Измерение вязкости

Вязкостью называется свойство жидкостей и газов оказывать сопротивление сдвигу или скольжению одного слоя другому.

Различают динамическую вязкость – μ и кинематическую – ν. Их взаимосвязь

,

где ρ – плотность среды.

Единицы измерения в СИ: динамическая – [Па*с], кинематическая – [м²/с].

Приборы для измерения – вискозиметры:

– истечения;

– с падающим шариком;

– ротационные;

– вибрационные.

Вискозиметры истечения (капиллярные).

Основаны на уравнении Пуазейля для ламинарного течения через капиллярную трубку (рис. 2.29): ,

k – постоянный коэффициент, зависящий от единиц измерения; r – внутренний радиус капилляра; Q – расход; l – длина капилляра; Δ P – перепад давлений на капилляре.

При k, r, Q, l = const, μ = f(Δ P).

Вискозиметры с падающим шариком.

Основаны на законе Стокса, связывающего скорость падения шарика в жидкости с ее вязкостью

где k – постоянный коэффициент, зависящий от единиц измерения;

r – радиус шарика;

g – ускорение свободного паденния:

ρ, ρ ₀ – плотность материала шарика и жидкости;

u – скорость равномерного движения шарика.

При k, r, g, u = const, μ = f(u) = f(S /τ) = f(τ). Недостаток – чувствительны к загрязнению.

Ротационные вискозиметры.

Принцип действия основан на измерении вязкости по величине момента сопротивления, создаваемого жидкостью при вращении в ней твердого тела (рис.2.30).

1 – наружный цилиндр; 2 – внутренний цилиндр; 3 – продукт; 4 – торсион; 5 – датчик угла закручивания; 6 – привод.

Обычно представляет собой два цилиндра вставленных один в другой. Один из них приводят во вращение. Находящаяся между ними жидкость также приходит во вращение, которое передается второму цилиндру. Чтобы его оставить в покое к нему необходимо приложить момент равный по величине и противоположный по направлению моменту, создаваемому жидкостью, а следовательно, пропорциональному вязкости:

М = kμ ω

где k – константа прибора; ω – угловая скорость вращающегося тела.

О величине вязкости судят либо изменению угловой скорости, либо по величине тока при ω = const.

Вибрационные вискозиметры.

Принцип действия основан на изменении частоты свободных колебаний металлической пластины, помещенной в измеряемую среду (рис. 2.31).

Тормозящее усилие F, действующее на тело, совершающее колебания в измеряемой среде, связана с вязкостью следующим выражением

F = kμ ρ,

Воздействует на пластину электромагнит, на катушку которого подается переменный ток с генератора. Верхняя ее часть закреплена, а нижняя вибрирует под действием электромагнитного поля с частотой переменного тока. Индуцируемое переменное напряжение, соответствующее вязкости среды подается на измерительный прибор.

Разновидностью вибрационных вискозиметров являются ультразвуковые.