Вискозиметр

Вискозиметр. Замеряем вязкость лакокрасочных составов

Вискозиметрия – раздел измерительной техники, отвечающий за выяснение вязкости различных веществ – широко распространена в машиностроении и металлообработке с целью измерения вязкости масел и технологических смазок. Но в строительстве без вискозиметров также не обойтись: например, для уточнения вязкости лаков и красок. От этого зависит надёжность работы краскопультов и иной подобной техники.

Основы строительной вискозиметрии

Различают динамическую и кинематическую вязкость. Первая является мерой сил сдвига, которые надо приложить к контактирующим между собой плоским поверхностям, покрытым какой-либо жидкостью, чтобы сдвинуть их относительно друг друга.

Вторая есть частное от деления динамической вязкости на плотность жидкости. Понятно, что повышенную наглядность о свойствах краски даёт именно значение её кинематической вязкости.

Методы определения кинематической вязкости регламентируются ГОСТ 33-78, для чего разработана целая гамма соответствующих приборов — вискозиметров серий ВПЖ (ВПЖ-1, ВПЖ-2, ВПЖ-4), ВНЖ и ВПЖМ (ГОСТ 10028-77).

Все конструкции вискозиметров обязаны определять кинематическую вязкость так называемых ньютоновских жидкостей, для которых сопротивление сдвигу прямо пропорционально скорости скольжения контактируемых поверхностей.

В системе СИ мерой кинематической вязкости является м2/с, однако часто пользуются более мелкой производной единицей 1мм2/с, называемой сантистоксом (сСт).

Иногда вязкость традиционными способами установить невозможно. Тогда устанавливается так называемая условная вязкость (ВУ). Единица «градус ВУ» по ГОСТ 6258-82 определяется как отношение времени истечения краски при температуре испытания ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды при 20ºС. Условную вязкость измеряют в градусах Энглера ºЕ.

Поскольку краски интенсивно загустевают при пониженных температурах, то их вязкость в этом случае измеряется по технологии, предусмотренной ГОСТ 1929-81, когда определённую порцию краски под давлением перемещают по калиброванному трубопроводу вискозиметра с определённым диаметром, а фактическую вязкость измеряют по нанесённым на стенки меткам. Распространён также ротационный способ, когда краску помещают в замкнутый внутренний объём, и, проворачивая находящийся там цилиндр, получают необходимое значение вязкости.

По принципу действия различают:

• капиллярные вискозиметры;
• ротационные вискозиметры;
• ультразвуковые вискозиметры;
• с падающим шариком (вискозиметры Гепплера);
• вибрационные вискозиметры.

Для измерения вязкости краски используются преимущественно приборы первых двух типов. Главным требованием к прибору считается его способность к определению вязкости краски в возможно более широком диапазоне температур.

Капиллярные вискозиметры

Такие приборы (называемые также вискозиметрами Оствальда) используют традиционный способ измерения вязкости для краски, когда определённое количество краски самотёком (под воздействием давления верхний слоёв на нижние) проходит через тарированное отверстие; время истечения определяет вязкость вещества. Чем больше соотношение между диаметрами сосуда и капилляра, тем точнее измерение.

Капиллярные вискозиметры подразделяют на чашечные и погружные. Для работы первых отбирают нужную дозу краски из ёмкости и устанавливают её вязкость в лаборатории. Погружные вискозиметры можно опускать в ёмкость с краской и замерять её вязкость на месте, что быстрее и удобнее.

Капиллярный вискозиметр включает в себя:

1. Несколько сосудов (капилляров).
2. Чашку или тарированную ёмкость, снабжённую воронкой для плавного истечения краски.
3. Штатив.
4. Хронометр.
5. Перепускные краны.

Для удобства своего применения корпуса всех капиллярных вискозиметров изготавливаются из легкоочищающихся от краски материалов, штативы имеют высотную регулировку, а подача дозированного объёма краски в ёмкость может быть автоматизирована применением специальных микронасосов.

Достоинством прибора считается его высокая точность, которая не зависит от условий применения, поскольку при перемещении жидкостей по малым капиллярам однородность исследуемой среды не имеет значения, таким образом, отбор краски для определения вязкости можно выполнять произвольным образом, и из любого места.

Недостаток капиллярных вискозиметров – хрупкость капилляров, поэтому их использование непосредственно на стройплощадке не рекомендуется.

Ротационные вискозиметры

Внешне такие приборы (ВЗ-4, ВЗ-246 и др.) напоминают миксер: в полый внешний сосуд цилиндрической формы вставляется внутренний сосуд, также цилиндрический. В частности, в приборе ВЗ-246 внешний сосуд соединён с приводным валом электродвигателя, что позволяет производить его вращение с постоянной скоростью.

Внутренний сосуд на гибкой нити подвешен к корпусу прибора. В пространство между цилиндрами заливают краску, после чего включают привод вращения внешнего цилиндра. При вращении краски её слои, соприкасающиеся с поверхностью внутреннего цилиндра, вследствие трения будут передавать вращающий момент на внутренний цилиндр.

По интенсивности его вращения можно установить вязкость краски.

Для достижения необходимой точности замеров требуется выполнить ряд условий:

• замер вращающегося момента возможен только после того, как скорость движения внутреннего цилиндра станет постоянной;
• класс чистоты поверхностей обоих цилиндров, которые контактируют с краской, должен быть одинаковым;
• соотношение размеров цилиндров должно быть строго определённым, что учитывается так называемой постоянной ротационного вискозиметра (для каждого прибора она может быть различной, поэтому, результаты, полученные на разных приборах, трудно сопоставить между собой).

Выпускаются и инверсные исполнения ротационных вискозиметров, когда электродвигатель вращает не наружный, а внутренний цилиндр.

Прочие типы вискозиметрических установок

Для измерения вязкости краски можно использовать вибрационные вискозиметры, отличающиеся высокой точностью и стабильностью получаемых результатов. Здесь вязкость определяется по колебаниям зонда, помещаемого в цилиндрическую ёмкость с исследуемой краской.

Зонд (в виде тонкого стержня) подвешивается на пружине по своей оси. На образующей зонда размещён колебательный контур, включающий в себя приёмную и передающую катушки индуктивности, которые включены в цепь переменного тока. Возбуждаемые колебания передаются краске, которая также начинает совершать вынужденные колебания.

По их амплитуде и частоте судят о плотности и вязкости краски.

Современные конструкции вибрационных вискозиметров оснащаются датчиками температуры, которые позволяют вносить температурные поправки в полученные результаты. Чем больше вязкость краски, тем более точным получается измерение.

Тем не менее вибровискозиметры непосредственно на стройплощадке использовать затруднительно, т. к. на точность сильно влияет общий уровень вибраций.

А он может быть значительным, например, из-за действия пневматического ударного инструмента.

При небольших объёмах краски можно использовать также вискозиметры Гесса, которые позволяют исследовать вязкость крови, и широко используются в медицинской практике. Для красок особо высокой вязкости используются вискозиметры Суттарда, применяемые для определения вязкости гипсового теста, а также в пищевой промышленности.

Как выбрать вискозиметр?

Исходными данными являются:

1. Ориентировочный диапазон вязкости краски, который придётся определять.
2. Требуемая точность полученного результата.
3. Стабильность замеров.
4. Возможность оперативного применения выбранного типа вискозиметра в любых условиях.

По параметру точности лидируют вибрационные и капиллярные вискозиметры, которые позволяют установить вязкость с погрешностью соответственно 1,5 и 2%.

Несколько более высокую погрешность даёт вискозиметр Гепплера – до 3% — действие которого основано на принципе шарика, падающего в объёме исследуемой краски: вязкость оценивается по времени его падения. Прибор прост и удобен в применении, причём в любых производственных условиях.

Наивысшую точность обеспечивают ультразвуковые вискозиметры, которые, однако, требуют и наиболее квалифицированного обслуживания.

При выборе типоразмера ротационного вискозиметра принимают во внимание:

• точность измерения вязкости;
• комплектность прибора (количество сменных валов);
• диапазон скоростей вращения вала;
• наличие ручного и автоматического режима работы;
• внешние условия применения (температура и влажность окружающего воздуха);
• требования к питающей электросети.

Источник: http://proinstrumentinfo.ru/viskozimetr-rotatsionnyj-kapillyarnyj-vz-246-brukfilda-vz-4-vpzh-2/

Приборы для измерения вязкости жидкости. Вискозиметр ротационный

Вязкость различных жидкостей измеряется специальными приборами – вискозиметрами. По характеристикам и конструкции выделяют несколько видов данных приборов. Одним из них является вискозиметр ротационный, способный оценить проницаемость среды.

Разновидности приборов

Приборы, используемые для измерения вязкости жидкости, принято делить на три большие группы:

• Механический вискозиметр.

Рассмотрим каждый из видов более подробно.

Механические приборы

Категория механических вискозиметров представляет собой целый ряд различных приборов, принцип работы которых основан на механических свойствах жидкостей. Это могут быть измерители резонансного, пузырькового, шарикового типов. Если первые два типа чаще всего используются в лаборатории, то последний встречается в быту. Его принцип работы основан на открытии Галилея.

Внутри прибора имеется «кабинка», где находится шарик. После заполнения прибора жидкостью, вязкость которой необходимо определить, шарик падает. Измеряется точное время, необходимое на падение шарика до контактной площадки. Условная вязкость определяется по данному временному интервалу.

Приборы капиллярного типа

Капиллярный вискозиметр в своей конструкции имеет тонкую трубку с известным диаметром. Исследуемая жидкость протекает по этой трубке. Эту же жидкость пускают также по трубке с большим диаметром, внутри которой не создается капиллярный эффект.

Чаще всего жидкость течет под силой тяжести (то есть сверху вниз). Но в некоторых приборах создается искусственное давление. Измеряется время, за которое жидкость вытечет по обеим трубкам. Далее высчитывается их разность.

Значение вязкости будет пропорционально значению данной разности.

Приборы данного типа просты, но имеют большие размеры. Еще один их недостаток заключается в том, что коэффициент вязкости измеряемой жидкости не должен превышать 12 кПа*с. Это значение соответствует жидкостям, которые хорошо текут. Более густые жидкости, или имеющие комки, в данном случае измерить нельзя.

Ротационный вискозиметр: принцип работы

Конструкция измерителей данного типа представляет собой цилиндр, внутрь которого помещена сфера. Внутренняя сфера движется с определенной скоростью за счет подключенного электропривода.

Между цилиндром и сферой остается пространство, которое заполняется исследуемой жидкостью. При этом сопротивление движению сферы изменяется. В данных приборах измеряется именно зависимость сопротивления жидкости и скорости вращения. Эти параметры и фиксируются в результате испытания.

Внутри цилиндра не всегда находится сфера. Она может быть заменена диском, конусом, пластиной или еще одним цилиндром. Расстояние между наружным и внутренним телом составляет несколько миллиметров, чтобы создалась сила трения. Значение сопротивления определяется датчиками. Чем больше их установлено, тем точнее будет значение. Соответственно, цена прибора будет увеличиваться.

Вискозиметр ротационный подходит для жидкостей, коэффициент вязкости которых находится в пределах от тысячи до миллионов Па*с. Скорость вращения внутреннего тела играет важную роль. От нее зависит точность измерения. Чем меньше скорость, тем точнее измерение. Приборы с минимальной скоростью углового вращения очень точны, но и стоят они дорого.

Виды ротационных вискозиметров

Описанный выше принцип работы прибора характерен для вискозиметра Брукфильда. Это наиболее простое устройство измерителя данного типа. Но не всегда движется внутреннее тело. В отдельных случаях вращается внешний цилиндр. Именно поэтому вискозиметр ротационный может быть двух видов: с неподвижным цилиндром и торсионные измерители.

Внутреннее тело торсионных вискозиметров подвешено в центре на упругой нити. При вращении внешнего цилиндра начинает двигаться и измеряемая жидкость. При ее вращении закручивается и цилиндр. Угол закручивания внутреннего цилиндра уравновешивается моментом сил трения вращающейся жидкости.

Погрешность измерения возникает из-за дна внутреннего цилиндра. Различные ученые пытались решить эту проблему по-своему. Чаще всего дно делали вогнутым. При заполнении жидкости в вогнутости остается воздух. Тем самым трение о дно снижается.

Ученые Гатчек, Куэтт внутренний цилиндр помещали в охранные кольца. Это снижало турбулентность его концов. Волорович использовал высокий, но узкий цилиндр. При этом погрешность из-за дна становилась незначительной.

Ряд ученых использовали приборы, в которых расстояние между цилиндрами было очень мало. При этом дно прибора не заполнялось жидкостью.

Вискозиметр ротационный по своей конструкции имеет очень много вариантов исполнения. Но он всегда обладает такими преимуществами, как универсальность, небольшой размер, малая погрешность и низкая стоимость. Именно благодаря этим характеристикам прибор и стал столь популярным.

Источник: http://fb.ru/article/303048/priboryi-dlya-izmereniya-vyazkosti-jidkosti-viskozimetr-rotatsionnyiy

Капиллярный вискозиметр, с падающим телом, ротационный вискозиметр

В технологических процессах многих отраслей промышленности важным показателем качества является вязкость жидких веществ. Вязкость жидкостей измеряется вискозиметрами.

Типы вискозиметров

По методам измерения вискозиметры можно разделить на следующие:

• капиллярные (измерение перепада давления на капилляре, через который пропускается жидкость с постоянным расходом);
• ротационные (измерение усилия, возникающего при вращении твердого тела в жидкости);
• с падающим телом (измерение времени падения твердого тела в слое жидкости заданной высоты);
• вибрационные (измерение скорости затухания упругих колебаний пластины в исследуемой жидкости).

Рис. 8.44.

Методы и средства измерения вязкости жидких тел: а – схема капиллярного вискозиметра (1 – точка отбора пробы; 2 – насос; 3 – змеевик; 4 – электродвигатель; 5 – регулятор расхода; б – капилляр; 7 – дифференциальный манометр; 8 – вторичный прибор; 9 – термостат; 10 – термометр; 11- регулятор; 12 – нагреватель; 13 – мешалка); б- схема ротационного вискозиметра (/ – точка отбора пробы; 2 – насос; 3 – электродвигатель; 4 – измерительный блок; 5 – показывающее устройство; 6 – рабочая камера; 7 – ротор; 8 – термочувствительный элемент; 9 – термостат; 10 – регулятор; 11 – нагреватель; 12- мешалка; 13 – змеевик); в – схема автоматического вискозиметра с падающим телом U и 9 – катушка; 2 – насос; 3 и 8 – ограничивающая сетка; 4 – вторичный прибор; 5 -релейный блок; 6 – усилитель; 7 – шарик; 10 – мерная трубка; 11 – резервуар)

Капиллярный вискозиметр

Схема капиллярного вискозиметра представлена на рис. 8.44, а. Продукт от точки отбора пробы 1 подается насосом 2 через змеевик 3 и регулятор расхода 5 в капилляр б. Основные части прибора помещены в термостат 9 с мешалкой 13, обычно заполняемый маслом.

Привод мешалки осуществляет электродвигатель 4. Температура в ванне поддерживается постоянной с помощью регулятора 11, управляющего нагревателем 12.

Дифференциальный манометр 7 измеряет перепад давления на капилляре и осуществляет передачу показаний на вторичный прибор 8, градуированный в единицах вязкости.

Погрешность прибора определяется в основном точностью поддержания расхода и температуры исследуемой жидкости (изменение температуры на 1 °С может дать погрешность в 10%).

Капиллярные вискозиметры широко используются для анализа дистиллятных продуктов и масел в диапазоне вязкости до 0,12 м2/с (15° ВУ) при 150 °С. Погрешность таких приборов составляет 1…2% от измеряемого диапазона вязкости.

Ротационные вискозиметры

Ротационные вискозиметры различаются в зависимости от используемой формы вращающегося элемента и способа измерения крутящего момента. В качестве вращающегося элемента применяют пластины, цилиндры, лопасти, набор дисков и др.

Крутящий момент определяют следующими способами: силой тока, потребляемой электродвигателем привода вращающегося элемента; углом поворота уравновешивающей торсионной пружины; реактивным моментом вращения статора приводного электродвигателя.

На рис. 8.44, б изображена схема ротационного вискозиметра. Термочувствительный элемент 8 располагается непосредственно в рабочей камере 6. Измерительный блок 4 содержит узел привода ротора 7 и устройства для измерения крутящего момента и передачи показаний на показывающее устройство 5.

Вискозиметры с падающим телом

Схема одного из них представлена на рис. 8.44, в. Измерение проводится циклично. Подъем шарика 7 в исходное положение происходит за счет восходящего потока исследуемой жидкости, который создается шестеренчатым насосом 2.

Проба жидкости отбирается насосом из резервуара 11 в мерную трубку 10. Шарик, находясь в нерабочем положении у нижней ограничивающей сетки 8, при включении насоса поднимается до верхней ограничивающей сетки 3.

В момент касания шарика с сеткой 3 насос автоматически отключается и шарик падает в неподвижной среде исследуемой жидкости.

На мерную трубку 10, выполненную из немагнитного материала, установлены катушки 1 и 9, первичные и вторичные обмотки которых соединены по дифференциально-трансформаторной схеме.

При прохождении шарика через катушки на входе контрольной схемы возникает сигнал разбаланса, который усиливается электронным усилителем 6. Автоматическое включение шестеренчатого насоса и отсчет времени падения шарика осуществляют релейным блоком 5 и вторичным прибором 4.

Пределы измерения вискозиметра можно менять установкой различных расстояний между катушками и подбором размера шарика.

Похожие материалы

Источник: https://www.metalcutting.ru/content/kapillyarnyy-viskozimetr-s-padayushchim-telom-rotacionnyy-viskozimetr