Измерение вязкости

 

Вязкостью называется свойство жидкостей и газов оказывать сопротивление сдвигу или скольжению одного слоя другому.

Различают динамическую вязкость - μ; и кинематическую - ν;. Их взаимосвязь , где ρ; – плотность среды.

Единицы измерения в СИ: динамическая - [Па*с], кинематическая - [м²/с].

Приборы для измерения - вискозиметры:

- истечения;

- с падающим шариком;

- ротационные;

- вибрационные.

Вискозиметры истечения (капиллярные).

Основаны на уравнении Пуазейля для ламинарного течения через капиллярную трубку: ,

k - постоянный коэффициент, зависящий от единиц измерения;

r - внутренний радиус капилляра;

Q - расход;

l - длина капилляра;

ΔP - перепад давлений на капилляре.

При k, r, Q, l = const, μ = f(ΔP).

 

1 - капилярная трубка,

2 - дифманометр,

3 – шестеренчатый насос.

4 - электродвигатель

Вискозиметр обычно устанавливают в термостат 5.

 

Вискозиметры с падающим шариком.

Основаны на законе Стокса, связывающего скорость падения шарика в жидкости с ее вязкостью

где k - постоянный коэффициент, зависящий от единиц измерения;

r - радиус шарика;

g - ускорение свободного паденния:

ρ, ρ₀ - плотность материала шарика и жидкости;

u - скорость равномерного движения шарика.

При k, r, g, u = const, μ; = f(u) = f(S /τ) = f(τ). Недостаток - чувствительны к загрязнению.

Ротационные вискозиметры.

Принцип действия основан на измерении вязкости по величине момента сопротивления, создаваемого жидкостью при вращении в ней твердого тела.

1 – наружный цилиндр; 2 – внутренний цилиндр;

3 – продукт; 4 – торсион; 5 – датчик угла закручивания; 6 – привод.

Обычно представляет собой два цилиндра вставленных один в другой. Один из них приводят во вращение. Находящаяся между ними жидкость также приходит во вращение, которое передается второму цилиндру. Чтобы его оставить в покое к нему необходимо приложить момент равный по величине и противоположный по направлению моменту, создаваемому жидкостью, а следовательно, пропорциональному вязкости: М = kμω

где k - константа прибора;

ω - угловая скорость вращающегося тела.

О величине вязкости судят либо изменению угловой скорости, либо по величине тока при ω = const.

Вибрационные вискозиметры.

Принцип действия основан на изменении частоты свободных колебаний металлической пластины, помещенной в измеряемую среду. Тормозящее усилие F, действующее на тело, совершающее колебания в измеряемой среде, связана с вязкостью следующим выражением F = kμρ,

Воздействует на пластину электромагнит, на катушку которого подается переменный ток с генератора. Верхняя ее часть закреплена, а нижняя вибрирует под действием электромагнитного поля с частотой переменного тока. Индуцируемое переменное напряжение, соответствующее вязкости среды подается на измерительный прибор.

Разновидностью вибрационных вискозиметров являются ультразвуковые.