Lepkość różnych cieczy jest mierzona za pomocą specjalnych urządzeń - lepkościomierzy. Zgodnie z charakterystyką i konstrukcją rozróżnia się kilka typów tych urządzeń. Jednym z nich jest wiskozymetr rotacyjny zdolny do oceny przepuszczalności ośrodka.
Odmiany urządzeń
Przyrządy używane do pomiaru lepkości cieczy są zwykle podzielone na trzy duże grupy:
Wiskozymetr kapilarny
Lepkościomierz mechaniczny
Wiskozymetr rotacyjny
Rozważmy każdy z gatunków bardziej szczegółowo.
Urządzenia mechaniczne
Kategoria wiskozymetrów mechanicznych to szereg różnych przyrządów opartych na mechanicznych właściwościach cieczy. Mogą to być mierniki rezonansowe, bąbelkowe, kulkowe. Jeśli pierwsze dwa typy są najczęściej używane w laboratorium, to ten drugi znajduje się w życiu codziennym. Jego zasada działania opiera się na odkryciu Galileo.
Wewnątrz urządzenia znajduje się „budka”, w której znajduje się piłka. Po napełnieniu urządzenia płynem,którego lepkość ma być określona, kulka spada. Mierzony jest dokładny czas potrzebny na opadnięcie piłki na obszar kontaktu. Warunkowa lepkość jest określana przez ten przedział czasu.
Urządzenia kapilarne
Wiskozymetr kapilarny w swojej konstrukcji ma cienką rurkę o znanej średnicy. Płyn testowy przepływa przez tę rurkę. Ta sama ciecz jest również przepuszczana przez rurkę o dużej średnicy, wewnątrz której nie powstaje efekt kapilarny. Najczęściej płyn płynie pod wpływem siły grawitacji (tj. od góry do dołu). Ale w niektórych urządzeniach powstaje sztuczne ciśnienie. Mierzy się czas potrzebny do wypłynięcia cieczy z obu rur. Następnie obliczana jest ich różnica. Wartość lepkości będzie proporcjonalna do wartości tej różnicy.
Urządzenia tego typu są proste, ale duże. Kolejną wadą jest to, że lepkość mierzonej cieczy nie powinna przekraczać 12 kPas. Ta wartość odpowiada dobrze płynącym płynom. W tym przypadku nie można zmierzyć cieczy gęstszych lub z grudkami.
Lepkościomierz rotacyjny: zasada działania
Konstrukcją mierników tego typu jest cylinder, wewnątrz którego umieszczona jest kula. Kula wewnętrzna porusza się z określoną prędkością dzięki podłączonemu napędowi elektrycznemu.
Pomiędzy cylindrem a kulą znajduje się przestrzeń wypełniona badaną cieczą. W tym przypadku zmienia się opór ruchu kuli. W tych urządzeniach mierzy się właśnie zależność rezystancjipłyn i prędkość obrotowa. Te parametry są ustalane w wyniku testu.
W cylindrze nie zawsze znajduje się kula. Można go zastąpić dyskiem, stożkiem, płytą lub innym cylindrem. Odległość między korpusem zewnętrznym i wewnętrznym wynosi kilka milimetrów, aby wytworzyć siłę tarcia. Wartość rezystancji jest określana przez czujniki. Im bardziej zostaną ustawione, tym dokładniejsza będzie wartość. W związku z tym cena urządzenia wzrośnie.
Wiskozymetr rotacyjny jest odpowiedni dla cieczy, których lepkość waha się od tysiąca do milionów Pas. Ważną rolę odgrywa prędkość rotacji ciała wewnętrznego. Zależy to od dokładności pomiaru. Im mniejsza prędkość, tym dokładniejszy pomiar. Instrumenty z minimalną prędkością obrotową są bardzo dokładne, ale są też drogie.
Rodzaje lepkościomierzy rotacyjnych
Zasada działania opisanego powyżej urządzenia jest typowa dla lepkościomierza Brookfielda. To najprostsze urządzenie tego typu. Ale ciało wewnętrzne nie zawsze się porusza. W niektórych przypadkach zewnętrzny cylinder obraca się. Dlatego wiskozymetr obrotowy może być dwojakiego rodzaju: ze stałym cylindrem i miernikami skręcania.
Wewnętrzny korpus wiskozymetrów skrętnych jest zawieszony pośrodku na elastycznej nitce. Gdy zewnętrzny cylinder się obraca, mierzona ciecz również zaczyna się poruszać. Kiedy się obraca, cylinder również się skręca. Kąt skręcenia wewnętrznego cylindra jest równoważony przez moment tarcia wirującego płynu.
Błąd pomiaru występuje z powodu dna cylindra wewnętrznego. Różni naukowcy próbowali rozwiązać ten problem na swój własny sposób. Najczęściej dno było wklęsłe. Podczas napełniania cieczy powietrze pozostaje we wklęsłości. Zmniejsza to tarcie na dnie. Naukowcy Gatchek, Kuett umieścili wewnętrzny cylinder w pierścieniach ochronnych. Zmniejszyło to turbulencje na jego końcach. Volorovich używał wysokiego, ale wąskiego cylindra. W tym przypadku błąd z powodu dna stał się nieistotny. Wielu naukowców korzystało z instrumentów, w których odległość między cylindrami była bardzo mała. Jednocześnie spód urządzenia nie był wypełniony płynem.
Wiskozymetr rotacyjny w swojej konstrukcji ma wiele opcji. Ale zawsze ma zalety wszechstronności, małych rozmiarów, małych błędów i niskich kosztów. To właśnie dzięki tym cechom urządzenie stało się tak popularne.
