Разновидности вискозиметров. Капиллярный вискозиметр
Вязкость – это свойство жидкостей, газов, вязко-пластичных тел оказывать сопротивление сдвигу одного слоя продукта относительно другого.
Возникающая сила сопротивления называется силой вязкостного трения, которая рассчитывается следующим образом:
$-Fтр = u*(∂w/∂n)*Sc$
где, u - коэффициент пропорциональности; w - скорости сдвига; n - толщина слоя; ∂w/∂n - градиент скорости, который показывает изменение скорости сдвига по толщине слоя в направлении перпендикулярном сдвигающей силе; Sc - площадь слоя.
Знак минуса показывает, что сила вязкостного трения направлена навстречу сдвигающей силе. Коэффициент пропорциональности называется динамическим коэффициентом вязкости, определяющий вязкостные свойства вещества. Чем он больше, тем больше вязкость продукта.
Вискозиметр – это прибор, который предназначен для определения кинематической или динамической вязкости вещества.
Вязкость измеряется при помощи вискозиметров, которые бывают следующих видов:
- Капиллярные вискозиметры.
- Ротационные вискозиметры.
- Вискозиметры с падающим шариком или шариковые.
- Вискозиметры с вибрирующим зондом.
- Вискозиметры пузырькового типа.
Среди вышеперечисленных приборов наиболее распространены капиллярные вискозиметры и вискозиметры с падающим шариком. Пример схемы капиллярного вискозиметра изображен на рисунке ниже.
Рисунок 1. Схема капиллярного вискозиметра. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Здесь: 1 - трубопровод; 2 - насос; 3,5 - змеевиковые капилляры; 4 - мешалка; 6 - термоэлектронагреватель; 7 - сосуд; ТЕ - датчик температуры; ТС - регулирующий прибор.
Измеряемая насосом среда прокачивается по трубопроводу. Часть трубопровода состоит из змеевиковых капилляров, помещенная в сосуд с термостатирующей жидкостью. Термостатирование осуществляется регулирующим устройством, которое состоит из датчика температуры, термоэлектронагревателя и регулирующего прибора. Для равномерного распределения температуры по объему сосуда предназначена мешалка. В капилляре 3 жидкостью приобретается температура термостатирующей жидкости, благодаря чему ликвидируется погрешность измерений от колебаний температуры. После этого контролируемая среда поступает в измерительный капилляр. Проходя по измерительному капилляру, за счет сил вязкостного трения, происходит падение давления по длине капилляра. Чем больше вязкость измеряемой среды, тем больше появляющийся перепад давления, который измеряется при помощи дифманометрического преобразователя, сигнал с которого передается на измерительный прибор. Капиллярные вискозиметры используются для контроля однородных сред с относительно небольшой вязкостью.
Шариковые вискозиметры
Принцип действия шариковых вискозиметров основан на использовании закона Стокса, который определяет силу сопротивления твердого шарика при его падении в неограниченно вязкой жидкости:
$F=п*u*r*w$
где, r - радиус шарика; п=3,14; w - скорость падения шарика.
На основании закона Стокса можно определить зависимость между динамическим коэффициентом вязкости и скоростью падения шарика:
Рисунок 2.
где, рс - плотность среды; рш - плотность шарика.
Шариковые вискозиметры применяются для измерения вязкости очень вязких однородных жидкостей, без пузырьков газа и загрязнений. На рисунке ниже представлен пример схемы автоматического вискозиметра с падающим шариком.
Рисунок 3. Схема автоматического вискозиметра с падающим шариком. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Здесь: 1 - измерительная камера; 2- насос; БУ - блок управления; 3 - сетки; 4 - шарик из металла; L1.L2 - измерительные катушки преобразователя; ЭУ - электронный усилитель; ИП - измерительный прибор; М - электродвигатель насоса.
Через измерительную камеры насосом прокачивается контролируемая среда. Скорость протекания при помощи блока управления электрическим двигателем насоса. Внутри камеры между индукционными катушками располагается металлический шарик, являющийся сердечником преобразователя. Этот шарик удерживается в подвешенном состоянии восходящим потоком жидкости. Когда он занимает среднее положение между секциями измерительной обмотки L2, сигнал на электронный усилитель равняется нулю. В случае изменения вязкости шарик смещается относительно нейтрального положения, а в измерительной обмотке появляется падение напряжение, которое через электронный усилитель передается на измерительный прибор и блок управления, изменяющий режим работы насоса таким образом, чтобы он снова вернулся в нейтральное положение. Перемещение шарика ограничено сетками.
