Измерение вязкости: описание позиций, входящих в данную категорию
Вязкость характеризует способность жидкостей и газов оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Различают динамическую вязкость и кинематическую вязкость (отношение динамической вязкости к плотности вещества). Также при измерении вязкости жидкости важно различать ньютоновские и неньютоновские жидкости. Первые при своём течении подчиняется закону вязкого трения, то есть их вязкость зависит только от температуры жидкости и не зависит от скорости сдвига. То есть для одной и той же жидкости при одной и той же температуре значение вязкости, измеренное на вискозиметрах разных систем, будет одинаковым. Среди неньютоновских жидкостей различают тиксотропные и нетиксотропные жидкости. Тиксотропные жидкости по мере перемешивания изменяют свою вязкость. Наибольшее распространение получили три метода измерения вязкости газов и жидкостей: по расходу в капилляре, по вращающему моменту для соосных цилиндров и по скорости падающего шара.
Принцип действия капиллярных вискозиметров основан на законе Пуайзеля и заключается в измерении времени истечения заданного объёма жидкости через капилляр при заданной разнице давлений. Обычно жидкость из резервуара вытекает под действием собственного веса, в таком случае вязкость будет пропорциональна разнице давлений между жидкостью вытекающей из капилляра и жидкостью на том же уровне вытекающей из очень толстой трубки. 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. При помощи капиллярных вискозиметров измеряются вязкости от 10 мкПа∙с (газы) до 10 кПа∙с.
В ротационных вискозиметрах исследуемая жидкость помещается в малый зазор между двумя соосными телами. 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 и, следовательно, момент вращения ротора является мерой вязкости. Диапазон работы стандартных ротационных вискозиметров простирается от 1 мПа∙с до сотен тысяч Па∙с. Такой широкий диапазон измерений достигается за счёт изменения скорости вращения ротора от 0,01 оборота в минуту до 100, а также за счёт использования роторов разных размеров при разных диапазонах вязкости.
Принцип измерения вязкости при помощи вискозиметра с падающим шариком основан
на законе Стокса. Вязкость определяется по времени прохождения шариком определенного расстояния, чаще всего под воздействием его собственного веса. Наиболее известен вискозиметр Гепплера. На основе данного метода создано множество моделей высокотемпературных вискозиметров, в которых измеряется вязкость расплавленных стекол и солей.
Также представляют определенный интерес вискозиметры с вибрирующим зондом. Принцип действия таких вискозиметров основан на изменении частоты колебаний в жидкости различной вязкости. Так как частота будет зависеть и от плотности измеряемой жидкости, многие модели позволяют определять эту плотность. Это приводит к низкой надёжности результатов, так как трудно различить, чем именно вызвано изменение частоты колебаний - изменением плотности или вязкости измеряемой жидкости.
Особую группу образуют методы измерения вязкости в малых объёмах среды (микровязкость). Они основаны на наблюдении броуновского движения, подвижности ионов, диффузии частиц.
|
