Viskozimetr - Viscometer

Viskozimetr (také volal viskozimetr ) je nástroj použit pro měření viskozity o tekutiny . U kapalin s viskozitami, které se mění podle podmínek proudění , se používá přístroj zvaný reometr . Reometr lze tedy považovat za speciální typ viskozimetru. Viskozimetry měří pouze za podmínek jednoho průtoku.

Obecně buď tekutina zůstává nehybná a objekt se jí pohybuje, nebo je předmět nehybný a tekutina se pohybuje kolem ní. Tah způsobený relativním pohybem tekutiny a povrchu je měřítkem viskozity. Podmínky toku musí mít dostatečně malou hodnotu Reynoldsova čísla, aby mohlo dojít k laminárnímu toku .

Při 20   ° C je dynamická viskozita (kinematická viskozita × hustota) vody 1,0038 mPa · s a její kinematická viskozita (součin doby toku × faktor) je 1,0022 mm ² / s. Tyto hodnoty se používají ke kalibraci určitých typů viskozimetrů.   

Standardní laboratorní viskozimetry pro kapaliny

U-trubkové viskozimetry

Tato zařízení jsou také známá jako skleněné kapilární viskozimetry nebo Ostwaldovy viskozimetry , pojmenované podle Wilhelma Ostwalda . Další verzí je viskozimetr Ubbelohde , který se skládá ze skleněné trubice ve tvaru písmene U, která je svisle držena v lázni s řízenou teplotou. V jednom rameni U je svislá část přesného úzkého otvoru (kapilára). Nahoře je žárovka, s ní je další žárovka dole na druhém rameni. Při použití se kapalina nasává do horní baňky sáním, poté se nechá odtékat kapilárou do spodní baňky. Dvě značky (jedna nahoře a jedna pod horní žárovkou) označují známý objem. Čas potřebný pro průchod hladiny kapaliny mezi těmito značkami je úměrný kinematické viskozitě. Kalibraci lze provést pomocí kapaliny známých vlastností. Většina komerčních jednotek je vybavena konverzním faktorem.

Změří se doba potřebná k protékání zkušební kapaliny kapilárou o známém průměru určitého faktoru mezi dvěma vyznačenými body. Vynásobením doby potřebné faktorem viskozimetru se získá kinematická viskozita.

Takové viskozimetry lze klasifikovat jako přímé nebo zpětné. Viskozimetry s reverzním tokem mají nádrž nad značkami a přímé proudění jsou ty, které mají nádrž pod značkami. Takové klasifikace existují, takže hladinu lze určit, i když jsou měřeny neprůhledné nebo barvicí kapaliny, jinak kapalina pokryje značky a znemožňuje měřit čas, kdy hladina prochází značkou. To také umožňuje viskozimetru mít více než 1 sadu značek, což umožňuje okamžité načasování času potřebného k dosažení třetí značky , čímž se získá 2 časování a umožňuje následný výpočet určitelnosti k zajištění přesných výsledků. Použití dvou časování v jednom viskozimetru v jednom běhu je možné, pouze pokud má měřený vzorek newtonovské vlastnosti . Jinak změna hnací hlavy, která zase změní smykovou rychlost, způsobí odlišnou viskozitu pro dvě žárovky.

Viskozimetry s klesající sférou

Stokesův zákon je základem viskozimetru s klesající koulí, ve kterém je kapalina stacionární ve svislé skleněné trubici. Kapalinou se nechá sestoupit koule známé velikosti a hustoty. Je-li správně vybrán, dosáhne koncové rychlosti , kterou lze změřit v době, kdy je třeba projít dvěma značkami na trubici. Pro neprůhledné kapaliny lze použít elektronické snímání. Známe-li konečnou rychlost, velikost a hustotu koule a hustotu kapaliny, lze k výpočtu viskozity kapaliny použít Stokesův zákon . Pro zlepšení přesnosti výpočtu se v klasickém experimentu obvykle používá řada ocelových kuličkových ložisek různých průměrů. Ve školním experimentu se jako kapalina používá glycerol a tato technika se průmyslově používá ke kontrole viskozity kapalin používaných v procesech. Zahrnuje mnoho různých olejů a polymerních kapalin, jako jsou roztoky .

V roce 1851 George Gabriel Stokes odvodil výraz pro třecí sílu (nazývanou také tažná síla ) vyvíjenou na sférické objekty s velmi malými Reynoldsovými čísly (např. Velmi malé částice) v kontinuální viskózní tekutině změnou malého limitu hmotnosti tekutiny obecně neřešitelné Navier-Stokesovy rovnice :

${\ displaystyle F = 6 \ pi r \ eta v,}$

kde

${\ displaystyle F}$ je třecí síla,

${\ displaystyle r}$ je poloměr sférického objektu,

${\ displaystyle \ eta}$ je viskozita kapaliny,

${\ displaystyle v}$ je rychlost částic.

Pokud částice padají ve viskózní tekutině vlastní hmotností, pak se dosáhne koncové rychlosti, známé také jako usazovací rychlost, když tato třecí síla v kombinaci se vztlakovou silou přesně vyvažuje gravitační sílu . Výsledná rychlost usazování (nebo konečná rychlost ) je dána vztahem

${\ displaystyle V _ {\ text {s}} = {\ frac {2} {9}} {\ frac {r ^ {2} g (\ rho _ {p} - \ rho _ {f})} {\ mu}},}$

kde:

V _s je rychlost usazování částic (m / s), svisle dolů, pokud ρ _p > ρ _f , nahoru, pokud ρ _p < ρ _f ,

r je Stokesův poloměr částice (m),

g je gravitační zrychlení (m / s ² ),

ρ _p je hustota částic (kg / m ³ ),

ρ _f je hustota kapaliny (kg / m ³ ),

μ je (dynamická) viskozita kapaliny (Pa · s).

Všimněte si, že se předpokládá Stokesův tok , takže Reynoldsovo číslo musí být malé.

Omezujícím faktorem platnosti tohoto výsledku je drsnost použité koule.

Modifikací přímého viskozimetru s padající koulí je viskozimetr s kuličkovými kuličkami, který měří kuličku, která se valí dolů po svahu, když je ponořena do zkušební tekutiny. To lze dále vylepšit použitím patentované desky V, která zvyšuje počet otáček na ujetou vzdálenost a umožňuje menší a přenosnější zařízení. Řízený valivý pohyb míče zabraňuje turbulencím v kapalině, které by se jinak vyskytovaly při padajícím míčku. Tento typ zařízení je vhodný také pro použití na palubě lodi.

Viskozimetr s padající koulí

V roce 1932 byl Fritzovi Höpplerovi udělen patent na viskozimetr s padající koulí, pojmenovaný po něm - celosvětově první viskozimetr určující dynamickou viskozitu. Dalšími světově prvními viskozimetry vyvinutými Fritzem Höpplerem v Medingenu (Německo) jsou typy tlaku vzduchu v míse konzistometr a rheoviskometr, viz Kugeldruckviskosimeter = viskozimetr tlaku v míči.

Viskozimetr s padajícím pístem

Také známý jako Norcrossův viskozimetr po svém vynálezci Austinu Norcrossovi. Princip měření viskozity v tomto robustním a citlivém průmyslovém zařízení je založen na sestavě pístu a válce. Píst je pravidelně zvedán pomocí vzduchového zdvihacího mechanismu, přičemž materiál, který se měří dolů, táhne dolů vůlí (mezerou) mezi pístem a stěnou válce do prostoru vytvořeného pod pístem, když je zvedán. Sestava se poté obvykle drží na několik sekund, poté se nechá gravitačně spadnout a vzorek se vypudí stejnou cestou, do které vstoupil, čímž se vytvoří smykový účinek na měřenou kapalinu, díky čemuž je tento viskozimetr obzvláště citlivý a vhodný pro měření určité tixotropní kapaliny. Čas pádu je měřítkem viskozity, přičemž vůle mezi pístem a vnitřkem válce tvoří měřicí otvor. Regulátor viskozity měří čas pádu (čas poklesu je sekundou jako měřítko viskozity) a zobrazuje výslednou hodnotu viskozity. Řídicí jednotka může kalibrovat hodnotu doby poklesu na sekundy pohárku (známé jako efluxní pohár), univerzální sekundu Saybolt (SUS) nebo centipoise .

Průmyslové použití je populární díky jednoduchosti, opakovatelnosti, nízké údržbě a dlouhé životnosti. Tento typ měření není ovlivněn průtokem ani vnějšími vibracemi. Princip činnosti lze přizpůsobit mnoha různým podmínkám, což je ideální pro prostředí řízení procesů .

Oscilační pístový viskozimetr

Někdy označovaný jako elektromagnetický viskozimetr nebo EMV viskozimetr, byl vynalezen v Cambridge Viscosity (Formally Cambridge Applied Systems) v roce 1986. Senzor (viz obrázek níže) obsahuje měřicí komoru a magneticky ovlivněný píst. Měření se provádějí tak, že se nejprve zavede vzorek do tepelně řízené měřicí komory, kde se nachází píst. Elektronika pohání píst do oscilačního pohybu v měřicí komoře řízeným magnetickým polem. Kvůli pohybu pístu je na kapalinu (nebo plyn) vyvíjeno smykové napětí a viskozita je určena měřením doby pohybu pístu. Konstrukční parametry pro mezikruží mezi pístem a měřicí komorou, síla elektromagnetického pole a cestovní vzdálenost pístu se používají k výpočtu viskozity podle Newtonova zákona o viskozitě.

Technologie viskozimetru s oscilačním pístem byla upravena pro testování viskozity malých vzorků a mikroskopických vzorků v laboratorních aplikacích. Rovněž byl přizpůsoben pro měření vysokotlaké viskozity a vysokoteplotní viskozity v laboratorním i procesním prostředí. Viskozitní senzory byly škálovány pro širokou škálu průmyslových aplikací, jako jsou malé viskozimetry pro použití v kompresorech a motorech, průtokové viskozimetry pro procesy nanášení ponorem, přímé viskozimetry pro použití v rafinériích a stovky dalších aplikací . Zlepšení citlivosti moderní elektroniky stimuluje růst popularity viskozimetru s oscilačním pístem u akademických laboratoří zkoumajících viskozitu plynu.

Vibrační viskozimetry

Vibrační viskozimetry pocházejí z přístroje Bendix z padesátých let, který patří do třídy, která pracuje měřením tlumení oscilačního elektromechanického rezonátoru ponořeného do kapaliny, jejíž viskozitu je třeba určit. Rezonátor obecně kmitá torzně nebo příčně (jako konzolový paprsek nebo ladička). Čím vyšší je viskozita, tím větší je tlumení uložené na rezonátoru. Tlumení rezonátoru lze měřit jednou z několika metod:

1. Měření příkonu potřebného k udržení vibrací oscilátoru na konstantní amplitudě. Čím vyšší je viskozita, tím více energie je potřeba k udržení amplitudy oscilace.
2. Měření doby rozpadu oscilace po vypnutí buzení. Čím vyšší je viskozita, tím rychleji se signál rozpadá.
3. Měření frekvence rezonátoru jako funkce fázového úhlu mezi průběhy buzení a odezvy. Čím vyšší je viskozita, tím větší je změna frekvence pro danou fázovou změnu.

Vibrační nástroj také trpí nedostatkem definovaného smykového pole, což jej činí nevhodným pro měření viskozity kapaliny, jejíž chování při proudění není předem známé.

Vibrační viskozimetry jsou robustní průmyslové systémy používané k měření viskozity za podmínek procesu. Aktivní součástí snímače je vibrační tyč. Amplituda vibrací se mění podle viskozity kapaliny, ve které je tyč ponořena. Tyto viskozitní měřiče jsou vhodné pro měření ucpávání kapalin a kapalin s vysokou viskozitou, včetně kapalin s vlákny (do 1 000 Pa · s). V současné době mnoho průmyslových odvětví po celém světě považuje tyto viskozimetry za nejúčinnější systém, kterým lze měřit viskozitu široké škály kapalin; naproti tomu rotační viskozimetry vyžadují větší údržbu, nejsou schopny měřit ucpávanou kapalinu a po intenzivním používání vyžadují častou kalibraci. Vibrační viskozimetry nemají žádné pohyblivé části, žádné slabé části a citlivá část je obvykle malá. I velmi zásadité nebo kyselé kapaliny lze měřit přidáním ochranného povlaku, jako je smalt , nebo změnou materiálu snímače na materiál, jako je nerezová ocel 316L . Vibrační viskozimetry jsou nejběžněji používaným inline nástrojem pro monitorování viskozity procesní kapaliny v nádržích a potrubích.

Křemenný viskozimetr

Křemenný viskozimetr je speciální typ vibračního viskozimetru. Zde je oscilační křemenný krystal ponořen do kapaliny a specifický vliv na oscilační chování definuje viskozitu. Princip křemenné viskozimetrie je založen na myšlence W. P. Masona. Základní koncepcí je aplikace piezoelektrického krystalu pro stanovení viskozity. Vysokofrekvenční elektrické pole, které je aplikováno na oscilátor, způsobuje pohyb senzoru a má za následek střih kapaliny. Pohyb snímače je poté ovlivněn vnějšími silami (smykové napětí) kapaliny, které ovlivňují elektrickou odezvu snímače. Kalibrační postup jako předběžná podmínka pro stanovení viskozity pomocí křemenného krystalu sahá až k B. Bodeovi, který usnadnil podrobnou analýzu chování elektrického a mechanického přenosu oscilačního systému. Na základě této kalibrace byl vyvinut křemenný viskozimetr, který umožňuje kontinuální stanovení viskozity v klidových a tekoucích kapalinách.

Mikrováha z křemenného krystalu

V křemenné krystalové mikrováhy funguje jako vibrační viskozimetru piezoelektrickým vlastnosti vlastní křemene provádět měření vodivosti spekter kapalin a tenkých vrstev vystavených na povrchu krystalu. Z těchto spekter jsou sledovány frekvenční posuny a rozšíření vrcholů rezonančních a podtónových frekvencí křemenného krystalu, které se používají ke stanovení změn hmotnosti a také viskozity , modulu smyku a dalších viskoelastických vlastností kapalného nebo tenkého filmu . Jednou z výhod použití mikrováhy křemenného krystalu k měření viskozity je malé množství vzorku potřebné k získání přesného měření. Kvůli závislosti viskoelastických vlastností na technikách přípravy vzorků a tloušťce filmu nebo sypké kapaliny však mohou být při měření viskozity mezi vzorky chyby až 10%.

Zajímavá technika pro měření viskozity kapaliny pomocí mikrováhy s křemennými krystaly, která zlepšuje konzistenci měření, používá kapkovou metodu. Namísto vytvoření tenkého filmu nebo ponoření křemenného krystalu do kapaliny se na povrch krystalu vrhne jedna kapka sledované kapaliny. Viskozita se extrahuje z posunu frekvenčních dat pomocí následující rovnice

${\ displaystyle \ Delta f = -f_ {0} ^ {3/2} {\ sqrt {\ frac {\ eta _ {l} \ rho _ {l}} {\ pi \ mu _ {Q} \ rho _ {Q}}}}}$

kde je rezonanční frekvence,  je hustota kapaliny,  je smykový modul křemene a  je hustota křemene. Rozšíření této techniky opravuje posun rezonanční frekvence o velikost kapky uložené na křemenném krystalu. ${\ displaystyle f_ {0}}$${\ displaystyle \ rho _ {l}}$${\ displaystyle \ mu _ {Q}}$${\ displaystyle \ rho _ {Q}}$

Rotační viskozimetry

Rotační viskozimetry využívají myšlenku, že točivý moment potřebný k otočení předmětu v kapalině je funkcí viskozity této kapaliny. Měří točivý moment potřebný k otáčení disku nebo bobu v kapalině známou rychlostí.

Viskozimetry „cup and bob“ fungují tak, že definují přesný objem vzorku, který má být stříhán v testovací cele; změří se a vynese točivý moment potřebný k dosažení určité rychlosti otáčení. Ve viskozimetrech „cup and bob“ existují dvě klasické geometrie, známé jako systémy „Couette“ nebo „Searle“, které se liší tím, zda se pohár nebo bob otáčí. Rotující kalíšek je v některých případech upřednostňován, protože snižuje nástup Taylorových vírů při velmi vysokých smykových rychlostech, ale častěji se používá rotující bob, protože konstrukce nástroje může být flexibilnější i pro jiné geometrie.

Viskozimetry „kužel a deska“ používají kužel s úzkým úhlem v těsné blízkosti ploché desky. U tohoto systému je smyková rychlost mezi geometriemi konstantní při jakékoli dané rychlosti otáčení. Viskozitu lze snadno vypočítat ze smykového napětí (z točivého momentu) a smykové rychlosti (z úhlové rychlosti).

Pokud test s jakoukoli geometrií proběhne tabulkou několika smykových rychlostí nebo napětí, lze data použít k vykreslení průtokové křivky, což je graf viskozity vs. smykové rychlosti. Pokud se výše uvedený test provádí dostatečně pomalu, aby naměřená hodnota (smykové napětí, pokud je řízena rychlost nebo naopak) dosáhla ustálené hodnoty v každém kroku, údaj se říká, že je v „rovnováze“ a graf je pak „křivka rovnovážného toku“. To je výhodnější než nerovnovážná měření, protože data lze obvykle replikovat na více jiných přístrojích nebo s jinými geometriemi.

Výpočet smykové rychlosti a tvarových faktorů smykového napětí

Reometry a viskozimetry pracují s točivým momentem a úhlovou rychlostí. Vzhledem k tomu, že viskozita se běžně uvažuje ve smyslu smykového napětí a smykových rychlostí, je nutná metoda převodu z „čísel přístrojů“ na „reologická čísla“. Každý měřicí systém používaný v přístroji má své přidružené „tvarové faktory“ pro převod točivého momentu na smykové napětí a pro převod úhlové rychlosti na smykovou rychlost.

Budeme nazývat tvarové napětí smykového napětí C ₁ a faktor smykové rychlosti C ₂ .

smykové napětí = točivý moment ÷ C ₁ .

smyková rychlost = C ₂ × úhlová rychlost.

U některých měřicích systémů, jako jsou paralelní desky, může uživatel nastavit mezeru mezi měřicími systémy. V tomto případě je použita rovnice

smyková rychlost = C ₂ × úhlová rychlost / mezera.

viskozita = smykové napětí / smyková rychlost.

Následující části ukazují, jak se počítají tvarové faktory pro každý měřicí systém.

Kužel a talíř

${\ displaystyle {\ begin {aligned} C_ {1} & = {\ frac {3} {2}} r ^ {3}, \\ C_ {2} & = {\ frac {1} {\ theta}} , \ end {zarovnáno}}}$

kde

r je poloměr kužele,

θ je úhel kužele v radiánech.

Paralelní desky

${\ displaystyle {\ begin {aligned} C_ {1} & = {\ frac {3} {2}} r ^ {3}, \\ C_ {2} & = {\ frac {3} {4}} r , \ end {zarovnáno}}}$

kde r je poloměr desky.

Poznámka: Smykové napětí se u poloměru rovnoběžné desky mění napříč poloměrem. Výše uvedený vzorec se vztahuje k poloze poloměru 3/4, pokud je testovaný vzorek newtonovský.

Koaxiální válce

${\ displaystyle {\ begin {aligned} C_ {1} & = {\ frac {1} {3}} r _ {\ text {a}} ^ {2} H, \\ C_ {2} & = {\ frac {2r _ {\ text {i}} ^ {2} r _ {\ text {o}} ^ {2}} {r _ {\ text {a}} ^ {2} \ left (r _ {\ text {o}} ^ {2} -r _ {\ text {i}} ^ {2} \ right)}}, \ end {zarovnáno}}}$

kde:

r _a = ( r _i + r _o ) / 2 je průměrný poloměr,

r _i je vnitřní poloměr,

r _o je vnější poloměr,

H je výška válce.

Poznámka: C ₁ bere smykové napětí jako napětí vyskytující se v průměrném poloměru r _a .

Elektromagneticky otáčející se sférický viskozimetr (EMS viskozimetr)

EMS viskozimetr měří viskozitu kapalin sledováním rotace koule poháněné elektromagnetickou interakcí: Dva magnety připojené k rotoru vytvářejí rotující magnetické pole. Vzorek ③, který se má měřit, je v malé zkumavce ②. Uvnitř trubice je hliníková koule ④. Trubice je umístěna v komoře s řízenou teplotou ① a je nastavena tak, aby se koule nacházela ve středu obou magnetů.

Rotující magnetické pole indukuje v oblasti vířivé proudy. Výsledná Lorentzova interakce mezi magnetickým polem a těmito vířivými proudy generuje točivý moment, který rotuje kouli. Rychlost otáčení koule závisí na rychlosti otáčení magnetického pole, velikosti magnetického pole a viskozitě vzorku kolem koule. Pohyb koule je monitorován videokamerou ⑤ umístěnou pod buňkou. Kroutící moment působící na kouli je úměrný rozdílu úhlové rychlosti magnetického pole Ω _B a jedna koule Ω _S . Existuje tedy lineární vztah mezi ( Ω _B - Ω _S ) / Ω _S a viskozitou kapaliny.

Tento nový princip měření vyvinuli Sakai et al. na univerzitě v Tokiu. Viskozimetr EMS se odlišuje od ostatních rotačních viskozimetrů třemi hlavními charakteristikami:

• Všechny části viskozimetru, které přicházejí do přímého kontaktu se vzorkem, jsou jednorázové a levné.
• Měření se provádějí v uzavřené vzorkovací nádobě.
• EMS viskozimetr vyžaduje pouze velmi malé množství vzorku (0,3 ml).

Viskozimetr Stabinger

Úpravou klasického rotačního viskozimetru typu Couette je možné kombinovat přesnost stanovení kinematické viskozity se širokým rozsahem měření.

Vnější válec viskozimetru Stabinger je trubice naplněná vzorkem, která se otáčí konstantní rychlostí v měděném pouzdru s řízenou teplotou. Dutý vnitřní válec - ve tvaru kuželového rotoru - je ve vzorku vystředěn hydrodynamickými mazacími účinky a odstředivými silami . Tímto způsobem je zcela vyloučeno veškeré tření ložiska , což je u většiny rotačních zařízení nevyhnutelný faktor. Smykové síly rotující kapaliny pohánějí rotor, zatímco magnet uvnitř rotoru vytváří vířivou proudovou brzdu s okolním měděným pouzdrem. Mezi hnacími a retardačními silami je stanovena rovnovážná rychlost rotoru, což je jednoznačná míra dynamické viskozity. Měření rychlosti a točivého momentu je realizováno bez přímého kontaktu snímačem Hallova jevu počítajícím frekvenci rotujícího magnetického pole . To umožňuje vysoce přesné rozlišení točivého momentu 50  pN · m a široký měřící rozsah od 0,2 do 30 000 mPa · s s jediným měřicím systémem. Vestavěný hustoty měření založené na oscilační U-trubice principu umožňuje stanovení kinematické viskozity od měřeného dynamické viskozity využívající vztah

${\ displaystyle \ nu = {\ frac {\ eta} {\ rho}},}$

kde:

ν je kinematická viskozita (mm ² / s),

η je dynamická viskozita (mPa · s),

ρ je hustota (g / cm ³ ).

Bublinový viskozimetr

Bublinové viskozimetry se používají k rychlému stanovení kinematické viskozity známých kapalin, jako jsou pryskyřice a laky. Doba potřebná pro vznik vzduchové bubliny je přímo úměrná viskozitě kapaliny, takže čím rychleji bublina stoupá, tím nižší je viskozita. Abecední srovnávací metoda používá 4 sady označených referenčních zkumavek A5 až Z10 se známou viskozitou k pokrytí rozsahu viskozity od 0,005 do 1 000 zdvihů . Metoda přímého času používá k určení „bublinových sekund“ jednu třířádkovou časovou trubici, kterou lze poté převést na stokes.

Tato metoda je značně přesná, ale měření se mohou lišit kvůli odchylkám vztlaku v důsledku změny tvaru bubliny v trubici. To však nezpůsobuje žádný vážný nesprávný výpočet.

Viskozimetr s obdélníkovou štěrbinou

Základní konstrukce viskozimetru / reometru s obdélníkovým zářezem se skládá z kanálu s obdélníkovým zářezem a jednotnou plochou průřezu. Zkušební kapalina je čerpána konstantním průtokem tímto kanálem. Několik tlakových senzorů pod omítku v lineárních vzdálenostech podél směru proudu měří pokles tlaku, jak je znázorněno na obrázku:

Princip měření: Štěrbinový viskozimetr / reometr je založen na základním principu, že viskózní kapalina odolává toku a vykazuje klesající tlak po celé délce štěrbiny. Pokles nebo pokles tlaku ( ∆ P ) koreluje s smykovým napětím na hranici stěny. Zdánlivá rychlost smyku přímo souvisí s rychlostí toku a rozměrem štěrbiny. Vypočítá se zdánlivá smyková rychlost, smykové napětí a zdánlivá viskozita :

${\ displaystyle {\ begin {aligned} {\ dot {\ gamma}} _ {\ text {a}} & = {\ frac {6Q} {wh ^ {2}}}, \\\ sigma & = {\ frac {wh} {2 (w + h)}} {\ frac {\ Delta P} {l}}, \\\ eta _ {\ text {a}} & = {\ frac {\ sigma} {{\ tečka {\ gamma}} _ {\ text {a}}}}, \ end {zarovnáno}}}$

kde

${\ displaystyle {\ dot {\ gamma}}}$ je zdánlivá smyková rychlost (s ^-1 ),

σ je smykové napětí (Pa),

η _a je zdánlivá viskozita (Pa · s),

∆ P je tlakový rozdíl mezi předním snímačem tlaku a posledním snímačem tlaku (Pa),

Q je průtok (ml / s),

w je šířka průtokového kanálu (mm),

h je hloubka průtokového kanálu (mm),

l je vzdálenost mezi předním snímačem tlaku a posledním snímačem tlaku (mm).

Pro stanovení viskozity kapaliny se vzorek kapaliny čerpá štěrbinovým kanálem při konstantním průtoku a měří se pokles tlaku. Podle těchto rovnic se vypočítá zdánlivá viskozita pro zdánlivou smykovou rychlost. Pro newtonovskou kapalinu je zdánlivá viskozita stejná jako skutečná viskozita a postačuje jediné měření smykové rychlosti. U nenewtonských kapalin není zdánlivá viskozita skutečnou viskozitou. Aby se získala skutečná viskozita, zdánlivé viskozity se měří při více zdánlivých smykových rychlostech. Potom se pomocí Weissenberg – Rabinowitsch – Mooneyho korekčního faktoru vypočítají skutečné viskozity η při různých smykových rychlostech:

${\ displaystyle {\ frac {1} {\ eta}} = {\ frac {1} {2 \ eta _ {\ text {a}}}} \ vlevo (2 + {\ frac {\ mathrm {d} \ ln {{\ dot {\ gamma}} _ {\ text {a}}}} {\ mathrm {d} \ ln {\ sigma}}} \ right).}$

Vypočtená skutečná viskozita je stejná jako hodnoty kužele a desky při stejné smykové rychlosti.

Upravenou verzi viskozimetru / reometru s obdélníkovým výřezem lze také použít ke stanovení zjevné protahovací viskozity .

Krebsův viskozimetr

Krebsův viskozimetr používá k měření viskozity kapaliny digitální graf a malé vřeteno postranního ramene. Nejčastěji se používá v průmyslu barev.

Různé typy viskozimetrů

Jiné typy viskozimetrů používají kuličky nebo jiné předměty. Viskozimetry, které dokážou charakterizovat nenewtonovské tekutiny, se obvykle nazývají reometry nebo plastometry .

Ve viskozimetru ICI „Oscar“ byla uzavřená plechovka s tekutinou oscilována torzně a chytrými technikami měření bylo možné měřit jak viskozitu, tak i pružnost ve vzorku.

Marsh trychtýř viskozimetr opatření viskozitu od času ( efluxní času ) trvá známý objem kapaliny proudit ze základny kužele přes krátkou trubkou. Toto je v zásadě podobné průtokovým kalíškům (efluxním kalíškům), jako jsou kalíšky Ford , Zahn a Shell, které používají různé tvary kužele a různé velikosti trysek. Měření lze provádět podle ISO 2431, ASTM D1200 - 10 nebo DIN 53411.

Reometru flexibilní lopatka zlepšuje přesnost měření pro kapaliny nižší viskozity využívající jemné změny v oblasti proudění v důsledku pružnosti pohyblivých nebo stacionárních čepelí (někdy nazývané křídlo nebo jednostranně upnutím konzola).

Viz také

• Měření průtoku
• Poiseuilleova rovnice
• Viscotherm

Reference

• British Standards Institute BS ISO / TR 3666: 1998 Viskozita vody
• British Standards Institute BS 188: 1977 Metody pro stanovení viskozity kapalin

externí odkazy

• RHEOTEST Medingen GmbH - Historie a sbírka reologických nástrojů z doby Fritze Höpplera
• ASTM International (ASTM D7042)
• Tabulky převodu viskozity
• [1] - Alpha Technologies (dříve Monsanto Instruments and Equipment) - Akron, Ohio USA
• Viscopedia | Bezplatná znalostní báze pro viskozitu