Вискозитетът на различните течности се измерва със специални уреди - вискозиметри. Според характеристиките и дизайна се разграничават няколко вида на тези устройства. Един от тях е ротационен вискозиметър, способен да оцени пропускливостта на средата.
Разновидности на уреди
Инструментите, използвани за измерване на вискозитета на течност, обикновено се разделят на три големи групи:
Капилярен вискозиметър
Механичен вискозиметър
Ротационен вискозиметър
Нека разгледаме всеки един от видовете по-подробно.
Механични устройства
Категорията механични вискозиметри е набор от различни инструменти, базирани на механичните свойства на течностите. Това могат да бъдат резонансни измервателни уреди, балон, топчен тип. Ако първите два вида се използват най-често в лабораторията, то последният се среща в ежедневието. Принципът му на действие се основава на откритието на Галилей.
Вътре в устройството има "кабина", където се намира топката. След напълване на устройството с течност,чийто вискозитет трябва да се определи, топката пада. Измерва се точното време, необходимо за падане на топката в контактната зона. Условният вискозитет се определя от този интервал от време.
Устройства от капилярен тип
Капилярният вискозиметър в своя дизайн има тънка тръба с известен диаметър. Тестовата течност протича през тази тръба. Същата течност се прекарва и през тръба с голям диаметър, вътре в която не се създава капилярен ефект. Най-често течността тече под силата на гравитацията (т.е. отгоре надолу). Но в някои устройства се създава изкуствено налягане. Измерва се времето, необходимо за изтичане на течността от двете тръби. След това се изчислява тяхната разлика. Стойността на вискозитета ще бъде пропорционална на стойността на тази разлика.
Устройствата от този тип са прости, но големи. Друг недостатък е, че вискозитетът на измерваната течност не трябва да надвишава 12 kPas. Тази стойност съответства на течности, които текат добре. По-гъсти течности или тези с бучки не могат да бъдат измерени в този случай.
Ротационен вискозиметър: принцип на действие
Конструкцията на измервателните уреди от този тип е цилиндър, вътре в който е поставена сфера. Вътрешната сфера се движи с определена скорост поради свързаното електрическо задвижване.
Между цилиндъра и сферата има пространство, което е изпълнено с изследваната течност. В този случай съпротивлението на движението на сферата се променя. При тези устройства се измерва именно зависимостта на съпротивлениетотечност и скорост на въртене. Тези параметри са фиксирани в резултат на теста.
В цилиндър не винаги има сфера. Може да бъде заменен с диск, конус, плоча или друг цилиндър. Разстоянието между външното и вътрешното тяло е няколко милиметра, за да се създаде сила на триене. Стойността на съпротивлението се определя от сензори. Колкото повече са зададени, толкова по-точна ще бъде стойността. Съответно цената на устройството ще се увеличи.
Ротационният вискозиметър е подходящ за течности, чийто вискозитет варира от хиляда до милиони Pas. Скоростта на въртене на вътрешното тяло играе важна роля. Зависи от точността на измерването. Колкото по-бавна е скоростта, толкова по-точно е измерването. Инструментите с минимална скорост на въртене са много точни, но също така са скъпи.
Видове ротационни вискозиметри
Принципът на работа на устройството, описано по-горе, е типичен за вискозиметъра Brookfield. Това е най-простото измервателно устройство от този тип. Но вътрешното тяло не винаги се движи. В някои случаи външният цилиндър се върти. Ето защо ротационният вискозиметър може да бъде от два вида: с фиксиран цилиндър и усукващи измерватели.
Вътрешното тяло на торсионните вискозиметри е окачено в центъра върху еластична нишка. Когато външният цилиндър се върти, измерваната течност също започва да се движи. Когато се върти, цилиндърът също се усуква. Ъгълът на завъртане на вътрешния цилиндър се балансира от момента на триене на въртящата се течност.
Възниква грешка при измерване поради дъното на вътрешния цилиндър. Различни учени са се опитвали да решат този проблем по свой собствен начин. Най-често дъното беше направено вдлъбнато. При пълнене на течността във вдлъбнатината остава въздух. Това намалява триенето на дъното. Учените Gatchek, Kuett поставили вътрешния цилиндър в защитни пръстени. Това намали турбулентността на краищата му. Волорович използваше висока, но тясна шапка. В този случай грешката поради дъното стана незначителна. Редица учени са използвали инструменти, при които разстоянието между цилиндрите е много малко. В същото време дъното на устройството не беше напълнено с течност.
Ротационният вискозиметър в своя дизайн има много опции. Но винаги има предимствата на гъвкавост, малък размер, малка грешка и ниска цена. Благодарение на тези характеристики устройството стана толкова популярно.
