3/1:20210

2.2.10. МЕТОД РОТАЦИОННОЙ ВИСКОЗИМЕТРИИ

Принцип метода заключается в измерении силы, действующей на ротор (вращающий

момент) при его вращении с постоянной угловой скоростью (скорость вращения) в

испытуемом образце. Ротационные вискозиметры используются для измерения вязкости

ньютоновских (вязкость, не зависящая от напряжения сдвига) и неньютоновских

жидкостей (вязкость, зависящая от напряжения сдвига, кажущаяся вязкость).

Ротационные вискозиметры могут быть разделены на две группы: абсолютные и

относительные вискозиметры. В абсолютных вискозиметрах время истечения жидкости в

измеряемой геометрической форме вполне определенное. Результаты измерения приводят

к значениям абсолютной вязкости, которые можно сравнивать с любыми другими

абсолютными значениями. В относительных вискозиметрах время истечения жидкости в

измеряемой геометрической форме неопределенное. Результаты измерения приводят к

значениям относительной вязкости, которые нельзя сравнивать с абсолютными

значениями вязкости или значениями относительной вязкости, определенными на другом

приборе.

Для заданных диапазонов вязкости и различных скоростей вращения доступны различные

измерительные системы.

ПРИБОРЫ

Наиболее распространены следующие типы приборов.

ВИСКОЗИМЕТРЫ С КОНЦЕНТРИЧЕСКИМ ЦИЛИНДРОМ (АБСОЛЮТНЫЕ

ВИСКОЗИМЕТРЫ)

В вискозиметрах с концентрическими цилиндрами (вискозиметр с коаксиальным двойным

цилиндром или вискозиметр с простым коаксиальным диаметром) вязкость определяют,

помещая испытуемый образец в зазор между внутренним и внешним цилиндрами.

Измерение вязкости проводят путем вращения внутреннего цилиндра (вискозиметр типа

Searle) или внешнего цилиндра (вискозиметр типа Couette), как показано на рисунках

2.2.10.-1 и 2.2.10.-2 соответственно. Для ламинарного потока вязкость (или кажущуюся

вязкость)



, выраженную в паскаль-секундах рассчитывают по формуле:



































где:

–

вращающий момент, действующий на поверхность цилиндра, в ньютонах

на метр;



–

угловая скорость, в радианах в секунду;

–

глубина погружения внутреннего цилиндра в жидкую среду, в метрах;

–

радиус внутреннего цилиндра, в метрах;

–

радиус внешнего цилиндра, в метрах;

–

постоянная вискозиметра, в радианах на метр кубический.

Для неньютоновских жидкостей при измерении вязкости необходимо указывать

напряжение сдвига (



) или скорость сдвига (



), при которых измеряется вязкость. В

узком интервале условий, соответствующим для абсолютных вискозиметров, существует

прямая пропорциональная зависимость между М и



, а также между





AM





B

где:

А и B

–

константы прибора, рассчитываемые по следующим формулам:

– для концентрической поверхности:

RhR













– для системы конус-плита:







B

где:

–

вращающий момент, действующий на коническую или цилиндрическую

поверхность, в ньютонах на метр;



–

угловая скорость, в радианах на секунду;

–

радиус внутреннего цилиндра, в метрах;

–

радиус внешнего цилиндра, в метрах;

–

радиус конуса, в метрах;

–

глубина погружения внутреннего цилиндра в жидкую среду, в метрах;

–

угол между плоским диском и конусом, в радианах;



–

напряжение сдвига, в паскалях;



–

скорость сдвига, в обратных секундах.

Рисунок 2.2.10.-1

Рисунок 2.2.10.-2

ВИСКОЗИМЕТРЫ С СИСТЕМОЙ КОНУС-ПЛИТА (АБСОЛЮТНЫЕ ВИСКОЗИМЕТРЫ)

В вискозиметрах с системой конус-плита испытуемый образец вводится в просвет между

плоским диском и конусом с определенным углом. Измерение вязкости выполняют путем

вращения конуса или плоского диска, как показано на рисунках 2.2.10.-3 или 2.2.10.-4

соответственно. Для ламинарного потока вязкость (или кажущуюся вязкость) ƞ,

выраженную в паскаль-секундах, рассчитывают по формуле:







































где:

–

вращающий момент, действующий на коническую поверхность или

поверхность плоского диска, в ньютон-метрах;



–

угловая скорость, в радианах в секунду;

–

угол между плоским диском и конусом, в радианах;

–

радиус конуса, в метрах;

–

постоянная вискозиметра, в радианах на метр кубический.

Постоянные А и В (см. вискозиметры с концентрическим цилиндром).

Рисунок 2.2.10.-3

Рисунок 2.2.10.-4

ВИСКОЗИМЕТРЫ СО ШПИНДЕЛЕМ (ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ВИСКОЗИМЕТРЫ)

В вискозиметрах со шпинделем вязкость определяют с помощью вращающегося

шпинделя (например, цилиндрического или дискообразного, как показано на рисунках

2.2.10.-5 и 2.2.10.-6 соответственно), помещенного в испытуемый образец. Относительные

значения вязкости (или кажущейся вязкости) могут быть рассчитаны непосредственно с

использованием коэффициентов пересчета исходя из показаний прибора при данной

скорости вращения.

В общем случае постоянная k прибора может быть определена для разных скоростей

вращения с использованием сертифицированной жидкости для калибровки вискозиметра.

Затем вязкость



рассчитывают по формуле:





k

где:

–

вращающий момент, действующий на коническую поверхность или

поверхность плоского диска, в ньютон-метрах;



–

угловая скорость, в радианах в секунду;

–

постоянная вискозиметра, в радианах на метр кубический.

Рисунок 2.2.10.-5

Рисунок 2.2.10.-6

МЕТОДИКА

Вязкость (или кажущуюся вязкость) измеряют в соответствии с инструкцией

производителя ротационного вискозиметра. Температуру, при которой измеряют вязкость,

указывают в частной монографии. Для неньютоновских систем в частной монографии

указывают тип используемого вискозиметра и, если используют абсолютные

вискозиметры, угловую скорость или скорость сдвига, при которой осуществляют

измерение. Если невозможно получить точное значение указанной скорости сдвига,

измерения проводят при несколько большей или несколько меньшей скорости.

Полученные данные интерполируют.

В случае относительных вискозиметров скорость сдвига не является постоянной по всему

объему испытуемой жидкости и, таким образом, она не может быть определена. В данных

условиях вязкость неньютоновских жидкостей, определенная по вышеприведенной

формуле, имеет относительный характер, который зависит от типа шпинделя, угловой

скорости, а также от размеров контейнера для испытуемой жидкости (Ø = не менее 80 мм)

и глубины погружения шпинделя. Получаемые результаты сопоставимы только при

строгом соблюдении одинаковых условий испытания.