Вискозиметр принцип работы



Приборы для измерения вязкости жидкости. Вискозиметр ротационный

Вязкость различных жидкостей измеряется специальными приборами – вискозиметрами. По характеристикам и конструкции выделяют несколько видов данных приборов. Одним из них является вискозиметр ротационный, способный оценить проницаемость среды.

Разновидности приборов

Приборы, используемые для измерения вязкости жидкости, принято делить на три большие группы:

  • Капиллярный вискозиметр.
  • Механический вискозиметр.
  • Ротационный вискозиметр.

Рассмотрим каждый из видов более подробно.

Механические приборы

Категория механических вискозиметров представляет собой целый ряд различных приборов, принцип работы которых основан на механических свойствах жидкостей. Это могут быть измерители резонансного, пузырькового, шарикового типов. Если первые два типа чаще всего используются в лаборатории, то последний встречается в быту. Его принцип работы основан на открытии Галилея.

Внутри прибора имеется «кабинка», где находится шарик. После заполнения прибора жидкостью, вязкость которой необходимо определить, шарик падает. Измеряется точное время, необходимое на падение шарика до контактной площадки. Условная вязкость определяется по данному временному интервалу.

Приборы капиллярного типа

Капиллярный вискозиметр в своей конструкции имеет тонкую трубку с известным диаметром. Исследуемая жидкость протекает по этой трубке. Эту же жидкость пускают также по трубке с большим диаметром, внутри которой не создается капиллярный эффект. Чаще всего жидкость течет под силой тяжести (то есть сверху вниз). Но в некоторых приборах создается искусственное давление. Измеряется время, за которое жидкость вытечет по обеим трубкам. Далее высчитывается их разность. Значение вязкости будет пропорционально значению данной разности.

Приборы данного типа просты, но имеют большие размеры. Еще один их недостаток заключается в том, что коэффициент вязкости измеряемой жидкости не должен превышать 12 кПа*с. Это значение соответствует жидкостям, которые хорошо текут. Более густые жидкости, или имеющие комки, в данном случае измерить нельзя.

Ротационный вискозиметр: принцип работы

Конструкция измерителей данного типа представляет собой цилиндр, внутрь которого помещена сфера. Внутренняя сфера движется с определенной скоростью за счет подключенного электропривода.

Между цилиндром и сферой остается пространство, которое заполняется исследуемой жидкостью. При этом сопротивление движению сферы изменяется. В данных приборах измеряется именно зависимость сопротивления жидкости и скорости вращения. Эти параметры и фиксируются в результате испытания.

Внутри цилиндра не всегда находится сфера. Она может быть заменена диском, конусом, пластиной или еще одним цилиндром. Расстояние между наружным и внутренним телом составляет несколько миллиметров, чтобы создалась сила трения. Значение сопротивления определяется датчиками. Чем больше их установлено, тем точнее будет значение. Соответственно, цена прибора будет увеличиваться.

Вискозиметр ротационный подходит для жидкостей, коэффициент вязкости которых находится в пределах от тысячи до миллионов Па*с. Скорость вращения внутреннего тела играет важную роль. От нее зависит точность измерения. Чем меньше скорость, тем точнее измерение. Приборы с минимальной скоростью углового вращения очень точны, но и стоят они дорого.

Виды ротационных вискозиметров

Описанный выше принцип работы прибора характерен для вискозиметра Брукфильда. Это наиболее простое устройство измерителя данного типа. Но не всегда движется внутреннее тело. В отдельных случаях вращается внешний цилиндр. Именно поэтому вискозиметр ротационный может быть двух видов: с неподвижным цилиндром и торсионные измерители.

Внутреннее тело торсионных вискозиметров подвешено в центре на упругой нити. При вращении внешнего цилиндра начинает двигаться и измеряемая жидкость. При ее вращении закручивается и цилиндр. Угол закручивания внутреннего цилиндра уравновешивается моментом сил трения вращающейся жидкости.

Погрешность измерения возникает из-за дна внутреннего цилиндра. Различные ученые пытались решить эту проблему по-своему. Чаще всего дно делали вогнутым. При заполнении жидкости в вогнутости остается воздух. Тем самым трение о дно снижается. Ученые Гатчек, Куэтт внутренний цилиндр помещали в охранные кольца. Это снижало турбулентность его концов. Волорович использовал высокий, но узкий цилиндр. При этом погрешность из-за дна становилась незначительной. Ряд ученых использовали приборы, в которых расстояние между цилиндрами было очень мало. При этом дно прибора не заполнялось жидкостью.

Вискозиметр ротационный по своей конструкции имеет очень много вариантов исполнения. Но он всегда обладает такими преимуществами, как универсальность, небольшой размер, малая погрешность и низкая стоимость. Именно благодаря этим характеристикам прибор и стал столь популярным.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Принцип — действие — вискозиметр

Принцип действия вискозиметра основан на зависимости динамической вязкости от перепада давления на капиллярной трубке при постоянном расходе анализируемой жидкости, протекающей через капилляр. Для определения вязкости жидкости при определенной температуре измерительный узел прибора термостатируют. Для поддержания постоянного расхода в приборе применен дозирующий насос шестеренчатого типа. [1]

Принцип действия вискозиметра состоит в том, что при вращении кольцевых весов создается перепад уровней ртути, под действием которого исследуемое вещество перетекает через капилляр из одного колена в другое. [2]

Принцип действия вискозиметра с падающим шариком или с падающим цилиндром основан на измерении скорости перемещения шарика ( или цилиндра) под действием заданной силы в большом цилиндре, заполненном исследуемым расплавом. [4]

Принцип действия вискозиметра заключается в следующем. [5]

Принцип действия вискозиметра основан на зависимости динамической вязкости от перепада давления на капиллярной трубке при постоянном расходе анализируемой жидкости, протекающей через капилляр. [7]

На рис. 3 — 12, а показан принцип действия вискозиметра , основанный на определении угла поворота упругой подвески. Сопротивление, оказываемое вращению ротора, измеряется по закручиванию подвески ротора. [9]

Вязкость капельных жидкостей определяют при помощи; приборов, называемых вискозиметрами. Принцип действия вискозиметра может быть разным. [10]

В лабораториях нефтебаз вязкость определяют с помощью стандартных приборов, называемых вискозиметрами. Принцип действия вискозиметра основан на замере времени истечения определенного объема нефтепродукта, подогретого до температуры испытания ( 50; 80 или 100 С), из специального резервуара с калиброванным отверстием. Время истечения нефтепродукта различной вязкости различно. Сравнивая это время с постоянной вискозиметра, получают значение кинематической вязкости нефтепродукта при температуре испытания. Работникам речного транспорта, принимающим участие в определении вязкости нефтепродукта в конфликтных ситуациях, предварительно следует познакомиться с ГОСТ 33 — 66 и описанием вискозиметра. [11]

Ультразвуковые вискозиметры обычно предназначены для измерения динамической вязкости. Принцип действия вискозиметра основан на определении времени затухания ультразвуковых колебаний в испытываемой жидкости. [12]

Медицинская вискозиметрия. Принцип работы медицинского вискозиметра

Вязкость (внутреннее трение) жидкости — свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению одной ее части относительно другой. Движение реальной жидкости при малых скоростях носит слоистый (ламинарный) характер. При установившемся ламинарном течении бесконечно малые слои жидкости скользят относительно друг друга, не перемешиваясь, и сохраняют во времени свои пространственные положения. При возрастании различия в скоростях соприкасающихся слоёв, силы трения между ними также возрастают. Это приводит к тому, что при некоторой критической величине скоростей, разной для разных жидкостей, характер течения существенно меняется. Возникает энергичное перемешивание слоёв жидкости. Положение слоёв в пространстве с течением времени постоянно меняется, появляются вихри. Такое движение называется турбулентным. Важным свойством турбулентного течения (в сравнении с ламинарным) является высокое сопротивление потоку.

Гидравлическое сопротивление

Чтобы изучить явление гидравлического сопротивления, используем формулу Пуазейля. С учётом объёмного потока жидкости , протекающей через горизонтальную трубу за 1с, формула Пуазейля принимает следующий вид: , где Р1— давление в начале изучаемого участка трубы, Р2 — давление в конце этого участка, l — длина изучаемого участка трубы, η — динамическая вязкость жидкости, протекающей по трубе.

Здесь величина — это гидравлическое сопротивление, как видно оно зависит от радиуса трубы (R), длины участка трубы (l) и вязкости жидкости (η). Гидравлическое сопротивление тем больше, чем больше вязкость и длина трубы и чем меньше площадь поперечного сечения.

Формулу для объёмного потока жидкости можно записать так:

Число Рейнольдса

Характер течения жидкости по трубе зависит от свойств жидкости, скорости ее течения, размеров трубы. Английский физик и инженер Осборн Рейнольдс (1842-1912) изучал переход от ламинарной формы течения к турбулентной. Он экспериментально показал, что турбулентность возникает, когда определенная комбинация величин, характеризующих движение, превосходит некоторое критическое значение. Им было введено безразмерное число, позднее названное в его честь числом Рейнольдса, которое характеризует течение жидкости по трубе (каналу).Число Рейнольдса определяется по формуле: , где ρж — плотность жидкости, η — ее вязкость, V — скорость течения, D — диаметр трубы. Это число является критерием вида течения. Существует критическое значение числа Рейнольдса: для гладких цилиндрических труб ReKp = 2300. Если число Рейнольдса больше критического, то движение жидкости турбулентное, если меньше, то ламинарное. Например, при атеросклерозе критическое число Рейнольдса в некоторых сосудах становится равным 1160.

Так как число Рейнольдса зависит от вязкости и плотности жидкости, то удобно использовать в этой формуле кинематическую вязкость: . Тогда число Рейнольдса можно записать в виде . Число Рейнольдса является критерием подобия. При моделировании гидро- и аэродинамических систем, в частности кровеносной системы, модель должна иметь такое же число Рейнольдса, как и сам объект, в противном случае не будет соответствия между ними.

Кинематическая вязкость полнее, чем динамическая, учитывает влияние внутреннего трения на характер течения жидкости или газа. Так, динамическая вязкость воды приблизительно в 100 раз больше, чем воздуха (при 0°С), но кинематическая вязкость воды в 10 раз меньше, чем воздуха, и поэтому кинематическая вязкость сильнее влияет на характер течения воздуха, чем воды.

Характер течения жидкости или газа существенно зависит от размеров трубы. В широких трубах даже при сравнительно небольших скоростях может возникнуть турбулентное движение. Так, например, в трубке диаметром 2 мм течение воды становится турбулентным при скорости более 127 см/с, а в трубе диаметром 2 см — уже при скорости примерно 12 см/с (температура . 16°С). Течение крови по такой трубе стало бы турбулентным при скорости 50 см/с, но практически в кровеносных сосудах диаметром 2 см турбулентное течение возникает даже при меньшей скорости.

Течение крови в артериях в норме является ламинарным, небольшая турбулентность возникает вблизи клапанов. При патологии, когда вязкость бывает меньше нормы, число Рейнольдса может превышать критическое значение и движение станет турбулентным. Турбулентное течение связано с дополнительной затратой энергии при движении жидкости, что в случае крови приводит к добавочной работе сердца.

Шум, возникающий при турбулентном течении крови, может быть использован для диагностирования заболеваний. Этот шум прослушивают на плечевой артерии при измерении давления крови методом звуков Короткова. Течение воздуха в носовой полости в норме ламинарное. Однако при воспалении или каких-либо других отклонениях от нормы оно может стать турбулентным, что повлечет дополнительную работу дыхательных мышц.

Переход от ламинарной формы течения к турбулентной происходит не только при течении в трубе (канале), он характерен почти для всех течений вязкой жидкости. В частности, обтекание жидкостью профиля корабля или подводной лодки, тела рыбы или крыла самолета или птицы также характеризуется ламинарно-турбулентным переходом, при этом в формулу нужно подставить характерный размер обтекаемого тела и константу, зависящую от формы тела.

Медицинский вискозиметр (вискозиметр Гесса) используется для определения вязкости крови. Принцип его действия основан на том, что скорости продвижения жидкостей в капиллярах с одинаковыми сечениями при равных температурах и давлениях зависят от вязкости этих жидкостей.

Из формулы Пуазейля следует, что объемы жидкостей, протекающих за равные промежутки времени по одинаковым капиллярам, обратно пропорциональны вязкостям этих жидкостей. Следовательно,

Медицинский вискозиметр состоит из двух одинаковых градуированных

капилляров А1 и А2 . В капилляр А2 набирают определенный объем

дистиллированной воды и перекрывают кран Б. Это позволяет

набрать в капилляр А1 исследуемую жидкость, не изменяя уровень воды. Если

теперь, открыв кран Б, создать разрежение в вискозиметре, то перемещения

жидкостей за одно и то же время будут обратно пропорциональны их вязкости

где ηкр — вязкость крови; ηН2О — вязкость воды. Если вязкость воды принять равной единице, а путь, пройденный кровью, составляет одно деление вискозиметра, то на основании формулы относительная вязкость крови численно равна пути lН2О, пройденному при этом водой.

Вязкость крови человека в норме 4 — 5 мПа·с, при патологии колеблется от 1,7 — 22,9 мПа·с, что сказывается на скорости оседания эритроцитов (СОЭ). Венозная кровь обладает несколько большей вязкостью, чем артериальная. При тяжелой физической работе увеличивается вязкость крови. Некоторые инфекционные заболевания увеличивают вязкость, другие же, например брюшной тиф и туберкулез, — уменьшают.

Принцип работы вискозиметров

Вискозиметр – специфическое устройство для контроля жидкостей, конкретнее, служит для измерения уровня вязкости различных жидкостей. Название происходит от латинского viscosus – вязкий.

Определение вязкости вискозиметром используют в различных отраслях науки и производства:

  • фармакологии (производство лекарственных препаратов в виде густых субстанций);
  • медицине (измерение вязкости крови);
  • исследованиях пищевых продуктов (мед, молоко, соки);
  • нефтяном и топливном производстве (машинное масло, бензин, парафин и т.д.);
  • лакокрасочной и химической промышленности (краски, лаки, смолы).

Используя вискозиметр, можно измерить два типа вязкостей:

  1. динамическую;
  2. кинематическую.

Динамическая, или абсолютная вязкость – это текучесть жидкости в обычных условиях.

Кинематическая вязкость – текучесть под влиянием температур и давления.

В зависимости от используемого метода вискозиметрии, существуюет различные виды вискозиметров.

Виды вискозиметров:

  • ротационный;
  • капиллярный;
  • с движущимся шариком;
  • вибрационный;
  • пузырьковый.

Принцип работы вискозиметра: ротационный и капиллярный приборы

Капиллярный вискозиметр работает по хронометрическому принципу. Устройство вискозиметра – один или несколько соединенных капиллярова с воронкой или узкой трубкой. Исследование вязкости происходит за счет измерения времени, за которое исследуемая жидкость вытекает из воронки, учитывая перепад давления на концах капилляров (или под влиянием гравитации – для кинематической вязкости). Существует два типа капиллярных вискозиметров:

Погружные капиллярные вискозиметры предназначены для экспресс-измерения вязкости вещества прямо в рабочих емкостях или аппаратах. Для удобства использования, приборы производятся из легкоочищаемых материалов и оснащаются специальной ручкой.

Чашечные капиллярные вискозиметры имеют конструкцию воронки или чаши и идут в комплекте с регулируемым штативом.

Ротационный вискозиметр представляет собой конструкцию из двух вращающихся тел, совмещенных по осям. Пространство между телами заполняется исследуемым веществом. При этом, одно из тел приводят во вращение, а второе оставляют неподвижным. Исследуемая жидкость передает вращение от движимого тела к недвижимому и скорость, с которой вращение передается от одного тела к другому, определяет вязкость вещества.

Спросом пользуются ротационные автоматические вискозиметры. Они имеют удобное меню, логичный интерфейс и большой дисплей.

С помощью такого устройства можно проводить исследование различных веществ в широком температурном диапазоне. Автоматические вискозиметры европейского производства являются оптимальным решением для различных типов производств, учитывая высокую степень производительности и минимальную погрешность в работе (±1%).

Автоматическая система обеспечивает максимальную производительность и исключает необходимость самостоятельных вычислений.

Современные приборы европейского производства позволяют без погрешностей производить контроль различных типов покрытий на каждом этапе производства.

Устройство и принцип работы капиллярного вискозиметра

Вискозиметр капиллярный стеклянный типа ВПЖ-1 с висячим уровнем (рис. 1) состоит из измерительного резервуара (4), ограниченного двумя кольцевыми отметками и ; резервуар переходит в капилляр (5) и резервуар (6), который соединен с изогнутой трубкой (3) и трубкой (1).

Трубка (1) имеет резервуар (7) с двумя отметками и , указывающими пределы накопления вискозиметра жидкостью. Жидкость из резервуара (4) по капилляру (5) стекает в резервуар (6) по стенкам последнего, образуя у нижнего конца капилляра «висячий уровень».

Изменение вязкости при помощи капиллярного вискозиметра основано на определении времени истечения через капилляр определенного объема жидкости из измерительного резервуара.

Перед определением вязкости жидкости вискозиметр должен быть тщательно промыт и высушен.

Испытуемая жидкость заливается в чистый вискозиметр через трубку (1) так, чтобы уровень ее установился между отметками и . На концы трубок (2) и (3) надевают резиновые трубки, причем, первая из них снабжена краном и резиновой грушей, вторая – краном.

Вискозиметр устанавливают вертикально в жидкостный термостат, так, чтобы уровень воды находился на несколько сантиметров выше расширения (8).

Рис. 1. Капиллярный вискозиметр ВПЖ-1

При температуре измерения выдерживают прибор не менее 15 минут, после чего засасывают (грушей) при закрытой трубке (3) жидкость выше отметки примерно до половины резервуара (8) и перекрывают кран, соединенный с трубкой (2).

Если вязкость жидкости менее 500-1000 сантистоксов, открывают кран на трубке (2) и освобождают зажим на трубке (3).

При более вязких жидкостях сначала открывают трубку (3), затем трубку (2).

Далее измеряют время понижения уровня в трубке (2) от отметки до отметки .

Необходимо при этом обращать внимание на то, чтобы к моменту подхода уровня жидкости к отметке в расширении (6) образовался висячий уровень, а в капилляре не было бы пузырьков воздуха.

Вязкость вычисляют по формуле (8) по среднему (из нескольких измерений) времени истечения жидкости:

(8)

где – кинематическая вязкость жидкости в сантистоксах, – время истечения жидкости в секундах, – ускорение силы тяжести в месте измерения в см/c 2 .

Расчеты по формуле (8) будут достаточно точными, так как диаметр капилляра вискозиметра 0,43 мм. При использовании вискозиметров Освальда, медицинских вискозиметров формула (8) используется только для грубых расчетов. Поэтому вычисления коэффициента вязкости ведутся по соотношению (7).

Дата добавления: 2014-12-01 ; просмотров: 5560 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о