Вискозиметр

Вискозиме́тр

(от позднелат. viscosus — вязкий и ...метр)

прибор для определения вязкости (См. Вязкость). Наиболее распространены В. капиллярные, ротационные, с падающим шариком, ультразвуковые.

Определение вязкости капиллярными В. основано на законе Пуазёйля (см. Пуазёйля закон) и состоит в измерении времени протекания известного количества (объёма) жидкости или газа через узкие трубки круглого сечения (капилляры) при заданном перепаде давления. Капиллярными В. измеряют вязкость от 10^-5 н∙сек/м² (газы) до 10⁴ н∙сек/м² (консистентные смазки). Относительная погрешность образцовых капиллярных В.±0,1—0,3%, рабочих приборов ±0,5—2,5%. На рис. 1 показано устройство различных типов стеклянных В. В капиллярных В. указанных типов течение жидкости происходит под действием силы тяжести (в начальный момент уровень жидкости в одном колене В. выше, чем в другом). Время опорожнения измерительного резервуара определяют как промежуток между моментами прохождения уровня жидкости мимо меток на верхних и нижних концах резервуара. В капиллярных автоматических В. (непрерывного действия) жидкость поступает в капилляр от насоса постоянной производительности. Перепад давления на капилляре, измеряемый манометром, пропорционален искомой вязкости.

В ротационных В. исследуемая вязкая среда находится в зазоре между двумя соосными телами (цилиндры, конусы, сферы, их сочетание), причём одно из тел (ротор) вращается, а другое неподвижно. Вязкость определяется по крутящему моменту при заданной угловой скорости или по угловой скорости при заданном крутящем моменте. Ротационные В. применяют для измерения вязкости смазочных масел (при температурах до —60 °С), нефтепродуктов, расплавленных силикатов и металлов (до 2000 °С), высоковязких лаков и клеев, глинистых растворов и т.д. Относительная погрешность наиболее распространённых ротационных В. лежит в пределах 3—5%. На рис. 2 показано устройство ротационного В. РВ-7 (пределы измерений —от 1 до 10⁵ н∙сек/м², погрешность ±3%).

Действие В. с движущимся в исследуемой среде шариком основано на законе Стокса (см. Стокса закон); вязкость определяется по скорости прохождения падающим шариком промежутков между метками на трубке В. К приборам этого типа относится широко распространённый универсальный вискозиметр Гепплера со «скользящим» шариком (рис. 3). Пределы измерений В. этого типа 6∙10^-4—250 н∙сек/м², погрешность ±1—3%.

Действие ультразвуковых В. основано на измерении скорости затухания колебаний в пластинке из магнитострикционного материала, погруженной в исследуемую среду. Колебания возникают от коротких (длительность 10—30 мксек) импульсов тока в катушке, намотанной на пластинку. При колебаниях пластинки в этой же катушке наводится эдс (см. Магнитострикция), которая убывает со скоростью, зависящей от вязкости среды. При уменьшении эдс до некоторого порогового значения в катушку поступает новый возбуждающий импульс. Вязкость среды определяют по частоте следования импульсов. Ультразвуковыми В. измеряют вязкость в диапазоне от 10^-3 до 500 н∙сек/м² с относительной погрешностью 5%.

Помимо В., позволяющих выразить результаты измерений в единицах динамической или кинематической вязкости, существуют В. для измерения вязкости жидкостей в условных единицах. Такой В. представляет собой сосуд с калиброванной сточной трубкой; вязкость оценивается по времени истечения определённого объёма жидкости. Например, с помощью В. типа ВЗ-1 и ВЗ-4, предназначенных для исследования лаков и красок, вязкость выражают в секундах, а с помощью В. типа ВУ (Энглера) для нефтепродуктов — в градусах Энглера (См. Градус Энглера). Перевод условных единиц в единицы вязкости Международной системы единиц (См. Международная система единиц) (н∙сек/м² и м²/сек) возможен, но неточен.

Лит.: Совещание по вязкости жидкостей и коллоидных растворов. [Труды], под ред. Е. А. Чудакова и М. П. Воларовича, т. 1—3, М. — Л., 1941—45; Воларович М. П., Вязкость смазочных масел при низких температурах, ч. 1, М., 1944; Белкин И. М., Виноградов Г. В., Леонов А. И., Ротационные приборы, М., 1968.

Л. П. Степанов.

Рис. 1. Стеклянные капиллярные вискозиметры (ГОСТ 10028—67): 1 — измерительные резервуары; 2 — капилляры; 3 — приемные сосуды; 4 — питающий резервуар (в вискозиметрах для непрозрачных жидкостей ВНЖ); 5 — термостатирующая рубашка; M₁, M₂ (у ВНЖ также M₃ ) — метки, служащие для измерения времени истечения жидкости из измерительных резервуаров или их заполнения (у ВНЖ).

Рис. 2. Ротационный вискозиметр РВ-7 (с заданным крутящимся моментом): 1 — внутренний вращающийся цилиндр; 2 — внешний неподвижный цилиндр; 3 — ось вращающейся системы; 4 — термостат; 5 — мешалка термостата; 6 — термопары; 7 — шкив; 8 — тормоз; 9 — нить; 10 — блок; 11 — груз, вращающийся шкив. Скорость вращения шкива определяют по скорости опускания груза.

Рис. 3. Вискозиметр Гепплера со «скользящим» шариком: 1 — шарик; 2 — трубка с жидкостью; 3, 4, 5 — кольцевые метки на трубке; 6 — термостатирующая жидкостная баня; 7 — термометр; 8 — штуцер для присоединения прибора к термостату; 9 — уровень.