Вискозиметр. Предназначение и устройство прибора

10.11.2021
Вискозиметр – сложный прибор, обеспечивающий возможность точного определения показателей вязкости жидкости. На сегодня потребность в наличии подобных устройств существует в различных сферах производственной деятельности, включая фармацевтику, нефтехимию, пищевую промышленность, строительство и так далее.

Вязкость используемых жидкостей во многих случаях играет решающе значение для качества итогового результата. Например, в нефтехимической промышленности вязкость является одной из базовых характеристик моторных и трансмиссионных масел, в пищевой промышленности требуется определение вязкости соков, молочной продукции, в медицине в лабораториях проверяют вязкость крови, состав различных жидких лекарственных препаратов (фармакология).

Виды вязкости

Вязкость жидкости может быть кинетической или динамической. В большинстве случаев в процессе выполнения исследований, требуется определять именно динамическую вязкость изучаемого материала, то есть степени его густоты. Данный показатель отражает текучесть веществ в обычных условиях, когда температурный режим жидкости и окружающей среды находится в пределах +18…+22 градуса.

Кинетическая вязкость вещества определяется в процессе оказания на него внешнего воздействия температурой или сжатием под давлением. Изучение данной характеристики необходимо для установления поведения изучаемых жидкостей в процессе эксплуатации, когда они сталкиваются с нагревом и повышением давления. Виксозиметр является обязательным атрибутом проведения исследований с машинными маслами в «холодном» и «горячем» состоянии.

Типы вискозиметров

Несмотря на то, что все без исключения вискозиметры обеспечивают измерение показателей вязкости жидкостей, они могут существенно различаться между собой особенностями конструкции и принципами действия. На сегодня наибольшее распространение получили следующие варианты:

1.     Ротационные. Наиболее сложные по конструкции устройства, отдаленно напоминающие кухонные миксеры. Они призваны определять динамическую вязкость. Внутри емкости располагается вращающийся шпиндель. Вязкость жидкости создает сопротивление, замедляющее вращение. Электроника проводит замеры возникающих усилий противодействия, на основании чего и формируются данные о степени вязкости исследуемого состава. Расчет ведется по количеству совершенных оборотов шпинделя в единицу времени с выводом итогового результата на дисплей. На сегодня вискозиметры данного типа являются единственными, позволяющими определить степень вязкости ньютоновских и неньютоновских веществ в жидком состоянии. Единицей измерения вязкости в данном случае выступает Па·с.
2.     Капиллярные. Существует не меньше десятка разновидностей подобных устройств, созданных учеными в разные годы. Наибольшую известность имеют модели Отсвальда, Уббелоде и Кэнон-Финские. Принцип их действия в целом схожий и предполагает определение времени, необходимого для полного вытекания определенного объема исследуемой жидкости через отверстие установленного размера. С ростом вязкости вещества скорость его вытекания уменьшается. После замера полученного времени определить вязкость можно с использованием уже готовых таблиц перевода значений или посредством расчетных формул вязкости.
3.     С подвижным шариком. Простые по конструкции устройства, работа которых строится на основе закона Стокса. С учетом высокой точности получаемых результатов вискозиметры данного типа допущены для использования в условиях лабораторий. Конструктивно устройство представляет собой колбу под наклоном к горизонту с небольшим шариком внутри. Колба установлена так, чтобы гарантировать возможность оборота на 180 градусов. Расчет проводится путем определения времени погружения шарика внутри исследуемой жидкости из верхнего положения в нижнее. За счет переворачивания колбы эксперимент может повторяться несколько раз для определения среднего значения. Важную роль при этом играет точность реакции человека в процессе проведения замеров. Существуют и автоматические вискозиметры с подвижным шариком, в которых человеческий фактор нивелирован, а точность результатов оказывается выше.
4.     Вибрационные. В основе вискозиметров данного типа лежит вибрационное воздействие, передаваемое через зонд на исследуемую жидкость. В результате такого воздействия формируется резонансная частота, величина которой находится в прямой зависимости от вязкости жидкости. Все замеры определяются цифровым модулем, что позволяет получить точность, соответствующую уровню лабораторных исследований. Одной из особенностей устройства является возможность установления вязкости материала в процессе протекания в нем химических реакций. На предприятиях нефтехимической промышленности такие вискозиметры зачастую встраиваются в производственные линии для определения вязкости проходящих по трубопроводам нефти и нефтепродуктов. Их конструкция зачастую позволяет переносить значительное температурное воздействие, как при нагреве, так и охлаждении.
5.     Пузырьковые. Устройства данного типа по принципам работы соответствуют вискозиметрам с подвижным шариком, но только его роль выполняет воздушный пузырь (возможно использование газов). Данная модель в силу невысокой точности и недостаточного удобства использования на сегодняшний день не имеет широкого распространения, но встречается при проведении исследований.

Чашка-вискозиметр

Это один из наиболее простых по устройству приборов, используемых для определения вязкости лакокрасочных материалов. Его необходимо отнести к моделям капиллярного типа. Он необходим для выполнения окрасочных работ с использованием краскопультов. В случае высокой густоты используемых красок они будут недостаточно эффективно проходить через сопло распылителя, а на обрабатываемой поверхности не будут растекаться должным образом, приводя к появлению шагрени. Соответственно перед началом выполнения работ требуется установить вязкость краски, после чего она доводится до оптимальных параметров за счет добавления растворителя.

Одним из преимуществ прибора является высокая скорость получения результата. Его конструкция предельно проста. На длинной рукоятке находится небольшая по объему емкость, вмещающая до 100мл жидкости. Диаметр отверстия в дне, через которое вытекает краска, составляет 4мм. От человека требуется только замерить время, в течение которого краска полностью вытечет из емкости. При наполнении лакокрасочными материалами сливное отверстие находится в положении «закрыто», а одновременно с его открытием необходимо запустить и таймер отсчета времени. Единичные капли, остающиеся после выхода всего объема, в расчет не принимаются, а температуру окружающей среды и материала целесообразно приближать к эталонным значениям +18…+22 градуса.

Данный прибор не может обеспечить идеальной точности измерений, но ее вполне достаточно для выполнения малярных работ. При этом оптимальными считаются параметры вязкости, при которых обеспечивается вытекание 100мл исследуемой краски за время:

•     автомобильные эмали – 15-20 секунд;
•     грунты – 15-30 секунд;
•     латексные краски – 35-45 секунд;
•     молотковые краски – 30-45 секунд;
•     эмали в ассортименте – 15-25 секунд.

С учетом максимальной простоты данного прибора он обладает минимальной стоимостью, в результате чего во многих случаях его используют, как одноразовый. Для повторного применения чашку требуется тщательно вымыть с использованием растворителей от остатков краски, чтобы обеспечить необходимую точность измерений. В противном случае остатки старого материала на краях отверстия снизят его диаметр, нарушая чистоту замеров.

В некоторых случаях краскопульты, имеющие строгие границы допустимой вязкости используемых красок имеют подобные чашки-вискозиметры в качестве стандартного элемента в комплекте с оборудованием. В случае, если использовать более вязкие жидкости, существует высокая вероятность поломки или преждевременного выхода из строя краскопульта.

Вискозиметр Суттарда

Данная модель получила довольно широкое распространение в бытовых условиях. По конструкции это полый внутри цилиндр, материалы которого невосприимчивы к коррозии. Он в свою очередь на диск, имеющий круговую разметку с различными значениями каждой из окружностей. Используется подобный вискозиметр в строительстве для определения текучести штукатурных составов.

Цилиндр устанавливается на круг, внутрь заливают раствор, после чего его резко поднимают. Отсутствие два приводит к растеканию раствора по поверхности цилиндра. В зависимости от того, до какой из окружностей растечется состав, определяется его точная величина текучести. Быстрый и одновременно простой способ.

Особенности ухода

После выполнения измерений вискозиметр требуется только очистить от остатков жидкости, чтобы к следующему применению он был полностью чист. В зависимости от исследуемого вещества для этого можно использовать воду, растворители, специальные составы. Для устройств, применяемых в сфере ГРОЕИ, требуется ежегодная поверка приборов, в первую очередь цифровых моделей.

Компания UED является одним из ведущих поставщиков на российский рынок лабораторного оборудования от известных и проверенных производителей. В их числе и вискозиметры различных типов и ценовых категорий. При необходимости персонал компании поможет с подбором оптимальной модели, оформлением заказа и организацией доставки в любой из российских регионов.