Вискозиметры капиллярного типа применяются для определения вязкости материалов, обладающих относительно небольшой ее величиной: мясокостного бульона, крови и топленого жира, подсолнечных и соевых мисцелл, растворов мыла, миндального, а арахисового масел, кондитерского жира. Капиллярные вискозиметры не имеют недостатка, присущего ротационным вискозиметрам: в капилляре непрерывно подвергается сдвигу вновь поступающая жидкость, и тепловыделения уносятся с материалом, тогда как в ротационных вискозиметрах один и тот же испытуемый материал находится в зазоре вискозиметра в течение всего опыта. Теория капиллярных вискозиметров была разработана несколько позднее, чем теория ротационных вискозиметров.
Одно время отрицали применимость капиллярных вискозиметров для определения реологических свойств материалов при сдвиге, ибо в капилляре происходит неоднородный или менее однородный, чем в ротационных вискозиметрах, сдвиг материала.
В капиллярных вискозиметрах задаются либо постоянным во всех опытах расходом исследуемой жидкости, либо постоянным перепадом давления в капиллярах. В вискозиметрах с постоянным расходом измеряется перепад давления между концами капилляра, в приборе с постоянным давлением – расход материала.
Каждый вискозиметр состоит из следующих частей: емкости для исследуемого материала, калиброванного капилляра, приспособлений для определения и регулирования давления, определения скорости течения (или истечения) материала, определения температуры.
Принцип действия капиллярных вискозиметров основан на непрерывном сдвиге в капилляре вновь поступающей жидкости и постоянном уносе с материалом выделяющейся теплоты. Капиллярные вискозиметры имеют размер капилляра от 0,3 до 0,7 мм, что позволяет измерять вязкость в широком диапазоне. При выборе вискозиметра следует иметь в виду, что время вытекания жидкости должно составлять от 1 до 3 мин. В противном случае точность определения вязкости будет низкой.
Капиллярные вискозиметры можно разделить на три группы:
W цилиндр – поршень
W приборы истечения, постоянного и переменного уровня
К первой группе приборов относятся простейшие вискозиметры, представляющие собой U – образные трубки, в одно из колен которых помещен капилляр (ВПЖ-1, визкозиметр Уббелоде, Оствальда). В вискозиметре Уббелоде, представленном на рисунке 6а, для истечения жидкости необходимо в одном из колен принудительно создавать давление или разрежение. Капилляр в приборе располагается вертикально, что представляет определенные трудности при работе с жидкостями, обладающими значительной вязкостью и поверхностным натяжением. Далее трубки соединяются с атмосферой, и определяется время истечения жидкости из резервуара через капилляр в резервуар. Время истечения отсчитывается при снижении уровня жидкости в трубке с резервуарами от риски m1 до m2. Зная время истечения жидкости, находят измеряемую вязкость.
а – Убеллоде; б – Оствальда; 1 – емкость для измерения количества
протекающей через капилляр жидкости; 2 – капилляр; 3 – емкость для сбора
Рисунок 5 – Капиллярные вискозиметры
Капиллярные вискозиметры ВПЖ (типа Уббелоде) позволяют определять кинематическую вязкость жидкости в диапазоне от 0,6 до 104 мм 2 /с при температуре не выше 100 °С. Измерение вязкости сводится к определению времени истечения через капилляр заданного диаметра определенного количества жидкости из измерительного резервуара.
В вискозиметре Оствальда (рисунок 6б) перетекание жидкости из одного колена в другое происходит под воздействием гидростатического давления из емкости с рисками (m1 – m2) исследуемый материал протекает через капилляр. При работе на вискозиметре Оствальда подбирают такой объем испытуемой жидкости, чтобы после заполнения левого колена до верхней метки в нижней части правой емкости едва выступал мениск жидкости. Прибор помещают в термостат и укрепляют его вертикально. Жидкость термостатируют 20 -25 мин, после чего с помощью резиновой трубочки ее засасывают в левое колено до такого положения, чтобы мениск был на 2 – 3 мм выше верхней метки, и дают жидкости свободно стекать через капилляр. Когда мениск будет на уровне метки, включают секундомер и измеряют время прохождения жидкости между метками. Вязкость на приборах Уббелоде и Оствальда обычно определяют по отношению к известной вязкости стандартной жидкости (вода, касторовое масло, глицерин). Вязкости двух жидкостей, измеренные при равных условиях в одном и том же капилляре, будут относиться как
где η, η – вязкость соответственно стандартной и исследуемой жидкости, Па·с; ρ, ρ – плотность соответственно стандартной и исследуемой жидкости, кг/м 3 ; τ, τ – время истечения соответственно стандартной и исследуемой жидкости, с.от уровня m1 до уровня m2.
Рисунок 6 – Капиллярные стеклянные вискозиметры
На вискозиметре Оствадьда – Фенске (рисунок 6в) можно определять вязкость в пределах от 1 до 8000 мм 2 /с, находя время перемещения материала от уровня m1 до уровня m2.
Вискозиметр Канон – Фенске (рисунок 6г) применяется для определения вязкости непрозрачных материалов. Он имеет набор да одиннадцати капилляров диаметром от 0,3 до 4 мм, что позволяет определять скорость сдвига в пределах от 1 до 20000 с -1 , кинематическую вязкость – в пределах от 0,6 до 10000 мм 2 /с. Испытание заключается в определении времени перемещения материала из емкости 1 через капилляр 2 сначала до уровня m1; а затем до m2 и m3.Постоянные капилляра разные для емкостей 3 и 4, что необходимо учитывать при расчете вязкости. В лабораторной практике используются стеклянные вискозиметры многих авторов, причем во всех приборах перемещение материала происходит или под действием собственной массы, или под действием внешнего вакуума. Общим для всех приборов этого типа является наличие капилляра, устройства для измерения расхода или объема жидкости и системы, обеспечивающей создание гидростатического давления. В качестве капилляра может быть использована, трубка диаметром от долей миллиметра до 2 – 3 мм для измерения вязкости ньютоновских и маловязких неньютоновских жидкостей. Получаемые результаты, как правило, инвариантны, т.е. не зависят от диаметра трубки. Для неньютоновских жидкостей с более высокой вязкостью и вязкопластичных систем диаметр может достигать 10 мм и более, а результаты измерений зачастую зависят от диаметра, т.е. неинвариантны. Термостатирование исследуемой жидкости в приборах занимает 10 – 3 мин, что определяется ее объемом. За это время температура жидкости в приборе достигает температуры жидкости в термостате и восстанавливается структура, т.е. создаются условия, идентичные предыдущему измерению. При кратковременном термостатировании температурные ошибки дают существенные отклонения результатов измерения вязкости от истинных ее значений. Использование избыточного давления при течении жидкости по капилляру создает возможность турбулизации потока, поэтому необходимо проводить проверку на ламинарность по критерию Рейнольдса.
Читать также: Полирование на токарном станке
Вискозиметры ВПЖ-1, ВПЖ-2 и ВПЖ-4 рекомендуется использовать для оценки качества желатина по его вязкости. Измерения следует проводить при температуре 40 °С и концентрации 10 %. Прибор ВПЖ-1 позволяет определять вязкость мелассы и мелассных растворов при изменении температуры от 20 до 120 °С и концентрации сухих веществ от 7 до 79 %. С помощью вискозиметра Оствальда изучалась зависимость вязкости от температуры для мясокостного бульона и технической дефибрированной крови, виноградного сока, а также вязкость водно-спиртовых и водно-спиртово- сахарных растворов. В области температур 40 – 95 °С зависимость вязкости мясокостного бульона от температуры описывается степенным уравнением. С увеличением температуры и уменьшением концентрации сухих веществ вязкость бульона снижается. Например, при концентрации 16 % вязкость равна 6,67·10-3 Па·с, а при 90 °С – 2,69·10-3 Па·с. Вязкость топленого говяжьего жира при температуре 50 °С равна 29·10-3 Па·с, а при 90 °С – 10·10-3 Па·с, вязкость рыбьего жира соответственно равна 11,5·10-3 и 3,7·10-3 Па·с.
Ко второй группе относятся приборы, в которых течение материала происходит за счет, гидравлического, пневматического или механического перемещения поршня в цилиндре. (Визкозиметр типа Арвесон, Азарова и др.).
Такие вискозиметры можно использовать для изучения как ньютоновских, так и неньютоновских материалов.
Вискозиметр типа Арвесон с гидравлическим приводом (рисунок 7а) состоит из цилиндра 5, поршня 3, перемещение которого происходит от нагнетаемой жидкости 2. Привод шестеренного насоса 7 осуществляется от электродвигателя 8. Давление в гидравлической системе контролируется манометром 1. Изучаемая масса 4 при помощи поршня 3 продавливается через капилляр 6, при этом замеряются давление и скорость выпрессовывания. Вискозиметр имеет 8 сменных капилляров из нержавеющей стали. При скорости сдвига 10 с -1 можно определить вязкость в пределах от 2,5 до 104 Па·с, а при скорости 1,5·10 -4 с – от 0,1 до 10 Па·с. Вискозиметр Б.М. Азарова предназначен для изучения реологических свойств высоковязких тестовых и конфетных масс. Он состоит (рисунок 7б) из рамы, системы силового гидравлического привода 1, рабочего цилиндра 2 с рубашкой 3 для термостатирующей жидкости, блока электротензометрической аппаратуры. Гидропривод состоит из насоса высокого давления, масляного бака, силового гидравлического цилиндра, двух дроссельных кранов и манометра. Рабочий цилиндр 2 с днищем 5 снабжен поршнем 6 и капилляром 4. Цилиндр, днище и капилляр имеют водяные рубашки 3, соединенные с термостатом. Электротензометрическая аппаратура состоит из датчика давления, встроенного в днище цилиндра, датчика температуры, установленного в канале капилляра, усилителя и осциллографа. Расход материала определяется при помощи резательного механизма, который представляет собой два электромагнита-соленоида, на сердечниках которых закреплен специальный нож-струна, подвешенный под обрез капилляра.
Рисунок 7 – Вискозиметры с гидравлическим приводом.
Важным преимуществом капиллярной вискозиметрии является возможность моделирования реальных технологических процессов, поэтому эти методы широко используются при исследовании формования выдавливанием, транспортирования по каналам различной длины и формы, а также определения зависимости реологических характеристик продуктов от технологических факторов.
Третья группа – визкозиметры переменного уровня или свободного истечения, приборы, принцип действия которых основан на истечении материала под действием собственной массы. Основным узлом является емкость с расположенной внизу капиллярной трубкой. Расход жидкости поддерживается постоянным, а уровень ее изменяется пропорционально вязкости. Измеряя высоту уровня, находят значение исследуемой вязкости. Одним из приборов переменного уровня является вискозиметр Лейба, который состоит из двух сосудов, расположенных один под другим. Жидкость поступает в верхний сосуд и вытекает по капилляру в нижний с более длинным капилляром. Стационарное состояние устанавливается при определенном гидростатическом столбе жидкости в нижнем сосуде. По высоте этого столба судят о значении вязкости данной жидкости.
Вискозиметры постоянного уровня
(рисунок 
основаны на наблюдении за характером струи жидкости, вытекающей из капилляра, по которому судят о величине вязкости. На определенном расстоянии от сопла-капилляра 1 происходит дробление струи, причем, чем меньше вязкость жидкости, тем меньше расстояние до места дробления. Следящее устройство в виде каретки с фотоэлементом 3 перемешается вдоль трубки 2. При прохождении фотоэлементом точки дробления в цепи меняется фототок, который регистрируется вторичным прибором.
Читать также: Что такое болезни передающиеся половым путем
Рисунок 8 – Вискозиметр постоянного уровня
В заключение рассмотрим три простейших капиллярных вискозиметра истечения – Энглера, Редвуда и Форда, которые хотя и не имеют теоретического обоснования, однако часто применяются в производственных технических лабораториях. К существенным недостаткам приборов относятся короткий рабочий капилляр, переменное гидростатическое давление, неточность распределения термостатирующей жидкости и др. Поэтому их не рекомендуют использовать при научных исследованиях.
Вискозиметр Энглера предназначен для определения относительного времени истечения жидкостей, т.е. для определения вязкости в градусах Энглера. На рисунке 9 дана схема такого вискозиметра марки ОВ-108 (ВНР). Резервуар 5 заполняется испытуемой жидкостью до указателя уровня 7 (около 200 см3). После удаления палочки 2 жидкость вытекает через трубку 9. При этом определяется время вытекания τж. Контрольный опыт проводится на таком же количестве дистиллированной воды с определением времени ее вытекания τж.). Вязкость в градусах Энглера определяется отношением
τж. – определяемое время истечения 200 мл испытуемой жидкости, с;
τж. – время истечения такого же объема дистиллированной воды при 20 °С.
Температура термоcтатирующей жидкости в сосуде 6 поддерживается нагревателем 5, встроенным в дно водяной бани, и регулируется тиристорным регулятором. Для выравнивания температуры имеется мешалка 10 с ручкой 1. Температура измеряется термометрами 3 и 4. Сточная трубка имеет длину 20 мм, верхний диаметр 2,9 мм и нижний – 2,8 мм. Мощность нагревателя 400 Вт. Прибор довольно широко используется для измерения вязкости различных жидкостей в производственных условиях. Для пересчета вязкости в градусах Энглера в единицы динамической вязкости в литературе имеются различные эмпирические формулы, например
где η – динамическая вязкость, Па·с; °Е – вязкость в градусах Энглера; ρ – плотность жидкости, кг/м3.
Рисунок 9 – Вискозиметр Энглера
Вискозиметр Энглера применяли для маловязких пищевых продуктов: мясокостных бульонов, растворов желатина, молочных изделий и т.п. По данным А.А. Соколова, вязкость стандартного раствора клея (17,75 % сухого вещества) при 30 °С находится в пределах от 1,8 до 6 °Е (от 0,01 до 0,045 Па·с). Вязкость мясокостного бульона при этих же условиях равна 2,1 °Е (около 0,013 Па·с). Растворы желатина той же концентрации при 40 °С имеют вязкость от 15 до 40 °Е (от 0,11 до 0,3 Па·с).
Таблица 12 – Виды ошибок капиллярной реометрии
| № п/п | Вид ошибки | Причина возникновения | Способ устранения |
| Систематическое существенное отклонение результатов от известных данных | неточное измерение размеров капилляра, отклонение его формы от идеального цилиндра | замена капилляра; измерение размеров с помощью микроскопа; градуировка по эталонной жидкости | |
| турбулизация потока | уменьшение гидростатического напора или уменьшение диаметра капилляра | ||
| Различное время истечения в последовательных измерениях | непостоянство давления на входе в капилляр | устранение утечек воздуха или жидкости, которые создают гидростатическое давление; увеличение объема ресивера; притирка поршня; ликвидация включений, препятствующих равномерному движению поршня | |
| колебание температуры в термостате | регулировка термостата | ||
| изменение рабочего объема жидкости в стеклянных вискозиметрах | использование одной пипетки | ||
| неполное опорожнение резервуара | учет поверхностного натяжения; создание условий, препятствующих образованию слоя различной толщины на стенках рабочего мерного резервуара | ||
| попадание частиц, уменьшающих живое сечение капилляра | *) фильтрование жидкости | ||
| уменьшение размеров живого сечения капилляра вследствие адгезии (адсорбции) на его поверхности, какой либо фазы измеряемой системы | **) промывка, очистка и высушивание капилляра | ||
| Неустановившееся движение | на начальном участке капилляра эпюра скоростей и градиентов скоростей отличается от теоретической | уменьшение относительного влияния начального участка (lн) путем уменьшения диаметра и средней скорости и увеличения длины капилляра; выполнение условия lн ≥ 0,03 d Rе, более точно lн ≥ φ(n) d Rе, где φ(n) – функция индекса течения. При его значениях 0; 0,285; 0,5; 1,0; 1,5 она равна соответственно 0; 0,02; 0,033; 0,0575; 0,071 | |
| Тепловой эффект | превращение энергии давления в тепловую у высоковязких неньютоновских жидкостей при больших напряжениях сдвига | уменьшение давления и градиента скорости путем увеличения диаметра капилляра (например, животные жиры в мазеобразном состоянии) | |
| Потери кинетической энергии | уменьшение давления за счет кинетической энергии вытекающей струи | уменьшение скорости истечения; увеличение длины и уменьшение диаметра капилляра | |
| Пристенный эффект | проскальзывание вдоль стенки капилляра (грубодисперсные, многофазные системы) | рифление внутренней поверхности; учет явления специальными экспериментами | |
| Входовой эффект | потери давления в местном сопротивлении вискозиметра типа цилиндр – поршень | установка датчика давления на самом капилляре на растоянии lн‹l | |
| Эффект нестационарности | изменения, возникающие в системе (при движении по капилляру) за счет тиксотропии (реопексии), объемного сжатия, расслоения по фазам, что может приводить к переменному градиенту давления по длине капилляра | уменьшение длины, увеличение диаметра капилляра; специальные методы обработки результатов реометрии | |
| *) | Применение бумажных и подобных фильтров, которые могут адсорбировать какой-либо компонент из раствора, недопустимо; для фильтрования используются металлические сита и стеклянные фильтры. | ||
| **) | Эфир, если он долго хранился, может давать маслянистый остаток. |
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Лучшие изречения:
Студент – человек, постоянно откладывающий неизбежность.
10178 – | 7215 – или читать все.
Вискозиметр
(от лат. viscosus — вязкий) — прибор для определения динамической или кинематической вязкости вещества. 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).
Читать также: Перемотка электродвигателей как бизнес
Где используются вискозиметр
Вискозиметры используются для контроля вязкости различных веществ, участвующих в технологических процессах во многих отраслях:
- в медицине приборы используются для измерения вязкости крови человека;
- в фармакологии и косметологии — определение состояния лекарственных препаратов, кремов, мазей и сиропов;
- в пищевой промышленности — анализ напитков, молочных продуктов, меда;
- в химическом производстве — определение вязкости жидких и текучих материалов;
- в строительстве — изготовление лакокрасочных материалов, шпаклевок, клеев, паст.
Постоянно приходится прибегать к регулярному анализу вязкости нефти и продуктов ее переработки в нефтяной отрасли.
Анализаторы вязкости необходимы практически везде, где ведется работа с жидкими текучими материалами, состояние которых должно соответствовать определенным нормам.
Разновидности красок
Принцип действия краскопульта, позволяет ему распылять совершенно любые текучие материалы. На сегодняшний день на рынке представлены десятки производителей красок с тысячами всевозможных вариантов смесей. Разбирать каждый продукт в отдельности нецелесообразно, но мы расскажем о 5-ти основных группах, от которых идут все возможные производные.
Алкидные эмали
. Создаются на основе лака в смеси с различными растворителями, наполнителями и цветными пигментами. Широко применяется для покрытия дерева, металла и даже бетона. В качестве разбавителя алкидной эмали, зачастую используется уайт-спирит.
Виды вязкости. Как определить
Вязкость — это способность веществ сопротивляться собственному течению за счет сил молекулярного взаимодействия.
Различают два вида вязкости:
| Динамическая вязкость. | Это показатель густоты в реальных условиях, при температуре окружающей среды и анализируемого вещества 18-22 °С. Показатель повышается с увеличением давления и снижается при повышении температуры жидкости. Измерения выполняются по системе СИ (Международная система единиц) в Па·с (паскаль-секунда). |
| Кинематическая вязкость. | Измерение проводится при определенном давлении и температуре. Показатель кинематической вязкости соответствует отношению коэффициента динамической вязкости к плотности жидкостей или газов и измеряется в Стоксах (Ст), или метрах квадратных в секунду (м2/с). |
Вязкость может измеряться как за счет гидростатического давления, так и и с помощью искусственно создаваемого внешнего давления.
Таблица 1. Вязкость жидкостей при температуре 20°С.
| В-во | Динамическая вязкость 10-3 кг/(м·с) | Кинематическая вязкость10-6кг/(м2·с-1) |
| Вода | 1,34 | 1,22 |
| Глицерин | 1400 | 1170 |
| Масло трансформаторное | 31,6 | 36,49 |
| Масло оливковое | 84 | 92 |
| Ртуть | 1,59 | 0,114 |
| Спирт этиловый | 1,23 | 1,52 |
| Ацетон | 0,337 | 0,42 |
Капиллярный метод вискозиметрии
Метод капиллярной вискозиметрии опирается на закон Пуазейля о вязкой жидкости, описывающий закономерности движения жидкости в капилляре.
Приведем уравнение гидродинамики для стационарного течения жидкости, с вязкостью η через капилляр вискозиметра:
Q – количество жидкости, протекающей через капилляр капиллярного вискозиметра в единицу времени, м3/с, R – радиус капилляра вискозиметра, м L – длина капилляра капиллярного вискозиметра, м η – вязкость жидкости, Па•с, р – разность давлений на концах капилляра вискозиметра, Па.
Отметим, что формула Пуазейля справедлива только для ламинарного потока жидкости, то есть при отсутствии скольжения на границе жидкость – стенка капилляра вискозиметра. Приведенное уравнение используют для определения динамической вязкости. Ниже размещено схематическое изображение капиллярного вискозиметра.
В капиллярном вискозиметре жидкость из одного сосуда под влиянием разности давлений р истекает через капилляр сечения 2R и длины L в другой сосуд. Из рисунка видно, что сосуды имеют во много раз большее поперечное сечение, чем капилляр вискозиметра, и соответственно этому скорость движения жидкости в обоих сосудах в N раз меньше, чем в капилляре вискозиметра. Таким образом не все давление пойдет на преодоление вязкого сопротивления жидкости, очевидно, что часть его будет расходоваться на сообщение жидкости нопределённой кинетической энергии. Следовательно, в уравнение Пуазейля необходимо ввести некоторую поправку на кинетическую энергию, называемую поправкой Хагенбаха:
где h – коэффициент, стремящийся к единице, d –плотность иссдледуемой жидкости.
Вторую поправку условно назовём поправкой влияния начального участка капилляра вискозиметра на характер движения исследуемой жидкости. Она будет характеризовать возможное возникновение винтового движения и завихрения в месте сопряжения капилляра с резервуаром капиллярного вискозиметра (откуда вытекает жидкость). Суть поправки состоит в том, что вместо истинной длины капилляра вискозиметра L мы вводим кажущуюся длину L’:
n – определяется экспериментально на основе изменений при разных значениях L и примерно равен единице.
Следует учитывать, что при измерении вязкости органических жидкостей с большой кинематической вязкостью поправка Хагенбаха незначительна и составляет доли процента. Если же говорить о высококтемпературных вискозиметрах, то вследствие малой кинематической вязкости жидких металлов поправка может достигать 15%.
Метод капиллярной вискозиметрии вполне можно отнести к высокоточному методу вискозиметрии в силу того, что относительная погрешность измерений составляет доли процента, в зависимости от подбора материалов вискозиметра и точности отсчёта времени, а также иных параметров, участвующих в методе капиллярного истечения.
Типы вискозиметров
По области применения приборы подразделяются на лабораторные, промышленные, медицинские.
По температуре исследуемых веществ различают высокотемпературные устройства, работающие при температуре от -60°С, до +2000°С, и приборы изготовленные из нетермостойких материалов.
По принципу действия приборы бывают:
Ротационные
Представляют собой устройство, состоящее из двух соосных цилиндров, конусов или сфер правильной геометрической формы, выполненных из термостойких материалов. Наружный цилиндр заполняется исследуемой жидкостью. Один из цилиндров вращается, выполняя функцию ротора.
Принцип действия ротационного вискозиметра заключается в определении меры вязкости на основании измерения угловой скорости вращения ротора, создающего на неподвижном цилиндре определенный момент силы.
Приборы используются для анализа вязкости различных сред при температуре от минус 60°С (масла и нефтепродукты), до плюс 2000°С (расплавленный металл).
Преимущества: возможность непрерывного контроля за состоянием жидких или газообразных соединений. Широкий диапазон измерений, от 0,6 мПа, до 3 000 000 мПа.
Недостатки: низкая, чувствительность, узкий диапазон измерений. Погрешность прибора может достигать 4%.
Ротационный измеритель вязкости.
Капиллярные или Отсвальда
Устройства состоят из одного или нескольких резервуаров заданного объема с отходящими круглыми трубками (капиллярами) малого сечения.
Суть метода заключается в определении количества исследуемого вещества, проходящего через капилляры определенной длины и сечения под влиянием перепадов давлений.
Показатели вязкости определяются по расчетам, выполняемым на основании закона Пуазейля.
Капиллярные вискозиметры широко используются для определения вязкости различных расплавов, автомобильных масел и прочих нефтепродуктов.
Преимущества: высокая чувствительность и простота конструкции.
Недостатки: невозможность непрерывных измерений, хрупкость прибора.
Рисунок 4. Капиллярный анализатор вязкости.
Вибрационные
Метод основан на определении измерений резонансной частоты колебаний зонда вискозиметра, погруженного в резервуар. Вязкость определяется по силе колебаний, измеренных с помощью градуировочной кривой вискозиметра.
Преимущества: высокая точность измерений, возможность проведения измерений в ходе химических реакций. Способность переносить сильный нагрев или охлаждение.
Недостатки: большая стоимость и сложность конструкции.
Вискозиметр вибрационный.
Ультразвуковые
Компактные приборы состоят из зонда или датчика, соединенного кабелем с электронным блоком.
Принцип действия ультразвуковых вискозиметров основан на измерении затухания амплитуды магнитострикционного зонда (стержня или пластины), вызываемого демпфирующим действием контролируемой жидкой среды.
Преимущества: высокая точность измерений. Подходят для работы с любыми агрессивными средами. Могут производить измерения в инертной атмосфере или вакууме.
Недостатки: не подходит для измерения высокотемпературных веществ.
Ультразвуковой измеритель вязкости.
Ультразвуковые вискозиметры являются самыми точными измерительными приборами.
Вискозиметр Гепплера с падающим шариком
Представляет собой стеклянную трубку, наполняемую исследуемым веществом.
Действие вискозиметра основано на Законе Стокса.
Показатель вязкости определяется на основании измерения времени, необходимого для падения шарика под собственным весом через трубку.
Прибор удобен для исследования прозрачных низковязких веществ в пищевой, фармацевтической и нефтехимической отраслях.
Преимущества: доступная цена и простая конструкция.
Недостатки: сложность исследования непрозрачных сред и невозможность постоянного мониторинга.
Прибор Гепплера с падающим шариком.
Пузырьковый вискозиметр
Принцип действия устройства заключается в изменении параметров пузырьков газа, и время свободного всплытия. Приборы широко используются в химических и промышленных лабораториях для измерения вязкости различных полимеров, красок, лаков.
Достоинства: возможность исследования очень вязких соединений и высокая точность измерений.
Недостатки: сложность конструкции и высокая стоимость.
Пузырьковый вискозиметр.
Чашечный вискозиметр
Приборы, использующие капиллярный метод измерения вязкости, выполненные в виде чашки или воронки. Принцип метода заключается в измерении времени, в течение которого исследуемое вещество вытекает через узкое отверстие воронки. Чем оно гуще, тем медленнее скорость вытекания.
Нередко такие приборы входят в комплектацию краскопультов, имеющих строгое ограничение вязкости красок, которые можно использовать.
Достоинства: простая конструкция, доступная цена.
Недостатки: невозможность непрерывных измерений.
Прибор чашечный.
Вискозиметр Суттарда
Устройство представляет собой конструкцию из медного или латунного цилиндра, внутренним диаметром 50 мм, помещенного на квадратное основание из стекла, металла или пластика с нанесенной на поверхность шкалой.
Принцип действия прибора основан на измерении диаметра растекания вязкого вещества, залитого в цилиндр.
Вискозиметр Стутторда используют в основном для измерения вязкости строительных растворов (гипсового теста, штукатурки, шпаклевки, клея).
Преимущества: простота конструкции и возможность изготовления собственными силами.
Недостатки: низкая точность измерений.
Измеритель вязкости Стуттарда.
Вискозиметр Брукфильда
Показатели вязкости определяются на основании крутящегося момента, необходимого для вращения шпинделя устройства, погруженного в исследуемое вещество.
Самый популярный прибор для контроля вязкости. Метод включен во многие международные стандарты и спецификации.
Достоинства: универсальность применения и точность измерений.
Недостатки: возможность износа вращающихся деталей.
Прибор Брукфильда.
При выборе типа вискозиметра следует учитывать:
- капиллярные приборы наиболее популярные, благодаря высокой чувствительности, точности измерений и доступной стоимости;
- ультразвуковые устройства — самые точные;
- шариковые — идеально подходят для работы в высокотемпературных средах;
- ротационные — имеют самый широкий диапазон измерений, но и самую высокую погрешность.
Вискозиметры выпускают как для мониторинга вязкости в производственных условиях, так и для лабораторных исследований.
Ротационный метод вискозиметрии
Ротационный метод вискозиметрии заключается в том, что исследуемая жидкость помещается в малый зазор между двумя телами, необходимый для сдвига исследуемой среды. Одно из тел на протяжении всего опыта остаётся неподвижным, другое, называемое ротором ротационного вискозиметра, совершает вращение с постоянной скоростью. Очевидно, что вращательное движение ротора визкозиметра передается к другой поверхности (посредством движения вязкой среды; отсутствие проскальзывания среды у поверхностей тела предполагается, таким образом рассматриваются). Отсюда следует тезис: момент вращения ротора ротационного вискозиметра является мерой вязкости.
Для простоты мы рассмотрим инверсную модель ротационного вискозиметра: вращаться будет внешнее тело, внутренее тело останется неподвижным, ему и будет сообщаться момент вращения. Однако для краткости изложения будем называть внутреннее тело ротором ротационного вискозиметра.
Введём необходимые обозначения: R1,L – радиус и длина ротора ротационного вискозиметра; ω – постоянная угловая скорость вращения внешнего тела; R2 – радиус вращающегося резервуара ротационного вискозиметра; η – вязкость исследуемой cреды; M1 – момент вращения, передаваемый через вязкую жидкость, равный
d,l – диаметр и длина упругой нити, φ – угол, на который закручивается неподвижно закреплённая нить, G – момент упругости материала нити
При этом крутящий момент M1 ротора ротационного вискозиметра уравновешивается моментом сил упругости нити М2:
Заметим вновь, что М1 = М2, откуда после нескольких преобразований относительно φ имеем:
или где k – постоянная ротационного вискозиметра.
Если рассматривать ту же задачу для ротационного вискозиметра с вращающимся внутренним (ротором висозиметра) и неподвижным внешним телами, имеем:
или
В этом случае G – момент, необходимый для поддержания постоянной частоты вращения, (один оборот ротора вискозиметра за τ с).
Заметим, что полученные отношения справедливы для цилиндра бесконечной длины, в реальных условиях учитывается поправка на размеры тел ротационного вискозиметра. Для этого производится вычисление так называемой эффективной высоты H ротационного вискозиметра:
- проводится измерение момента для жидкостей с различным значением вязкости (η1 и η2) при двух различных высотах внутреннего цилиндра (L1 и L2);
- экстраполяцией прямых М1 = f(L) и М2 = f(L) к нулевому значению М1 и М2 получают величину ∆L;
- H=L+∆L
Эффективную высоту ротационного вискозиметра H подставляют в уравнения.
Калибровка вискозиметра
Анализаторы вязкости, давно находящиеся в работе, необходимо периодически подвергать поверке или калибровке.
Калибровка вискозиметров осуществляется в соответствии с требованиями ГОСТ и основана на определении времени протекания через прибор эталонной жидкости.
При выполнении поверки следует выполнять температурную корректировку согласно коэффициенту, указанному в сертификате, прилагаемом производителем эталонного раствора.
При калибровке приборов могут использоваться как калибровочные масла, так и эталонные жидкости, кинематические показатели вязкости которых при различных температурах известны.
Определение динамической вязкости разбавленных растворов полимеров (по ГОСТ 18249-72)
Концентрацию раствора полимера выбирают так, чтобы отношение времени истечения раствора т ко времени истечения растворителя то составляло 1,2-1,6. В соответствии с этим подбирают вискозиметр.
Величина навески полимера, выбор растворителя, его объем и условия растворения указываются в стандартах или технических условиях на данный полимер.
При определении вязкости на вискозиметрах типа ВПЖ-2 приготовляют растворы четырех концентраций, на вискозиметре ВПЖ-1-одной концентрации; растворы меньших концентраций получают разбавлением в самом вискозиметре. Для этого в вискозиметр наливают 13-16 мл раствора, измеряют время истечения, после чего последовательно добавляют измеренный объем растворителя и перед каждым последующим измерением времени истечения тщательно перемешивают. Концентрацию разбавленного раствора А1 вычисляют по формуле:
где А – концентрация раствора полимера, залитого в вискозиметр, г/мл; V – объем раствора в вискозиметре, мл; V1 – объем добавленного растворителя, мл.
Вискозиметр типа ВПЖ-2 заполняют чистым растворителем или раствором так же, как описано выше. Отклонения температуры термостатирования не должны превышать при комнатных температурах ±0,05 °С, при повышенных ±0,15 °С. Уровень термостатирующей жидкости должен быть на 3-4 см ниже верхнего конца колена вискозиметра.
После 15-минутного термостатирования вискозиметра с растворителем или раствором полимера определяют время истечения растворителя т0 или растворов различных концентраций т. При этом за результат принимают среднее арифметическое не менее трех определений, расхождение между которыми не должно превышать 0,4 с.
Динамическая вязкость разбавленных растворов n или растворителя n0 (в сантипуазах) вычисляют по формулам:
где С – постоянная вискозиметра, сСт/с; р, р0 – плотность раствора полимера или растворителя при температуре испытания, г/см3; т, т0 – время истечения раствора или растворителя, с.
ГОСТы
Приборы внесены в Государственный Реестр измерительных приборов на основании общих требований и методов испытаний, регламентируемых Государственными стандартами и руководящими документами:
- ГОСТ 29226-91 «Вискозиметры жидкостей» — основной документ;
- ГОСТ 10028-81— стандарт распространяется на вискозиметры капиллярные из стекла;
- ГОСТ 25271-93 — определяет условия для вискозиметров Брукфильда;
- ГОСТ 6258-85 — стандарт регламентирует определение вязкости нефтепродуктов;
- ГОСТ 33-2000 — методы определение кинематической вязкости и расчет динамической вязкости нефтепродуктов;
- РД 50-416-83 — методические указания, регламентирующие порядок выполнения поверки стеклянных капиллярныхвискозиметров.
Вся перечисленные выше стандарты являются действующими.
Зачем разбавлять краску
Как известно, диаметры сопел краскопультов могут существенно различаться и варьироваться в пределах: от 0.1 до 4 мм. И это мы ещё не берем в расчет картушные пистолеты, которые тоже входят в эту группу инструментов. Рассудив логически, становиться ясно, что аэрограф с дюзой в 0.1 мм, явно не сможет активно выплевывать густую эмаль, а потребует смесь максимально жидкой консистенции. При этом, если такую “крашеную водичку” залить в бачок краскопульта с дюзой в 4 мм, то при работе он будет разбивать её на очень крупные капли, которые начнут образовывать подтеки на поверхности. Исходя из этого, прежде чем разбираться, как развести краску для краскопульта в домашних условиях, следует четко определить, какого диаметра сопло установлено на Вашем инструменте.
Применение
Приборы применяются для определения вязкости различных жидких и газообразных веществ:
- человеческой крови;
- горюче-смазочных материалов;
- нефтепродуктов;
- расплавленного металла;
- красок, лаков, смол;
- жидких полимеров;
- строительных смесей;
- мазей и кремов;
- расплавленного шоколада;
- молочных и других пищевых продуктов.
Производятся приборы универсального применения и узкоспециализированные устройства, предназначенные для определенного вида соединений.
Измерение вязкости дидкости.
Что делать если смесь слишком жидкая
Если Ваш раствор утратил свою вязкость в следствии чрезмерного разбавления, вернуть ему былую консистенцию, можно только двумя способами.
- Добавить в него точно такую-же, но более густую краску. Если речь идет о масляных, алкидных или нитроэмалях, можно попробовать добавить в раствор алкидынй лак, или иную связывающую смесь, используемую в производстве Вашей краски.
- Дать отстояться несколько часов или дней, периодически перемешивая. Так как растворитель имеет свойство испаряться, то определенная его часть выйдет. Желательно увеличить площадь испарения и установить емкость в постоянно проветриваемом месте.
Из крайних вариантов, которые явно скажутся на качестве материала, можно попробовать охладить краску в холодильнике. Если цвет белый, можно попробовать добавить наполнителя (гипс, мел, тальк).
Даже если у Вас получилась слишком жидкая краска, пулевизатор сможет её распылить, и даже довольно неплохо, если установить сопло меньшего диаметра. Поэтому не стоит слишком отчаиваться и прибегать к крайним мерам.
Самая обычная привычка у каждого разбавлять краску “на глаз” или как предлагает инструкция. На каждой банке с краской есть описание рекомендуемого разбавления этого материала, но температура всё время разная и это имеет значение. Например для базы Мобихел предлагается вязкость 15 единиц. Для акриловой краски Мобихел уже предлагается вязкость 17-18. И в первый год своей покраски, и во второй, всегда разбавлял краску как это обычно у всех бывает, “приблизительно”. Но потом было замечено, если угадать с вязкостью, то и покраска идёт лучше, а самое главное, приятнее выглядит потом покраска. Если получалось “совсем хорошо”, то это обычно означало что угадал с вязкостью на 100%. Обычно некогда этим заниматься, тем более когда красишь раз от раза, но этим стОит заниматься, это важно. Узнавал от соседей, покрасчиков, какими способами они пользуются. Тогда ещё не было в продаже вискозиметров и каждый изобретал свой метод. Все их, кажется, перепробовал. Что это было. Стеклянные лабораторные палочки и опускание их в ёмкость с краской. Подсчитывание стекающих капель. Линейка, которая в краске. Если её поднять, то видно как отклоняется струя стекающей краски. Опускание в краску других предметов и тоже, подсчитывание капель.
Но в основном прижился такой способ Разбавлял краску, а потом на тестовом листе металла пробовал красить. Добавляя в бачок по 10-15 мл, растворителя (разбавителя), конечно перемешивая и выпуская старую краску. Как только факел начинал нравится, на этом останавливался. . Но пришло время и появился вискозиметр. Про вискозиметр. Он появился, а пользоваться им почему не понравилось. В принципе это можно объяснить. Каждый раз его надо тщательно промывать в растворителе, а растворителя бывает жалко на эту процедуру. Но грязный вискозиметр это уже неточный прибор для измерений. Сейчас ситуация другая. Целый год не красил и сбился прицел, перестал понимать какой краской крашу. То раскрывается факел, то нет, и другие небольшие проблемы В результате опять появилось желание к экспериментам (а мы их любим), целью которых – сделать себе свой личный, удобный вискозиметр. Удобный – он будет меньше и уже не надо будет 150- 250 мл краски, достаточно будет и 100 грамм. Это как раз половина стандартного пластикового стакана. Мыть вискозиметр теперь удобно! Замерять тоже удобно.
Уход за прибором
Уход за прибором заключается в очистке емкости от остатков жидкости и промывка с помощью растворителя, воды или специальных моющих средств. Вискозиметры необходимо мыть и высушивать после каждого испытания.
Регулярное техническое обслуживание устройства включает:
- чистку измерительных элементов и резервуаров;
- внешний осмотр на наличие механических повреждений;
- проверку нагревателей, датчиков, приводов и элементов управления.
Чтобы не допустить погрешности прибора, вискозиметры нуждаются в ежегодной калибровке с помощью жидкостей эталонной вязкости.
Поверка приборов в первую очередь необходима для цифровых автоматических моделей и устройств, применяемых в системе государственного регулирования обеспечения единства измерений (ГРОЕИ).
Чем разбавлять
Однородность готовой к нанесению смеси, во многом зависит от используемого в разбавлении компонента. Перед тем, как разводить краску для краскопульта, стоит ознакомиться с рекомендациями производителя на упаковке, так как каждый лакокрасочный материал имеет свой уникальный состав. К сожалению, универсального средства для разведения краски не бывает, и хоть мы знаем такие знаменитые растворители, как 646 или уайт-спирит, они подходят далеко не ко всем лакокрасочным смесям. К примеру, акрил-уретановую краску, лучше всего разбавлять растворителем Р-12, а если использовать ранее указанные средства, можно сжечь красящий пигмент.
Применять универсальные растворители, можно лишь в том случае, когда Вы не знаете название краски и наливаете её из безымянной канистры. Или же, если требования к качеству максимально низкие. В остальных случая следует придерживаться рекомендациям на упаковке конкретной смеси или на официальном сайте производителя.
Фильтрация краски
В процессе приготовления в краску могли попасть посторонние включения, и если краскопульт не оборудован встроенным фильтром, вся эта сорность впоследствии окажется на окрашиваемой поверхности. Это в наши планы не входит, поэтому перед тем как заливать краску в бачок, мы ее обязательно отфильтруем.
Для фильтрации лакокрасочных материалов существуют специальные одноразовые воронки с сетчатым фильтром.
Одноразовые воронки для фильтрации краски
Часто для этих целей используют и подручные средства, например пресловутый капроновый чулок, натянутый на горловину бачка краскопульта.
Атрибуты для приготовления эмалей и лаков
Для соблюдения пропорций при смешивании удобно пользоваться специальными мерными емкостями или линейками.
Мерная линейка представляет собой алюминиевую пластину, на которую нанесены деления для точного смешивания компонентов в определенной пропорции. Для разных пропорций — разные линейки (2:1, 3:1, 4:1, 5:1 и т.д).
Линейка для замера и перемешивания лакокрасочного материала в пропорции 2:1
Расчет соотношения компонентов с помощью мерной линейки
Мерная емкость — это прозрачная пластиковая банка с разметкой пропорций. Пользоваться такими емкостями очень удобно. Если у вас нету такой банки, можно изготовить ее подобие из прозрачной пластиковой бутылки из-под растворителя или пластикового стакана. Если берете стакан, протестируйте его — налейте немного растворителя и посмотрите, не прожигает ли он дырки. Затем делаем разметку, несколько раз наливая равные объемы (например, отмеренные медицинским десятикубовым шприцем) и делая соответствующие пометки. Теперь отмерить, к примеру, две части краски и одну часть отвердителя для нас не составит никаких проблем. Но лучше и проще, все-таки, купить мерную емкость. Они выпускаются различных объемов и продаются в магазинах лакокрасочных материалов.
Мерная емкость для приготовления ЛКМ
Резюме
- Вязкость лакокрасочных материалов измеряется вискозиметром DIN4.
- Средняя рабочая вязкость акриловых эмалей при 20 ºC составляет 18–20 секунд по DIN4, базовых эмалей — 16-17, лаков — 18-20, 2К-грунтов — 20-22, жидких шпатлевок — до 30 секунд.
- В однокомпонентные материалы добавляется только разбавитель, в двухкомпонентные — сначала отвердитель, затем разбавитель.
- Пропорции смешивания и рабочая вязкость указываются в технической документации к продукту или на банке. Обязательно соблюдайте эти рекомендации.
- Используемый разбавитель должен быть увязан с температурой, при которой ведется окраска.
- Для приготовления лакокрасочных материалов удобно использовать специальные мерные емкости и линейки.
- После приготовления материала его необходимо отфильтровать.
Итак, наша краска разбавлена и отфильтрована, вязкость проверена. На очереди у нас настройка краскопульта, после чего мы наконец сможем перейти к долгожданной покраске. Надеюсь, статья вам понравилась и пригодилась. А на сегодня все. До связи!
