Измерение вязкости

Жидкостные термостаты Брукфильда также можно использовать для измерения вязкости при повышенных температурах. Некоторые модели имеют рабочий максимум 200оС. Более подробная информация приведена в разд. 3. 3. Система конус/плита со встроенным нагревателем.

Вискозиметры и реометры серии САР имеют высокотемпературную плиту, нагреваемую до 325оС, что позволяет работать со смолами и полимерами. Специальная модификация реометра R/S (R/S CPE-E) позволяет разогревать плиту до 250оС. Малый размер образца обеспечивает быстрое достижение рабочей температуры.

3.8 Скорость сдвига

Во многих случаях требуется измерить абсолютную вязкость продукта, для чего нужно определить скорость сдвига. Ниже перечислены модели приборов и адаптеров, позволяющих определить скорость сдвига, и номера разделов содержащих более подробную информацию.

Цилиндрические шпиндели Адаптер UL Адаптер DIN Адаптер SS Система Thermosel Вискозиметры с геометрией конус/плита Вискозиметр САР Реометр R/S

3.9 Высокая скорость сдвига

Большинство моделей вискозиметров Брукфильда ориентировано на относительно невысокие скорости сдвига, обычно не выше 100 с-1.Некоторые модели вискозиметров в комплекте с адаптерами UL , SS и системой Thermosel развивают скорость сдвига до 300 с-1. Для достижения более высоких скоростей сдвига следует использовать геометрию конус/плита или реометры PVS и R/S. 1. Вискозиметры и реометры с геометрией конус/плита.

Вискозиметры с геометрией конус/плита позволяют определить абсолютную вязкость малой пробы продукта при определенной скорости сдвига и напряжении сдвига. Объем пробы составляет всего 0.5-2.0 мл, а скорость сдвига имеет диапазон 0.6-1875 сек-1 (в зависимости от модели вискозиметра и используемого конуса). Измерительная часть заключена в двойной кожух для контроля температуры.

Полный диапазон измерения вязкости составляет от 0.1 сПз до 2.6 миллионов сПз. Хотя отдельный прибор не покрывает весь диапазон, использование сменных шпинделей обеспечивает каждому вискозиметру очень широкий диапазон измерения.

Геометрию конус/плита можно использовать с различными моделями цифровых вискозиметров. Настоятельно рекомендуется также приобрести жидкостной термостат для точного контроля температуры.

Геометрия конус/плита всегда поставляется вместе с вискозиметром. ЕЕ нельзя приобрести отдельно в качестве аксессуара или для модификации имеющегося вискозиметра. Вискозиметр можно также использовать и с обычными дисковыми и цилиндрическими шпинделями, однако потребуется удлиненный штатив. 2. Вискозиметры и реометры САР.

Приборы серии САР имеют геометрию конус/плита и обеспечивают высокую скорость сдвига. Они разработаны для исследований и контроля качества таких материалов, как краски, покрытия, смолы, чернила, косметика, фармацевтические изделия и продукты. Все приборы серии САР имеют встроенный контроль температуры, объем пробы не превышает 1 мл.

САР 1000 представляет собой односкоростной вискозиметр, 750 об/мин при 50 Гц и 900 об/мин при 60 Гц. Скорость сдвига составляет 12000 сек-1 и 3000 сек-1 при 60 Гц и 10000 сек-1 и 2500 сек-1 при 50 Гц (в зависимости от шпинделя).

САР 2000 позволяет менять скорость вращении от 50 до 1000 об/мин. Диапазон измерения вязкости составляет 0.1 - 1500 Пз (0.1 - 1500 Па*с) при скоростях вращения от 166 до 13300 сек-1. САР 1000 соответствует требованиям стандартов BS 3900, ISO 2884 и ASTM D 4287. 3. Реометр R/S.

Данный реометр обеспечивает скорость вращения 4100 сек-1 при коаксиальной геометрии и 4800 сек-1 при геометрии конус/плита. Максимальная скорость вращения составляет 800 об/мин. 4. Реометр PVS.

Данный реометр предназначен для измерения вязкости при высоком давлении и температуре. Диапазон давления от атмосферного до 1000 psi и диапазон температур от -40 до +200оС позволяют широко использовать реометр для исследования буровых растворов, пульпы и бумаги, пластиков, нефтехимических продуктов и аэрозолей. Реометр имеет скорости вращения от 0.05 до 1000 об/мин и соответствующие скорости сдвига от 0.01 до 1700 сек-1 . Датчик крутящего момента расположен в подшипнике и не подвержен воздействию высокого давления и температуры.

3.10 Определение сдвига напряжения

Реометр R/S.

Данный реометр отличается от всех остальных приборов Брукфильда тем, что задается не скорость вращения шпинделя, а напряжение сдвига. Такой подход имеет несколько преимуществ: очень широкий диапазон измерения вязкости, возможность измерять предел текучести и возможность изучать высоковязкие гели.

Предлагается несколько моделей реометра R/S. Модель с коаксиальной геометрией комплектуется шпинделями DIN диаметром 8, 14, 25, 45 и 48 мм. Модель с геометрией конус/плита комплектуется конусами с углом 1 и 2 градуса диаметром 2.5, 5.0 и 7.5 см. Также доступна геометрии плита/плита с плоскими плитами диаметром 2.5, 5.0 и 7.5 см. Данная геометрия оптимальна для экстремально вязких веществ или веществ, содержащих твердые частицы.

Прибор для испытаний мягких материалов R/S SST.

Данная версия реометра предназначена для проведения специальных исследований, например изучения текучести материалов. Это отличный способ изучения продуктов, которые нельзя подвергать сдвигу перед измерением.

В реометре используются шпиндели с лопастной геометрией и очень низкими скоростями сдвига и напряжениями сдвига, что позволяет изучать вязкоэластичные характеристики таких материалов, как пасты, гели, парафины и глинистые растворы.

3.11 Нетекучие материалы

Изучение нетекучих и слаботекучих материалов представляет собой серьезную проблему. При вращении шпинделя в продукте прорезаются своего рода каналы, в результате чего прибор показывает очень низкую вязкость, не соответствующую действительности. Брукфильд предлагает несколько решений данной проблемы. 1. Стойка спирального движения.

К этой моторизированной стойке можно подсоединить любой вискозиметр Брукфильда. Стойка медленно движется вверх и вниз (со скоростью 7/8 дюйма в минуту), в то время как Т-образный шпиндель вращается в исследуемом материале. Перекладина шпинделя, двигаясь по спирали, постоянно попадает в "свежий" материал. Тем самым исчезает туннельный эффект, присущий обычным шпинделям.

В комплект поставки входят 6 Т-образных шпинделей и специальной соединение для подключения шпинделя к вискозиметру.

2. Спиральный адаптер.

Данный адаптер позволяет изучать пастообразные материалы, такие как паяльные пасты, продукты, косметику и лекарства. Адаптер имеет внутренний резьбовой шпиндель, вращающийся внутри коаксиального цилиндра. При вращении шпинделя проба постоянно прокачивается через адаптер. Измерение производится после того, как установилось постоянное течение. Измерение в условиях постоянного течения (по сравнению с другими методами) менее чувствительно к неоднородности пробы. 3. Лопастные шпиндели.

Лопастные шпиндели при погружении в пробу не нарушают структуру образца. При вращении шпинделя материал захватывается лопастями и образует виртуальный цилиндр. Дисковые шпиндели позволяют получить полные реологические данные, их можно использовать с любым вискозиметром Брукфильда и с реометром R/S-SST.

3.12 Специальные аксессуары

Следующие аксессуары можно заказать для использования совместно с вискозиметрами и реометрами Брукфильда. 1. Быстрое соединение. Данное устройство позволяет быстро подсоединить/отсоединить шпиндель. Это экономит время и позволяет избежать опасности испортить резьбу. Быстрое соединение выполнено из нержавеющей стали и может быть использовано с дисковыми шпинделями LV, RV, HA, HB и с Т-образными шпинделями. 2. Удлинитель шпинделя. Удлинитель шпинделя может понадобиться в ситуациях, когда нужно увеличить дистанцию между вискозиметром и пробой (максимум 6 футов). Удлинитель типа D устанавливается между вискозиметром и шпинделем и используется в ситуациях, когда можно наблюдать глубину погружения шпинделя. Тип S включает в себя погружаемую часть шпинделя и используется в ситуациях, когда нельзя наблюдать глубину погружения шпинделя.

3.13 Дымы и опасные условия

Если исследуемый материал образует дым или пар они могут попасть в прибор, этой ситуации следует избегать. Если же пары горючие или взрывчатые, это представляет опасность не только для прибора, но и для персонала. 1. Штуцер продувки.

Данный аксессуар устанавливается на корпус вискозиметра и может использоваться с любой моделью. Инертный газ (например, азот) под небольшим давлением прокачивается через корпус вискозиметра, создавая внутри избыточное давление. Тем самым предотвращается попадание дыма и пара внутрь вискозиметра.

Штуцер продувки также можно установить на корпус системы конус/плита и системы Thermosel, обеспечивая контролируемую атмосферу над пробой. 2. Взрывозащищенная конструкция(только аналоговая модель).

В условиях опасности взрыва следует использовать взрывозащищенное оборудование. Брукфильд предлагает взрывозащищенное исполнение для аналогового вискозиметра. Данный прибор проверен в лаборатории Underwriter и соответствует классу 1 группы D. Для цифровых вискозиметров и реометров взрывозащищенное исполнение недоступно.

Также недоступно взрывозащищенное исполнение для аксессуаров, имеющих электрическое питание, например для стойки спирального движения или для системы Thermosel. Эти аксессуары можно использовать только в безопасных условиях.

4. Таблица конверсии различных величин измерения вязкости

При использовании различных типов вискозиметров для измерения вязкости иногда возникает необходимость перевода одних единиц измерения в другие или в единицы измерения Метрической Системы. Предлагаем Вам воспользоваться данной таблицей:

5. Заключение

5.1 Условия измерений

1 нормальные условия измерений;

нормальные условия

Условия измерения, характеризуемые совокупностью значений или областей значений влияющих величин, при которых изменением результата измерений пренебрегают вследствие малости.

Примечание - Нормальные условия измерений устанавливаются в нормативных документах на средства измерений конкретного типа или по их поверке (калибровке)

2 нормальное значение влияющей величины;

нормальное значение

Значение влияющей величины, установленное в качестве номинального.

Примечание - При измерении многих величин нормируется нормальное значение температуры 20 °С или 293 К, а в других случаях нормируется 296 К (23°С). На нормальное значение, к которому приводятся результаты многих измерений, выполненные в разных условиях, обычно рассчитана основная погрешность средств измерений

3 нормальная область значений влияющей величины;

нормальная область

Область значений влияющей величины, в пределах которой изменением результата измерений под ее воздействием можно пренебречь в соответствии с установленными нормами точности.

Пример - Нормальная область значений температуры при поверке нормальных элементов класса точности 0,005 в термостате не должна изменяться более чем на ±0,05 °С от установленной температуры 20 °С, т.е. быть в диапазоне от 19,95 до 20,05 °С

4 рабочая область значений влияющей величины;

рабочая область

Область значений влияющей величины, в пределах которой нормируют дополнительную погрешность или изменение показаний средства измерений

5 рабочие условия измерений

Условия измерений, при которых значения влияющих величин находятся в пределах рабочих областей.

Примеры:

1 Для измерительного конденсатора нормируют дополнительную погрешность на отклонение температуры окружающего воздуха от нормальной.

2 Для амперметра нормируют изменение показаний, вызванное отклонением частоты переменного тока от 50 Гц (50 Гц в данном случае принимают за нормальное значение частоты)

6 рабочее пространство

Часть пространства (окружающего средство измерений и объект измерений), в котором нормальная область значений влияющих величин находится в установленных пределах

7 предельные условия измерений;

предельные условия

Условия измерений, характеризуемые экстремальными значениями измеряемой и влияющих величин, которые средство измерений может выдержать без разрушений и ухудшения его метрологических характеристик

Список используемой литературы

·           Я. И. Френкель. Кинетическая теория жидкостей. — Л.: «Наука», 1975.

Ссылки

·           Аринштейн А., Сравнительный вискозиметр Жуковского Квант, № 9, 1983.

·           Динамическая и кинематическая вязкость жидкостей — обзор методов и единиц измерения вязкости.

·           R.H. Doremus. J. Appl. Phys., 92, 7619-7629 (2002).

·           M.I. Ojovan, W.E. Lee. J. Appl. Phys., 95, 3803-3810 (2004).

·           M.I. Ojovan, K.P. Travis, R.J. Hand. J. Phys.: Condensed Matter, 19, 415107 (2007).

Булкин П. С. Попова И. И., Общий физический практикум. Молекулярная физика

Страницы: 1, 2, 3