических масел ремонтных жидкостей используются иные методы:

  • Полибутен – классическая присадка для уменьшения густоты, сейчас почти не используется;
  • Полиметилакрилатные добавки эффективно препятствуют образованию кристаллов воска, поэтому их применяют для достаточной текучести масел и смазок, в том числе в условиях низких температур;
  • Олефиновые полимеры используются в формулах моторных масел, выгодны низкой стоимостью и совместимостью с высокими температурами;
  • Стирольные эфиры актуальны для трансмиссионных масел, в том числе для энергосберегающих двигателей внутреннего сгорания и автоматических коробок передач;
  • Стирол-диеновые полимеры отличаются максимальной широтой температурного диапазона – их присутствие позволяет составу не застывать в мороз и не разжижаться в жару.

Разумеется, все перечисленные модификаторы применяются для корректировки вязкости в заводских условиях, при наличии лабораторных комплексов и испытательных стендов в химико-лакокрасочном производстве. Однако само наличие в составе приобретаемой продукции модификаторов вязкости может быть действенной подсказкой при разбавлении ценной акриловой краски или дорогостоящего лака. В других же случаях собственноручного ремонта лучше не играть в «юного химика» и купить новую банку масла или гидравлической жидкости вместо экспериментов со старой упаковкой. Токсичность и взрывоопасность таких «игр» могут быть куда реалистичнее, чем виртуальная экономия.

На фото — штативы для ротационного вискозиметра, simas.ru Фото принципа работы вискозиметра ротационного, sankt-peterburg.oboobo.ru На фото — ротационные вискозиметры, nocnt.ru Фото ротационного вискозиметра Rheotest RV, mgutm.ru На фото — вискозиметры ротационные, avrora-lab.com

Поделитесь с друзьями в соц.сетях

Один комментарий

Много грубых ошибок при описании ротационного вискозиметра Брукфильда.
1. в качестве «тел для внутреннего вращения» сферы не применяются. Применяются полусферы и то в ранних экспериментальных случаях. Это совсем не КЛАССИКА. Классика — цилиндры и конусы с плоскостью.
2. Утверждение, что в «Брукфильдах» используется АСИНХРОННЫЙ двигатель — ложно. Ранее — СИНХРОННЫЙ двигатель с мех.редуктором, в настоящее время ШАГОВЫЕ двигатели.
3. «Диапазон измерений у ротационных вискозиметров начинается от тысяч [Па*сек] и достигает миллионов [Па*сек]» — это абсолютно неверно. Диапазон — от ЕДИНИЦ милиПа*С (0.001Па*С) и далее по тексту…
4. «…скорость вращения ротора – она может быть ничтожно малой, от 1 полного оборота за две минуты, и достигать двойного умножения частоты стандартной электросети (то есть 100 оборотов в минуту). Если верхний предел в 100 Герц реализуется достаточно просто, то миниатюрная скорость углового вращения свойственна вискозиметрам высокого класса точности и весьма ощутимой стоимости.»
УЖАС. Автор, видимо не знаком с понятием ЧАСТОТЫ и «месит» полную кашу…
100 об/минуту = 100/60секунд=1.6(6)об/сек. Частота 100Гц- это 100 колебаний в СЕКУНДУ, а в минуту это будет 6000! У автора всё едино! При вращении на скоростях более 2000 об/мин возникает ТУРБУЛЕНТНОСТЬ в потоке измеряемой жидкости (эффект Рейнольдца), а ТРЕБУЕТСЯ ЛАМИНАРНОЕ течение — КЛАССИКА.
5. Достижение скорости 0.01 об/мин и много ниже НИКОГДА не представляло проблемы — редукторы, микрошаговый режим у шаговых двигателей. У автора: «…миниатюрная скорость углового вращения свойственна вискозиметрам высокого класса точности и весьма ощутимой стоимости.»
ПОЗОР Автору или ПЛАГИАТОРУ, дурящих людей небылицами!

Ротационный вискозиметр – измеряем вязкость правильно!

Для измерения вязкости разных жидкостей применяется вискозиметр ротационный и прочие устройства для оценки проницаемости среды.

Измерениям подлежит как динамическая, так и кинематическая вязкость разных текущих веществ а также газов.

1 Разные варианты вискозиметров

Для вискозиметрии применяются такие варианты приборов:

  1. Капиллярные устройства. В большинстве случаев снабжены точным таймером, рабочий принцип связан с фиксацией времени протекания жидкости через тонкую трубку известного диаметра. Рядом размещается широкая трубка, по которой жидкость передвигается без капиллярного эффекта. В основном, вытекание по обоим трубкам выполняется под воздействием силы тяжести (другими словами выпускные отрезки трубы размещается внизу емкости), но можеть быть и искусственное нагнетание давления. Измеренная капиллярными вискозиметрами вязкость определенно пропорциональна разнице скорости прошествия среды по капилляру и широкому отрезку трубы. Эти приборы сравнительно просты, но громоздки. Их успешно используют для замеров коэффициентов вязкости от 8-10 мкПа•с (что отвечает газам) до 10-12 кПа•с (текучие жидкости). Для вязких жидкостей и смесей с комками капиллярное измерение не годится – краска или насыщенная известковая побелка просто не вытекут через тонкую трубку. Самый известный прибор капиллярного типа – вискозиметр Уббелоде.
  2. Механичные вискозиметры. Представляют целый комплект неповторимых а также остроумных устройств с самым разнообразным рабочим принципом. К примеру, измерители пузырькового типа функционируют на основе всплывающих в жидкости пузырьков газа, причем замерам подлежит не только время “всплытия”, но и траектория движения. Интересны устройства с вибрирующим зондом – выбирая колебания лопастей зонда, можно ввести их в отклик со своей частотой среды. Таким образом убираются значения как вязкости, так и плотности жидкости. Механическое оборудование пузырькового и резонансного типа для измерения вязкости применяется в точных лабораторных исследованиях и в бытовых условиях фактически не встречается. Более обыкновенные и доступные приспособления для оценки вязкости работают на основе принципа, изобретенного еще великим Галилеем. В середине емкости с жидкостью есть специфическая кабинка-лифт, в которых помещен традиционный шарик. При отвесном падении этого шарика время его погружения до контактной площадки можно определить очень точно, что равноценно измерению вязкости среды. Самым известным “шариковым” прибором считается вискозиметр Гепплера.

Однако самое большое распространение за счёт небольшой неточности, компактности, многофункциональности и бюджетной общедоступности получил ротационный прибор. Принцип его действия и распространенные вариации данного прибора объясним по отдельности.
Фото вискозиметра ротационного, krasnodar.all.biz

На фото — работа ротационным вискозиметром, biolight.ru

Фото ротационного вискозиметра, ulab.com.ua

На фото — ротационный вискозиметр RheoStress, granat-e.ru

Фото схемы работы ротационного вискозиметра, tech-e.ru

2 Ротационный вискозиметр – рабочий принцип и разные варианты прибора

В приборах ротационного типа есть два тела вращения – корпус в качестве цилиндра и встроенный в него конус или сфера. Внутренняя часть прибора (сфера или конус) двигается с популярной скоростью, для чего служит электрический привод. Свободное место между 2-мя телами вращения наполняется исследуемой жидкостью. Есть четкая зависимость между сопротивлением среды которая измеряется и достигаемой скоростью углового вращения, эта зависимость крепится устройствами и может тут же выводиться на контрольную панель.

Собственно так устроен самый обычный ротационный вискозиметр Брукфильда. Его ротор соединен с асинхронным электрическим двигателем, закрепленным на станине с наружной стороны. Хорошее решение похоже с обыденной самодельной бетононьеркой – причем допускается мерить ротационными устройствами вязкость подобных тяжёлых и густых субстанций, как раствор из цемента или насыщенная побелка. Известны вискозиметры с разными телами для внутреннего вращения. Ими служить могут не только традиционные конусы и сферы, но и диски, пластины и цилиндры.

Значение оставляемого зазора между телом вращения и неподвижной стенкой меняется в пределах нескольких миллиметров для ощутимой силы трения между жидкостью и корпусом. Определенно калиброванный электрический двигатель вращает внутренний ротор, специализированные датчики измеряют силу сопротивления этому вращению. В основном, фиксирующая аппаратура располагается на внутренней стороне неподвижного корпуса. Чем больше датчиков, тем точнее прибор и выше его стоимость.

Диапазон измерений у ротационных вискозиметров стартует от тысяч [Па*сек] и может достигать миллионов [Па*сек]. Основным параметром считается допустимая скорость вращения ротора – она может быть ничтожно небольшой, от 1 полного оборота за 120 секунд, и достигать двойного перемножения частоты типовой электрической сети (другими словами 100 оборотов за минуту). Если верхний предел в 100 Герц реализовывается очень просто, то очень маленькая скорость углового вращения характерна вискозиметрам высокого класса точности и очень ощутимой стоимости.

Из плохих качеств ротационных конструкций можно подчеркнуть неминуемый износ вращающихся частей, который отпечаток накладывает на корректность снимаемых показаний.

Благодаря этому устройства с небыстрым вращением ценятся выше – они очень медленно снашиваются и длительнее служат по направлению без замены роторов и осей. Более того, приводимая в движение жидкость в зазоре должна владеть ламинарным течением. Когда ее течение становится турбулентным (снова же, при высоких скоростях вращения внутреннего конуса или сферы), фиксируемые показатели вязкости будут абсолютно неточными.

3 Как корректируется измеренная вязкость?

Мало выяснить вязкость жидкости при помощи ротационного, механического или капиллярного вискозиметра. Эта характеристика субстанции вполне подлежит корректировке, что ведомо любому отделочнику или ремонтнику. Ненужно жидкий штукатурный раствор “протекает” и не удерживается на поверхностях размещенных вертикально, а через чур “крутой” не сможет попасть в глубокие трещины и вмятины.

Читайте также:  Плоская отвертка – выбор и использование инструмента, переделки + видео

Если штукатур ликвидирует подобные проблемы собственными силами и без разных приборов (просто добавляя в раствор цемент, гипс или алюбастр), то для вариации показателей вязкости красок, лаков, грунтовочных смесей, трансмиссионных и гидравлических масел строительных жидкостей применяются другие способы:

  • Полибутен – традиционная добавка для уменьшения густоты, теперь практически не применяется;
  • Полиметилакрилатные добавки успешно мешают появлению кристаллов воска, благодаря этому их используют для достаточной текучести масел и смазок, также при низкой температуре;
  • Олефиновые полимерные материалы применяются в формулах моторных масел, удачны малой ценой и совместимостью с большими температурами;
  • Стирольные эфиры популярны для трансмиссионных масел, также для энергосберегающих двигателей внутреннего сгорания и автоматизированных коробок передач;
  • Стирол-диеновые полимерные материалы выделяются самой большой широтой температурного диапазона – их присутствие позволяет составу не застывать в холод и не разжижаться в жару.

Конечно, все перечисленные модификаторы используются для корректировки вязкости на производстве, если есть наличие лабораторных комплексов и испытательных стендов в химико-лакокрасочном производстве. Однако само наличие в составе приобретаемой продукции модификаторов вязкости может быть действенной подсказкой при разбавлении ценной краски на основе акрила или очень дорогого лака. В иных же случаях собственноручного ремонта не стоит играть в “юного химика” и приобрести новую банку масла или гидравлической жидкости взамен опытов с устаревшей упаковкой. Ядовитость и взрывоопасность подобных “игр” могут быть куда реалистичнее, чем виртуальная экономия.

На фото — штативы для ротационного вискозиметра, simas.ru

Фото рабочего принципа вискозиметра ротационного, sankt-peterburg.oboobo.ru

На фото — ротационные вискозиметры, nocnt.ru

Фото ротационного вискозиметра Rheotest RV, mgutm.ru

На фото — вискозиметры ротационные, avrora-lab.com

5. Устройство и принцип работы ротационного вискозиметра.

На рисунке 5.1. изображен вискозиметр ПОЛИМЕР РПЭ-1М. Прибор предназначен для экспресс-анализа вязкости в заводских и лабораторных условиях. Вискозиметр обеспечивает измерение вязкости в диапазоне доПа·с с воспринимающими элементами типа «цилиндр-цилиндр», а так же способным работать с воспринимающими элементами «конус-плоскость», рифлеными элементами «цилиндр-цилиндр» и др. Прибор имеет три модификации.

Вискозиметр, применяемый в данной лабораторной работе имеет модификацию ПОЛИМЕР РПЭ-1М.2Э и имеет диапазон измерения доПа·с.

Рис.5.1. Вискозиметр ротационный ПОЛИМЕР РПЭ-1М

Рис. 5.2. Общий вид прибора.

На рисунке 5.2. представлен общий вид вискозиметра. Для установки значения скорости сдвига предназначен цилиндрический переключатель 4 слева, значения геометрического коэффициента прибора – цилиндрический переключатель 4 справа, кнопка пуска/останова прибора расположена под цифровым индикатором. Цифровой индикатор предназначен для отображения рассчитанной вязкости в ед. СИ. Для поддержания постоянной температуры материала 7 вискозиметр оборудован термостатирующей камерой 9, в которую помещаются наружный 8 и внутренний 6 цилиндры. Размеры цилиндров приводятся в табл. 5.1., эскизы помещены в приложении 1. рис.3.

Табл. 5.1. Размеры воспринимающих элементов

Обозначение системы воспринимающих элементов

Внутренний диаметр наружного цилиндра, мм

Наружный диаметр внутреннего цилиндра, мм

Длина измерительной поверхности внутреннего цилиндра, мм

Привод прибора (рис.5.3.) состоит из электродвигателя постоянного тока 4, коробки скоростей 2, датчика скорости и вала 15. Электродвигатель 4 развивает на выходном валу скорость от 10,5 до 334,9 рад/с (100-3200 об/мин) в зависимости от напряжения, поступающего с регулятора скорости.

Рис. 5.3. Привод прибора.

Принцип действия вискозиметра основан на измерении момента сопротивления сдвигу испытываемого материала, помещенного в зазор между воспринимающими элементами, при вращении одного из них (внутреннего) с постоянной угловой скоростью, путем преобразования угла закручивания упругого элемента во временной интервал, пропорциональной вязкости.

Вискозиметр приводится в движение двигателем, питающимся от блока питания, регулирования скорости осуществляется коробкой скоростей. Привод прибора обеспечивает получение двенадцати фиксированных скоростей вращения ротора – табл. 5.2.

На валу двигателя установлен датчик скорости. Он представляет собой диск 8 со 180-ю отверстиями по окружности, жестко закрепленный на валу электродвигателя 4. При вращении диска его край с отверстиями проходит в зазоре оптронной пары 3 фотодатчика, вырабатывающего электрические импульсы, частота которых пропорциональна скорости вращения. Импульсы поступают на вход фотодиода и передаются на регулятор скорости.

Внизу, на валу коробки скоростей установлена шторка, которая проходит в зазор оптронной пары фотоэлементов 13. Ниже следует ограничитель 10, к которому прикреплен упругий элемент – спиральная пружина 11 (торсион). Нижняя часть пружины крепится к упору 12 установленном на выходном валу 15. На валу (после пружины) имеется вторая шторка, которая так же входит в зазор оптронной пары 14. Эти две шторки с двумя оптронными парами составляют датчик угла закручивания пружины установленной между ними.

При наличии вязкого трения в зазоре между цилиндрами происходит деформация упругого элемента и шторки разворачиваются друг относительно друга на некоторый угол, в результате импульсы с фотодатчиков, перекрываемых шторками, поступают с интервалом во времени, пропорциональному моменту сопротивления, т.е. вязкости жидкости.

Кинетическая схема прибора находится в приложении 1, рис.1.

Ротационные вискозиметры

Ротационные вискозиметры или вискозиметры с коаксиальными цилиндрами состоят из двух соосных вертикальных цилиндров, между которыми помещается испытуемая жидкость. Электромотором или падающим грузом один из цилиндров приводится во вращение. Исследуемая жидкость оказывает вязкое сопротивление его вращению и передает движение второму цилиндру. У некоторых типов приборов вращается внутренний цилиндр, а у других — внешний.

В зависимости от способа монтирования второго цилиндра ротационные вискозиметры делятся на две группы: с неподвижным цилиндром и торсионные вискозиметры.

14)

— угловая скорость. У торсионных вискозиметров внутренний цилиндр подвешен на упругой нити. Движение жидкости вызывает закручивание цилиндра на угол, при котором момент упругих сил, возникающих при закручивании нити, уравновешивается моментом сил внутреннего трения вращающейся жидкости. Угол поворота цилиндра

А. Ф. Добрянский, А. П. Сиверцев и И. Я. Фридман применили для исследования вязкости минеральных масел при низких температурах прибор с очень малым зазором между цилиндрами1, что позволило не заполнять дна прибора жидкостью и тем самым исключить поправки на дно. Аналогичный принцип использован Заалем и Коэнсом в приборе для исследования битумов.

Следует, однако, отметить, что ошибки от краевых эффектов у вторичных ротационных вискозиметров с длинными и узкими цилиндрами не оказывают значительного влияния на измерения вязкости высоковязких веществ, но они снижают скорости, при которых соблюдается пропорциональность между крутящим моментом и угловой скоростью или угловой скоростью и углом закручивания цилиндра. Таким образом, дефекты прибора сокращают ламинарную область течения.

Специфический недостаток торсионных вискозиметров заключается в остаточной неупругой деформации, присущей нити подвеса. Плавленый кварц является наиболее подходящим материалом для нити, так как обладает высокой и постоянной упругостью, но эти свойства присущи ему только в тонких нитях. Поэтому кварцевые подвесы применяются лишь для небольших цилиндров. Для тяжелых цилиндров используется стальная проволока и проволока из фосфористой бронзы.

М. П. Воларович разработал несколько модификаций ротационных вискозиметров с неподвижным цилиндром . Наиболее совершенным является вискозиметр РВ-7 с неподвижным внешним цилиндром .

Этот прибор рекомендуется М. П. Воларовичем для определения динамической вязкости минеральных масел при температурах от + 10° до—60°, дизельных топлив при температурах ниже —30° и битумов при температурах от +20° до +160°. Измерения вязкости могут производиться в пределах от 5 до Ы07 пуаз. Одновременно прибор служит для определения предельного напряжения сдвига в интервале от 50 до 105 дн/см2. Вискозиметр РВ-7 применяется как первичный и как вторичный вискозиметр.

Схема вискозиметра представлена на фиг. 43. Прибор состоит из внешнего неподвижного цилиндра 2 и внутреннего вращающегося цилиндра 7, приводящегося в движение падающими грузами, привешенными к двум нитям (одна нить на схеме не показана), намотанными на шкив б. Прибор снабжен хорошей термоизоляцией 16. В пространство между нею и внешним цилиндром

помещается охлаждающая смесь или термостатная жидкость. В термостат вмонтирован электрический нагреватель, позволяющий поднимать температуру до 160°. Для измерения температуры служат три термопары 14, вмонтированные в наружный цилиндр. При измерении вязкости определяется время вращения внутреннего цилиндра с помощью стрелки 9 и шкалы 10.

Вязкость в пуазах вычисляется по следующей формуле:

где А, В и С — постоянные для данного прибора; Л — глубина погружения цилиндра.

Предельное напряжение сдвига О в дн/см вычисляется по формуле

где р0 — минимальный вес груза, при котором начинается с увеличением нагрузки вращение внутреннего цилиндра; Рг — трение подшипников: Кг —константа прибора для предельного напряжения сдвига.

Ротационный вискозиметр М. П. Воларовича с неподвижным внутренним цилиндром применяется для определения вязкости битумов и некоторых других высоковязких нефтепродуктов. Прибор позволяет измерять вязкости до 108 пуаз.

Читайте также:  Талреп вилка-вилка – хотите узнать все об этом приспособлении? + видео

Устройство прибора ясно из фиг. 44.

В лабораториях некоторое применение находит ротационный вискозиметр Штормера, в котором внутренний цилиндр приводится во вращение постоянным падающим грузом . Прибор калибруется эталонными жидкостями, и по скорости вращения цилиндра в испытуемой жидкости вычисляется ее вязкость.

Этот прибор обладает принципиальными недостатками, которые не позволяют пользоваться им в качестве абсолютного вискозиметра. Движение жидкости во время определения носит турбулентный характер, чему способствуют тормозные перегородки, установленные на дне цилиндра, и кожух для термометра, смонтированный между цилиндрами.

В последнее время вискозиметр был усовершенствован С. С. Воюцким и Р. М. Панич . Они удалили перегородки и кожух для термометра, что позволило отодвинуть порог турбулентности, а также производили измерение не с постоянным грузом, а с набором грузов, что дало возможность проверить правильность работы модифицированного прибора.

Вискозиметр Гатчека (фиг. 45) применяется для измерения вязкости маловязких жидкостей. Он состоит из внутреннего цилиндра 7, подвешенного на упругой нити 2 к массивному штативу 3. Специальные охранные приспособления 4 и 5 предохраняют от искажающего влияния концов цилиндра. Внешний цилиндр приводится в равномерное вращение посредством шкива 7. Угол поворота внутреннего цилиндра регистрируется по отражению луча света от зеркальца 8. Для вычисления вязкости необходимо знать сопротивление кручению подвеса. Предельный угол поворота цилиндра 7 регулируется стопорным устройством 6.

Описание других ротационных вискозиметров можно найти в монографиях М. М. Кусакова , Л. С. Блоха и А. Ф. Добрянского , Барра и Гатчека .

Вискозиметр. Замеряем вязкость лакокрасочных составов

Вискозиметрия – раздел измерительной техники, отвечающий за выяснение вязкости различных веществ – широко распространена в машиностроении и металлообработке с целью измерения вязкости масел и технологических смазок. Но в строительстве без вискозиметров также не обойтись: например, для уточнения вязкости лаков и красок. От этого зависит надёжность работы краскопультов и иной подобной техники.

Основы строительной вискозиметрии

Различают динамическую и кинематическую вязкость. Первая является мерой сил сдвига, которые надо приложить к контактирующим между собой плоским поверхностям, покрытым какой-либо жидкостью, чтобы сдвинуть их относительно друг друга. Вторая есть частное от деления динамической вязкости на плотность жидкости. Понятно, что повышенную наглядность о свойствах краски даёт именно значение её кинематической вязкости. Методы определения кинематической вязкости регламентируются ГОСТ 33-78, для чего разработана целая гамма соответствующих приборов — вискозиметров серий ВПЖ (ВПЖ-1, ВПЖ-2, ВПЖ-4), ВНЖ и ВПЖМ (ГОСТ 10028-77). Все конструкции вискозиметров обязаны определять кинематическую вязкость так называемых ньютоновских жидкостей, для которых сопротивление сдвигу прямо пропорционально скорости скольжения контактируемых поверхностей.

В системе СИ мерой кинематической вязкости является м 2 /с, однако часто пользуются более мелкой производной единицей 1мм 2 /с, называемой сантистоксом (сСт).

Иногда вязкость традиционными способами установить невозможно. Тогда устанавливается так называемая условная вязкость (ВУ). Единица «градус ВУ» по ГОСТ 6258-82 определяется как отношение времени истечения краски при температуре испытания ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды при 20ºС. Условную вязкость измеряют в градусах Энглера ºЕ.

Поскольку краски интенсивно загустевают при пониженных температурах, то их вязкость в этом случае измеряется по технологии, предусмотренной ГОСТ 1929-81, когда определённую порцию краски под давлением перемещают по калиброванному трубопроводу вискозиметра с определённым диаметром, а фактическую вязкость измеряют по нанесённым на стенки меткам. Распространён также ротационный способ, когда краску помещают в замкнутый внутренний объём, и, проворачивая находящийся там цилиндр, получают необходимое значение вязкости.

По принципу действия различают:

  • капиллярные вискозиметры;
  • ротационные вискозиметры;
  • ультразвуковые вискозиметры;
  • с падающим шариком (вискозиметры Гепплера);
  • вибрационные вискозиметры.

Для измерения вязкости краски используются преимущественно приборы первых двух типов. Главным требованием к прибору считается его способность к определению вязкости краски в возможно более широком диапазоне температур.

Капиллярные вискозиметры

Такие приборы (называемые также вискозиметрами Оствальда) используют традиционный способ измерения вязкости для краски, когда определённое количество краски самотёком (под воздействием давления верхний слоёв на нижние) проходит через тарированное отверстие; время истечения определяет вязкость вещества. Чем больше соотношение между диаметрами сосуда и капилляра, тем точнее измерение.

Капиллярные вискозиметры подразделяют на чашечные и погружные. Для работы первых отбирают нужную дозу краски из ёмкости и устанавливают её вязкость в лаборатории. Погружные вискозиметры можно опускать в ёмкость с краской и замерять её вязкость на месте, что быстрее и удобнее.

Капиллярный вискозиметр включает в себя:

  1. Несколько сосудов (капилляров).
  2. Чашку или тарированную ёмкость, снабжённую воронкой для плавного истечения краски.
  3. Штатив.
  4. Хронометр.
  5. Перепускные краны.

Для удобства своего применения корпуса всех капиллярных вискозиметров изготавливаются из легкоочищающихся от краски материалов, штативы имеют высотную регулировку, а подача дозированного объёма краски в ёмкость может быть автоматизирована применением специальных микронасосов.

Достоинством прибора считается его высокая точность, которая не зависит от условий применения, поскольку при перемещении жидкостей по малым капиллярам однородность исследуемой среды не имеет значения, таким образом, отбор краски для определения вязкости можно выполнять произвольным образом, и из любого места.

Недостаток капиллярных вискозиметров – хрупкость капилляров, поэтому их использование непосредственно на стройплощадке не рекомендуется.

Ротационные вискозиметры

Внешне такие приборы (ВЗ-4, ВЗ-246 и др.) напоминают миксер: в полый внешний сосуд цилиндрической формы вставляется внутренний сосуд, также цилиндрический. В частности, в приборе ВЗ-246 внешний сосуд соединён с приводным валом электродвигателя, что позволяет производить его вращение с постоянной скоростью. Внутренний сосуд на гибкой нити подвешен к корпусу прибора. В пространство между цилиндрами заливают краску, после чего включают привод вращения внешнего цилиндра. При вращении краски её слои, соприкасающиеся с поверхностью внутреннего цилиндра, вследствие трения будут передавать вращающий момент на внутренний цилиндр. По интенсивности его вращения можно установить вязкость краски.

Для достижения необходимой точности замеров требуется выполнить ряд условий:

  • замер вращающегося момента возможен только после того, как скорость движения внутреннего цилиндра станет постоянной;
  • класс чистоты поверхностей обоих цилиндров, которые контактируют с краской, должен быть одинаковым;
  • соотношение размеров цилиндров должно быть строго определённым, что учитывается так называемой постоянной ротационного вискозиметра (для каждого прибора она может быть различной, поэтому, результаты, полученные на разных приборах, трудно сопоставить между собой).

Выпускаются и инверсные исполнения ротационных вискозиметров, когда электродвигатель вращает не наружный, а внутренний цилиндр.

Прочие типы вискозиметрических установок

Для измерения вязкости краски можно использовать вибрационные вискозиметры, отличающиеся высокой точностью и стабильностью получаемых результатов. Здесь вязкость определяется по колебаниям зонда, помещаемого в цилиндрическую ёмкость с исследуемой краской. Зонд (в виде тонкого стержня) подвешивается на пружине по своей оси. На образующей зонда размещён колебательный контур, включающий в себя приёмную и передающую катушки индуктивности, которые включены в цепь переменного тока. Возбуждаемые колебания передаются краске, которая также начинает совершать вынужденные колебания. По их амплитуде и частоте судят о плотности и вязкости краски.

Современные конструкции вибрационных вискозиметров оснащаются датчиками температуры, которые позволяют вносить температурные поправки в полученные результаты. Чем больше вязкость краски, тем более точным получается измерение. Тем не менее вибровискозиметры непосредственно на стройплощадке использовать затруднительно, т. к. на точность сильно влияет общий уровень вибраций. А он может быть значительным, например, из-за действия пневматического ударного инструмента.

При небольших объёмах краски можно использовать также вискозиметры Гесса, которые позволяют исследовать вязкость крови, и широко используются в медицинской практике. Для красок особо высокой вязкости используются вискозиметры Суттарда, применяемые для определения вязкости гипсового теста, а также в пищевой промышленности.

Как выбрать вискозиметр?

Исходными данными являются:

  1. Ориентировочный диапазон вязкости краски, который придётся определять.
  2. Требуемая точность полученного результата.
  3. Стабильность замеров.
  4. Возможность оперативного применения выбранного типа вискозиметра в любых условиях.

По параметру точности лидируют вибрационные и капиллярные вискозиметры, которые позволяют установить вязкость с погрешностью соответственно 1,5 и 2%. Несколько более высокую погрешность даёт вискозиметр Гепплера – до 3% — действие которого основано на принципе шарика, падающего в объёме исследуемой краски: вязкость оценивается по времени его падения. Прибор прост и удобен в применении, причём в любых производственных условиях. Наивысшую точность обеспечивают ультразвуковые вискозиметры, которые, однако, требуют и наиболее квалифицированного обслуживания.

При выборе типоразмера ротационного вискозиметра принимают во внимание:

  • точность измерения вязкости;
  • комплектность прибора (количество сменных валов);
  • диапазон скоростей вращения вала;
  • наличие ручного и автоматического режима работы;
  • внешние условия применения (температура и влажность окружающего воздуха);
  • требования к питающей электросети.

Добавить комментарий
×
×