Содержание:
- Что представляют собой вискозиметры
- Где используются
- Виды вязкости. Как определить
- Типы вискозиметров
- Калибровка
- ГОСТы
- Применение
- Уход за прибором
- Производители
Одним из основных свойств жидкостей и газов является вязкость.
Показатель отражает структуру и физико-химическое состояние текучих веществ.
Для контроля и определения параметров вязкости используются специальные анализаторы — вискозиметры.
Что представляют собой вискозиметры
Производится большое количество приборов для анализа вязкости, каждый из которых разработан для определенных веществ и условий измерений.
К наиболее популярным вискозиметрам относятся капиллярные и ротационные устройства.
Капиллярный прибор состоит из следующих основных частей:
Показатель вязкости определяется по времени истечения исследуемого вещества через капилляр заданного диаметра.
Конструкция капиллярных вискозиметров.
Основным преимуществом капиллярных измерителей вязкости является возможность моделирования реальных технологических процессов.
Основные узлы ротационных устройств:
Один из цилиндров вращается (ротор), а другой (статор) находится в неподвижном состоянии.
Несмотря на широкий ассортимент выпускаемых вискозиметров, их разработки продолжаются с целью повышения точности и расширения пределов измерений, обеспечения автоматического управления и непрерывной работы.
Где используются вискозиметры
Вискозиметры используются для контроля вязкости различных веществ, участвующих в технологических процессах во многих отраслях:
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.
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 квадратных метрах в секунду (м²/с). |
Вязкость может измеряться как за счет гидростатического давления, так и с помощью искусственно создаваемого внешнего давления.
Таблица 1. Вязкость жидкостей при температуре 20 °С
| Вещество | Динамическая вязкость, 10-3 кг/(м·с) | Кинематическая вязкость, 10-6 м²/с |
|---|---|---|
| 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 |
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:
1. 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 до 3 000 000 мПа·с.
Недостатки: низкая чувствительность. Погрешность прибора может достигать 4%.
Ротационный измеритель вязкости.
2. Капиллярные, или Оствальда
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.
Капиллярный анализатор вязкости.
3. Вибрационные
Метод основан на измерении 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.
4. 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 подходят для измерения высокотемпературных веществ.
Ультразвуковой измеритель вязкости.
Ультразвуковые вискозиметры являются самыми точными измерительными приборами.
5. 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.
6. Пузырьковый вискозиметр
Принцип действия устройства заключается в измерении параметров пузырьков газа и времени их 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.
7. 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.
8. 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 Суттарда 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 Суттарда.
9. Вискозиметр Брукфильда
Показатели вязкости определяются на основании крутящего 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:
Вискозиметры выпускают как для мониторинга вязкости в производственных условиях, так и для лабораторных исследований.
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.
ГОСТы
Приборы внесены в Государственный реестр средств измерений на основании общих требований и методов испытаний, регламентируемых государственными стандартами и руководящими документами:
Применение
Приборы применяются для определения вязкости различных жидких и газообразных веществ:
Производятся приборы универсального применения и узкоспециализированные устройства, предназначенные для определенного вида соединений.
Измерение вязкости жидкости.
Уход за прибором
Уход за прибором заключается в очистке емкости от остатков жидкости и промывке с помощью растворителя, воды или специальных моющих средств. Вискозиметры необходимо мыть и высушивать после каждого испытания.
Регулярное техническое обслуживание устройства включает:
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).
Производители
Крупнейшие отечественные и зарубежные производители вискозиметров:
| Dong Guan Hong Tuo Instruments Co., Ltd | Китайская производственная компания, специализируется на производстве лабораторного оборудования, в том числе вискозиметров марки KREBS-STORMER с цифровым дисплеем. |
| Shantou Jielian Tech Co., Ltd | Китайский производитель ротационных цифровых вискозиметров. |
| NANBEI INTERNATIONAL GROUP LIMITED | Научно-исследовательская, опытно-конструкторская производственная китайская компания, выпускающая лабораторное оборудование, в том числе роторные вискозиметры марки NDJ. |
| AND | Одна из лидирующих компаний по производству лабораторного оборудования и измерительных приборов из Японии. Имеет дочерние предприятия в России, США, Китае и многих других странах мира. Выпускает вибрационные вискозиметры серии SV и SV-A. |
| ООО «ЛАБТЕХ» | Российская производственная компания, производитель капиллярных вискозиметров серии ВПЖ. |
| Fann Instrument Company | Ведущий поставщик вискозиметров для испытания буровых растворов, выпускает серию полнофункциональных цилиндрических коаксиальных ротационных вискозиметров марки FANN. |
| ОАО «НПП Бурсервис» | Российский производитель и поставщик вискозиметров, предназначенных для измерения вязкости буровых растворов. |
