ВИДЫ ВИСКОЗИМЕТРОВ: ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ, ДОСТОИНСТВА И НЕСОВЕРШЕНСТВА

TYPES OF VISCOMETERS: PRINCIPLE OF OPERATION, ADVANTAGES AND IMPERFECTIONS

Liliya Yafaeva

undergraduate of the Department «Standardization and Metrology», Ufa State Aviation Technical University,

Russia, Ufa

Guzaliya Ardashirova

scientific advisor, candidate of biology, assistant of the Department «Standardization and Metrology», Ufa State Aviation Technical University

Russia, Ufa

АННОТАЦИЯ

Данная работа посвящена обзору и сравнению вискозиметров различного типа. В качестве объектов исследования выбраны ротационный, вибрационный, ультразвуковой, капиллярный вискозиметры и вискозиметр с падающим шариком. В работе рассмотрены принципы работы, преимущества и недостатки приборов.

ABSTRACT

This work is devoted to the review and comparison of viscometers of various types. Rotary, vibration, ultrasonic, capillary viscometer and viscometer with a falling ball were selected as the objects of research. The paper considers the principles of operation, advantages and disadvantages of the devices.

Ключевые слова: вискозиметр; кинематическая вязкость; динамическая вязкость; точность измерения.

Keywords: viscometer; kinematic viscosity; dynamic viscosity; measurement accuracy.

Вискозиметры – это измерительные приборы, применяемые для определения кинематической и динамической вязкости жидкостей, реологические параметры которых подлежат контролю или должны соответствовать установленным требованиям [1, с. 12].

Вискозиметрический метод исследования жидкостей применяется во многих отраслях науки и производства: в химической и лакокрасочной промышленности (растворители, красители, латекс, краски, лаки), в фармакологии (первичное сырье, эмульсии, суспензии, экстракты), в нефтехимическом и топливном производстве (машинное масло, бензин, парафин, жидкие углеводороды). Без измерения вязкости не обходятся также пищевая отрасль (желатин, сиропы, соки, мед) и медицина (определение вязкости крови).

В зависимости от конструкционных особенностей и принципов применения различают вискозиметры ротационные, вибрационные, капиллярные, ультразвуковые и вискозиметры с падающим шариком. Каждый из них обладает достоинствами и недостатками [2, с. 326].

Наиболее популярными и точными принято считать вискозиметры ротационного типа. Контролируемой жидкостью заполняется пространство между двумя соосными телами, одно из которых находится в неподвижном состоянии, другое, называемое ротором, вращается с постоянной скоростью [3, с. 12].  Вязкость жидкости определяется по крутящему моменту при круговом сдвиговом течении материала с постоянной скоростью в тонком кольцевом слое.

Одним из самых перспективных вискозиметров в нефтехимической области являются вибрационные. Метод, используемый в данных приборах, основан на регистрации изменений параметров вынужденных колебаний зонда вискозиметра, тела правильной геометрической формы, при погружении в испытуемую среду. От вязкости зависят следующие параметры колебаний зонда: резонансная частота, сдвиг фаз, декремент затухания механических колебаний и амплитуда механических колебаний. С помощью данного метода контролируются как жидкие среды, так и мягкие твердообразные тела [4, с. 2].

Одним из старых и надежных считается капиллярный метод исследования. Принцип работы прибора состоит в определении времени, за которое определенный объем контролируемой жидкости протекает через трубку при заданной величине давления [5, с. 54].

В вискозиметрах с падающим шариком используется простой и при этом точный принцип Гепплера. В ходе исследования измеряется время падения шарика через трубку, заполненную жидким образцом. Вискозиметр с падающим шариком используется как в промышленности, так и в академических организациях для научной работы. Благодаря простоте эксплуатации прибора и однозначности метода гарантировано получение точных результатов контроля жидкостей [6, с. 48].

Вибрационные и капиллярные вискозиметры позволяют определять вязкость с погрешностью соответственно 1,5 и 2%. Вискозиметр Гепплера дает погрешность до 3%. Самыми высокоточными считаются ультразвуковые вискозиметры, которые требуют наиболее квалифицированной эксплуатации.

Сущность ультразвуковой вискозиметрии основана на том, что в исследуемую жидкость погружают пластинку из магнитострикционного материала (зонд вискозиметра), на которую намотана катушка. В ней возникают короткие импульсы, приводящие к возникновению колебаний. Принцип действия – определение времени затухания ультразвуковых колебаний в жидкости [7].

Таблица 1.

Достоинства и недостатки вискозиметров различного типа

Вискозиметры находят широкое применение во многих областях жизни человека. Рассмотренные в статье вискозиметры обладают и достоинствами, и недостатками. На сегодняшний день ведутся работы по разработке и улучшению вискозиметров, что позволит исследовать реологические свойства материалов с наибольшей точностью в различных условиях среды.

Список литературы:

1. Неклюдова А.А. Совершенствование метрологического обеспечения измерений вязкости жидких сред в интервале температуры от минут 40 ºС до 150 ºС: дис. канд. техн. Наук. Санкт-Петербург: ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева», 2019. 12 с.
2. Малкин А. Я., Исаев А. И. Реология: концепции, методы, приложения: пер. с англ. – СПб.: Профессия, 2007. – 560 с.
3. Катюхин В.Е., Карбаинова С.Н. Определение вязкости жидкостей. Томск: Издательство ТПУ, 2007. – С. 24.
4. Кремлевский В. П., Степичев А. А. Вибрационные вискозиметры. – М.; Л.: Машиностроение, 1968. – 24 с.
5. Вострокнутов Е.Г., Новиков М.И., Новиков В.И., Прозоровская Н.В. Переработка каучуков и резиновых смесей (реологические основы, технология, оборудование). – М.: Химия, 198. – 280 с.
6. Доня Д.В., Леонов А.А. Инженерная реология: Учеб. пособие. – Кемерово: Изд-во: Кемеровский технологический институт пищевой промышленности, 2008. – 123 с.
7. Обзор лабораторных вискозиметров и анализаторов вязкости [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://modul-ves.ru/stati/viskozimetry/ (дата обращения: 12.02.2021).