Чем измеряется вязкость: Измерение вязкости и принципы вязкости

Измерение вязкости и принципы вязкости

Вязкость является важным свойством жидкостей, которое описывает устойчивость жидкости к растеканию; оно связано с внутренним трением в жидкости. Наиболее распространенным видом текучести является сдвиговый поток, при котором слои жидкости движутся относительно друг друга под действием силы сдвига. Эта внешняя сила принимает вид напряжения сдвига, которое определяется как сила, действующая на единицу площади жидкости, и позволяет получить градиент скорости по толщине образца, называемый скоростью сдвига. Вязкость сдвига или динамическая вязкость, связанная с этим процессом, определяется отношением напряжения сдвига к скорости сдвига, как показано ниже.

Неньютоновские жидкости

Многие простые жидкости классифицируются как ньютоновские, это означает, что их вязкость не зависит от величины приложенного сдвига.

Примерами могут быть вода и простые углеводороды. По мере увеличения сложности жидкости, например, путем добавления пузырьков, капель, частиц или полимеров, жидкости могут демонстрировать более сложное поведение и проявлять неньютоновский отклик, где вязкость зависит от величины приложенного сдвига. Такие типы жидкостей обычно называют структурированными или сложными жидкостями.

Такое неньютоновское поведение распространено для многих промышленных и коммерческих продуктов, включая зубную пасту, майонез, краски, косметические средства и цементы, которые обычно являются жидкостями, разжижающимися при сдвиге, где вязкость уменьшается с увеличением скорости сдвига, хотя в некоторых очень структурированных жидкостях может возникать загустение при сдвиге. 

Применение вязкости 

Для большинства продуктов вязкость должна быть высокой при низких скоростях сдвига, чтобы предотвратить образование осадка или оседание, но уменьшаться при более высоких скоростях сдвига, чтобы облегчить нанесение или обработку. Следовательно, одного измерения вязкости недостаточно для описания вязкости таких материалов, и вязкость следует измерять в диапазоне скоростей сдвига или напряжений или, по меньшей мере, при скорости сдвига, соответствующей процессу или желаемому применению. Кроме того, неньютоновские жидкости могут быть связаны и с другими свойствами, такими как предел текучести, тиксотропность и вязкоупругость, которые могут оказывать существенное влияние на поведение материала и характеристики продукта.


Другими параметрами вязкости, которые применимы к дисперсиям, являются относительная, удельная и характеристическая вязкость, которые позволяют оценить вклад растворенной или дисперсной фаз в вязкость раствора или дисперсии. Эти параметры проще всего определить с использованием дифференциального вискозиметра, такого как используемый в системе гель-проникающей хроматографии (GPC) OMNISEC.

Сведения о вязкости

 

Физические величины. Вязкость жидкости

Вязкость – свойство жидкости, которое определяет сопротивление жидкости к внешнему воздействию. Вязкость можно представить как внутреннее трение между отдельными слоями жидкости при их смещении относительно друг друга.

Существуют два основных параметра для определения вязкости жидкости: динамическая (или абсолютная) вязкость и кинематическая

вязкость. Динамическая вязкость представляется как отношение единицы силы, необходимой для смещения слоя жидкости на единицу расстояния, к единице площади слоя.

Определяющее уравнение для динамической вязкости

                                                                                                                            

В международной системе единиц СИ при выражении единицы давления сдвига  F/S в паскалях, градиента скорости grad υ   (изменение скорости жидкости, отнесённого к расстоянию между слоями) в секундах в минус первой степени динамическая вязкость µ выразится в паскалях-секундах (П·

с). В метрической системе единица вязкости представляется в грамм/сантиметр в секунду, называемой пуаз. Принятое обозначение пуаз – П

                                                                          1 П·с = 10 пуаз.

Единицы измерения динамической вязкости паскаль-секунда и пуаз значительны по своему размеру и применяют дольные единицы – миллипаскаль-секунда мПа и сантипуаз сП

                                                                           1 мПа·с = 1 сП.

Переводные множители для расчёта динамической вязкости приведены в таблице.

 

Величина обратная динамической вязкости жидкости определяется как текучесть жидкости и в международной системе единиц (СИ) выражается Па

-1·С-1.

Формула для определения кинематической вязкости при заданной динамической вязкости выглядит так:

 

                                     

Единица измерения кинематической вязкости в системе СИ – квадратный метр на секунду, в метрической системе – квадратный сантиметр на секунду называемый стокс. Принятое обозначение стокса – Ст.

1 м2/с = 104 Ст

Единица измерения кинематической вязкости квадратный метр на секунду и стокс значительна по своему размеру и для практических применений используют дольные единицы – квадратный миллиметр на секунду и сантистокс сСт

                                                                             1 мм2/с = 1 сСт.

Переводные множители для расчёта кинематической вязкости приведены в таблице:

    

 

  При необходимости пересчёта параметров вязкости можно воспользоваться соотношением  соблюдая размерности физических величин, например:

                                                                  

Вязкость и плотность жидкостей при 20°С:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вязкость ЛКМ

Вязкостью, или внутренним трением, называется свойство жидкости, проявляющееся в сопротивлении перемещению ее частиц под влиянием действующих на них сил.

 

Вязкость и обратная ее величина — текучесть являются одним из важных характеристик лакокрасочных материалов. Именно вязкость определяет такие свойства, как способность к  нанесению различными методами, склонность к образованию потеков и других дефектов.

 

Различают вязкость динамическую, кинематическую и условную. 

Для водно-дисперсионных материалов чаще всего определяют динамическую вязкость(вязкость по Брукфильду), для органорастворимых материалов — условную вязкость по воронке ВЗ-246.

 

В системе СИ за единицу динамической вязкости принят ньютон-секунда на квадратный метр (Н-с/м2), представляющий собой вязкость жидкости, в которой при перемещении с градиентом скорости 1 м/секслой жидкости площадью 1 мг испытывает сопротивление силой в 1 Н. Десятая часть Н •с/м2называется пуазом. Истинная динамическая вязкость в пуазах может быть определена капиллярными вискозиметрами. В технике для определения вязкости обычно пользуются методами и приборами, дающими ‘ лишь относительную характеристику вязкости, выражаемую условными единицами.

 

Кинематическая вязкость(единица измерения в СИ— м²/с, в СГС— стокс, внесистемная единица — градус Энгелера). 

 

Кинематическая вязкость может быть получена как отношение динамической вязкости к плотности вещества и своим происхождением обязана классическим методам измерения вязкости, таким как измерение времени вытекания заданного объёма через калиброванное отверстие под действием силы тяжести.

 

За условную вязкостьлакокрасочных материалов, обладающих свободной текучестью, принимают время непрерывного истечения в секундах определенного объема испытуемого материала через калиброванное сопло вискозиметра типа ВЗ-246.

 

— Вискозиметр ВЗ-246(по российскому ГОСТ 9070-75), европейский аналог DIN (DIN 53211-87) Наиболее часто используют вискозиметр ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм и объемом воронки 100 мл. Температура испытуемого материала должна быть 20±0,5°С. Метод предназначен для лакокрасочных материалов с условной вязкостью по этому вискозиметру от 12 до 200с.

 

Для определения вязкости в вискозиметр заливают ЛКМ, открывают отверстие сопла и включают секундомер. В момент первого перекрывания струи испытуемого материала секундомер останавливают.

 

За величину условной вязкости (Х) в секундах принимают среднее

арифметическое значение трех параллельных определений времени

истечения (Т) испытуемого материала и вычисляют по формуле:

 

Х=ТґК,

 

где К — поправочный коэффициент вискозиметра.

 

Наиболее распространенным для измерения вязкости лакокрасочных

материалов является вискозиметр стандарта DIN4 – с диаметром

калиброванного отверстия 4 мм.

 

 

 

 

 

— Наливные воронки ISO

 

По сравнению с DIN, эта воронка оснащена более длинным соплом, имеет не такой заостренный

корпус и другие внутренние размеры. Это обеспечивает отличающиеся значения времени истечения.

 

Расширенный диапазон измерений делает воронку ISO полезным дополнением к прибору DIN.

Воронка ISO вмещает 100мл ± 1мл.

 

 

 

— FORD (ASTM D 120087)для американских продуктов. Это чашки в виде усечённого конуса

с широким горлышком и узким отверстием определённого диаметра, расположенным снизу.

В соответствии с европейским стандартом существует пять чашек одинаковой формы вместимостью

100 мл, но с разным диаметром нижнего отверстия — 2, 3, 4, 6 и 8 мм. Чашки FORD имеют отличающиеся

от этого ряда отверстия , например, – вискозиметр Ford #4 (диаметр сопла 1/6 дюйма или примерно 4,2 мм). 

 

Некоторые фирмы могут рекомендовать и свои собственные измерительные устройства. На практике с

равным успехом можно пользоваться любым из них: построены все эти приборы по одному принципу,

а для пересчета показаний существуют специальные графики и номограммы.

 

 

 

 

Однако этим методом нельзя определить точную вязкость тиксотропных материалов, так как они очень легко разжижаются при перемешивании. После прекращения воздействия через некоторое время их вязкость снова повышается. Вязкость тиксотропных материалов может быть определена только с помощью специальных вискозиметров.

 

— Метод Брукфильда

Вискозиметры Брукфильда включены в большое количество международных стандартов и спецификаций. Все вискозиметры Брукфильда используют стандартный принцип ротационной вискозиметрии: измерение вязкости осуществляется посредством пересчета крутящего момента, необходимого для вращения шпинделя прибора с постоянной скоростью при погружении его в исследуемую среду. Каждая модель вискозиметра Брукфильда может использоваться для широкого спектра измерения вязкости, благодаря возможности выбора скорости и сменным  измерительным системам.  

Точность измерения: +-1% полной шкалы, воспроизводимость +-0.2% 

 

Определение кажущейся вязкости по Брукфильду производится по ГОСТ 25271-93 и стандарту ИСО 2555-89 Настоящий стандарт устанавливает метод определения кажущейся вязкости по Брукфильду Вискозиметры позволяют проводить измерения вязкости от 0,02 Па•с (20 сП) до 60000 Па•с (60•10 сП).

 

Продукты, к которым применим настоящий стандарт, обычно являются неньютоновскими жидкостями и поэтому их вязкость зависит от скорости сдвига, при которой проводится измерение.

Для всех трех типов вискозиметра скорость сдвига в разных точках шпинделя не одинакова. Таким образом, для неньютоновской жидкости полученный результат не является «вязкостью при известной скорости сдвига», вследствие чего ее условно называют кажущейся вязкостью. Для определения вязкости шпиндель цилиндрической или соответствующей формы (диск) приводится во вращение синхронным двигателем с постоянной скоростью в испытуемом продукте.

 

Сопротивление жидкости вращению шпинделя, зависящее от вязкости продукта, обусловливает крутящий момент, который фиксируется соответствующим измерителем. Это измерение базируется на связи силы натяжения спиральной пружины с величиной крутящего момента, фиксируемой движением стрелки на шкале.

 

Кажущуюся вязкость по Брукфильду вычисляют умножением показаний шкалы на коэффициент, который зависит от скорости вращения и характеристики шпинделя.

 

Для определения условной вязкости густотертых красок, шпатлевок, высоковязких грунтов и т.п. можно пользоваться методом, основанным на погружении в исследуемый материал металлического конуса и определении глубины его погружения в единицу времени. Сущность метода (ГОСТ 5346) заключается в определении глубины погружения в испытуемый материал стандартного конуса за 5 сек. при 25°С и при общей нагрузке 150 г, выражаемой целым числом десятых долей миллиметра по шкале пенетрометра.

 

Контроль получаемой условной вязкости осуществляется экспресс-методом с использованием вискозиметра ВЗ-246 (Россия), Форд-4 (Англия, США), ДИН-4 (Германия). Метод основан на измерении продолжительности истечения известного объема жидкости из воронки и отверстием определенного диаметра. Время истечения является мерой вязкости ЛКМ и определяется с помощью секундомера в секундах (ГОСТ 8420).

 

Во всех случаях вязкость в значительной степени зависит от температуры, и поэтому перед применением лакокрасочный материал желательно подогреть до температуры помещения, где производится окраска, так как резкое изменение вязкости в процессе использования лака из-за большого перепада температуры (склад-цех) может привести к разнотолщинности и появлению дефектов в покрытии.

 

 

Вязкость лаков считается удовлетворительной, если она не создает затруднений при определенном способе применения. Ровную пленку, имеющую одинаковую толщину по всей поверхности, удается получить только при применении лакокрасочных материалов, обладающих оптимальной вязкостью.

 

Высокая вязкость затрудняет применение лакокрасочных материалов, так как слишком вязкие материалы с трудом проходят или даже совсем не проходят через сопло распылителя и не могут быть распределены ровным слоем по поверхности окрашиваемого изделия. 

 

При слишком низкой вязкости лакокрасочные материалы стекают с окрашиваемых вертикальных или наклонных поверхностей, оставляя на верхней их части слишком тонкий слой материала и образуя натеки в нижней части поверхностей. Таким образом, каждый лакокрасочный материал должен обладать оптимальной вязкостью, зависящей от способа его применения. 

 

Вязкость лкм при нанесении их кистью должна быть по вискозиметру ВЗ-4 30 — 40 сек, при нанесении распылением — 18 — 22 сек.  

 

Для доведения до оптимальной вязкости (рабочая вязкость) используют разбавители, которые вводят в ЛКМ перед применением.

После добавления в лакокрасочный материал разбавителя его вязкость значительно снижается. 

Кроме снижения вязкости материала это также приводит к сокращению его сухого остатка и, следовательно, толщины лакокрасочной плёнки.

 

Изготовители указывают количество добавляемого разбавителя (по весу или по объёму), необходимого для придания лакокрасочному материалу рабочей вязкости для нанесения оборудованием определённого типа в техническом описании на лакокрасочный материал.

Это количество разбавителя, установленное производителем ЛКМ, является действительным при стандартных условиях, которые включают в себя температуру окружающей среды и лакокрасочного материала 20оС и влажность воздуха 50%. На практике данные условия выполняются очень редко, поэтому конкретное количество вводимого разбавителя определяется индивидуально в зависимости от условий применения лкм. 

 

Важно учитывать изменение вязкости с изменением температуры. Если в спецификациях приведены данные измерения при 20°С, то контролировать вязкость надо строго при указанной температуре. Перед измерением вязкости надо хорошо перемешать тестируемый материал, особенно в случае длительного хранения. Если температура лакокрасочного материала понижается , его вязкость увеличивается, и,  следовательно, требуется большее количество разбавителя для придания продукту необходимой технологичности.

 

Рекомендуется регулярно измерять рабочую вязкость продукта, обычно это удобно делать чашкой DIN4. Только в этом случае можно определить необходимую степень разбавления лакокрасочного материала вне зависимости от температурных условий.

В пигментированных системах вязкость в большей степени определяет скорость оседания пигментов под действием сил тяжести. Плотность пигментов значительно превосходит плотность пленкообразующего. При осаждении частицы пигмента образуют осадок. Скорость оседания частиц обратно пропорциональна вязкости, т. е. чем больше вязкость, тем медленнее происходит образование осадка. 

 

При длительном хранении у пигментированных ЛКМ может образовываться значительный плотный осадок, поэтому перед употреблением и замером исходной вязкости лакокрасочные материалы должны быть тщательно перемешаны.

 

Возможные дефекты лакокрасочного покрытия при нарушение вязкостных показателей:

  • Потеки
  • Сморщивание лаковой пленки
  • Кипение (пузыри)
  • Усадка
  • Потеря блеска
  • Разноооттеночность
  • Нарушение режима сушки
  • Ухудшение адгезии
  • Растрескивание лкп
  • Вспучивание лкп

 

Гангут — Вязкость

Вязкость.

Существует более 50 способов определения вязкости.

В настоящий момент больше не используется определение вязкости лакокрасочных материалов в сантипуазах (cps). Измеряется время (в секундах), за которое определенный объем лакокрасочного материала вытекает из чашки снабженной отверстием определенного калибра. Измерение вязкости таким способом называется измерением с помощью вискозиметра.

Перед измерением вязкости необходимо проделать некоторые операции. Вискозиметр, материал и разбавитель должны быть одинаковой температуры. Необходимо знать эту температуру и сделать необходимые корректировки (в случае необходимости).

Таблица 1. Сравнение различных способов измерения вязкости

AFNOR (CA4)

ISO 4

mPas.s

Centipoises (cps)

Ford 4 (CF4)

DIN 4 (D°)

LCH (Fr)

ZAHN (n°2)

12

20

20

10

11

6

18

14

17

25

25

12

12

7

19

16

23

30

30

14

14

20

20

34

40

40

18

16

8

22

25

51

50

50

22

20

9

24

29

60

60

60

25

23

10

27

32

68

70

70

28

25

30

34

74

80

80

30

26

11

34

37

82

90

90

33

28

12

37

40

93

100

100

35

30

13

41

45

120

120

40

34

14

49

50

140

140

44

38

15

58

56

160

160

50

42

16

66

61

180

180

54

45

17

74

66

200

200

58

49

18

82

70

220

220

62

52

19

Коэффициент вязкости

Когда говорят о вязкости, то число, которое обычно рассматривают, это коэффициент вязкости. Существует несколько различных коэффициентов вязкости, зависящих от действующих сил и природы жидкости.

  • Динамическая вязкость (или абсолютная вязкость) определяет поведение несжимаемой ньютоновской жидкости
  • Кинематическая вязкость — это динамическая вязкость, деленная на плотность, для ньютоновских жидкостей
  • Объемная вязкость определяет поведение сжимаемой ньютоновской жидкости. Объемная вязкость — коэффициент вязкости при сжатии (для неньютоновских жидкостей)
  • Сдвиговая вязкость (вязкость при сдвиге) — коэффициент вязкости при сдвиговых нагрузках (для неньютоновских жидкостей)

Динамическая вязкость и сдвиговая вязкость более известны.

Поэтому часто их называют просто — вязкость.

 

Вязкость различных материалов

Таблица 2. Вязкость жидкостей при +25°С

Название жидкости

Вязкость, [Pa•s]
(СИ, Паскаль в секунду)

Вязкость, [cP]
(СГС, сантиПуаз)

Ацетон

3. 06 × 10−4

0.306

Бензин

6.04 × 10−4

0.604

Касторовое масло

0.985

985

Спирт

1.074 × 10−3

1.074

Этиленгликоль

1.61 × 10−2

16.1

Глицерин

1.5

1500

Ртуть

1.526 × 10−3

1.526

Метанол

5.44 × 10−4

0.544

Нитробензол

1.863 × 10−3

1.863

Жидкий азот

1.58 × 10−4

0.158

Пропан

1.945 × 10−3

1.945

Оливковое масло

0.081

81

Деготь

2.3 × 108

2.3 × 1011

Вода 25°С

8.94 × 10−4

0.894

Мед

2-10

2,000-10,000

Шоколадный сироп

10-25

10,000–25,000

Расплавленный шоколад*

45-130

45,000–130,000

Изменения температуры жидкости могут привести к существенным изменениям вязкости жидкости. Например, допустим, что бутылку с охлаждённым сиропом для блинов перевернули вверх дном. Кажется, что сироп никогда не покажется из горлышка. С другой стороны представим себе действие разогретого сиропа. Он сразу же достаточно быстро начнёт вытекать. Различия в их поведении — благодаря способности вязкости изменяться как функции от температуры.

Таблица 3. Зависимость вязкости (в секунду) от температуры

Температура (°С)

10°

12°

14°

16°

18°

20°

22°

24°

26°

28°

30°

32°

34°

36°

38°

40°

27

26

24

23

22

21

21

20

19

18

18

17

17

16

15

15

14

14

14

14

33

31

29

27

26

25

23

22

21

20

19

18

18

17

16

16

15

15

14

14

39

36

34

32

30

28

26

24

23

22

21

20

19

18

17

17

16

15

15

14

46

42

39

36

34

31

29

27

26

24

23

22

21

19

18

17

17

16

15

15

54

49

45

41

38

35

32

30

28

26

24

23

21

20

19

18

17

17

16

15

58

51

47

43

40

36

33

31

29

27

25

23

21

20

20

19

18

17

16

16

61

55

50

46

42

38

35

32

30

28

26

24

22

21

20

19

18

17

16

16

69

63

56

52

46

42

39

35

32

30

28

25

24

23

21

20

19

18

17

16

77

69

62

55

50

46

41

38

35

32

29

27

25

24

22

21

19

18

17

16

84

74

67

61

54

50

44

40

36

34

30

28

26

25

23

22

20

18

17

16

95

84

75

66

60

54

48

44

40

36

33

30

28

26

24

22

20

19

18

17

104

92

81

73

65

58

52

46

42

38

35

31

29

27

24

23

21

20

19

18

112

100

88

76

69

62

54

49

44

40

36

32

30

27

25

23

21

20

19

18

122

108

90

85

75

66

59

53

47

42

38

35

31

28

26

24

22

21

19

18

132

120

102

90

80

70

63

55

50

44

40

36

33

30

27

25

23

22

20

18

142

124

108

95

84

74

65

58

52

46

41

37

34

31

27

25

23

22

20

18

152

132

119

101

90

80

69

61

54

48

43

38

35

31

28

26

24

23

21

18

164

140

123

106

94

83

73

64

56

50

45

40

36

32

29

27

24

23

21

19

Подобное качество свойственно жидкостям, которые применяются в аэрозольных генераторах. Конечно же, вязкость изменяется не всегда так существенно, как в примере с сиропом, но когда разговор идёт о частицах с размерами в микронах, то перепады в уплотнении даже до умеренной вязкости из-за изменения температуры могут быть критические.  

ВЯЗКОСТЬ | ЛКМ Портал

это свойство жидкостей оказывать сопротивление необратимому перемещению одной их части по отношению к другой при сдвиге (течению).

Это одно из свойств ЛКМ, характеризующих их пригодность к использованию в производстве, жизнеспособность, технологию нанесения покрытий и др. Различают ньютоновскую вязкость (коэффициент пропорциональности между скоростью сдвига и напряжением сдвига), эффективную пластическую вязкость для систем, имеющих внутреннюю (тиксотропную) структуру. Единица измерения в системе СИ – Па/с. Кроме того, вязкость может быть динамической (абсолютной), относительной и условной.

В зависимости от состава и способа нанесения на отделываемую поверхность (кистью, валиком, краскораспылителем и др.) краски и лаки должны иметь определенную консистенцию, оцениваемую по их вязкости. Вязкость лаков и красок можно определить с помощью вискозиметров типа ВЗ (ГОСТ 9070-75Е) по времени истечения (в секундах) определенного количества испытываемой жидкости из сосуда с калиброванным отверстием. Чем выше вязкость жидкости, тем больше время ее истечения. Обычно для оценки вязкости красок используют вискозиметр ВЗ-4 с диаметром сопла 4 мм.

Вязкость ЛКМ более густой консистенции определяют шариковым вискозиметром. За условную вязкость на этом приборе принимается время прохождения (в секундах) стального шарика между двумя метками вертикально установленной стеклянной трубки, заполненной испытываемым материалом. Чем выше вязкость материала, тем медленнее в нем движется шарик.

В целом, вязкость ЛКМ считается удовлетворительной, если она не создает затруднений при их нанесении. Высокая вязкость затрудняет применение ЛКМ, так как слишком вязкие материалы с трудом проходят или даже совсем не проходят через сопло распылителя и не могут быть распределены ровным слоем по поверхности окрашиваемого изделия. При слишком низкой вязкости лаки и краски стекают с окрашиваемых вертикальных или наклонных поверхностей, оставляя на верхней их части слишком тонкий слой материала и образуя натеки в нижней части поверхностей. Таким образом, каждый ЛКМ должен обладать оптимальной вязкостью, зависящей от способа его применения. Только тогда удастся получить ровную пленку, имеющую одинаковую толщину по всей поверхности.

Мир современных материалов — Измерение вязкости

             Важным показателем качества жидких, а также аморфных вязких материалов (смолы, компаунды) является вязкость, которая имеет большое значение в технологии электрической изоляции при пропитке, опрессовке и т.п.

 Различают три вида вязкости – динамическая, кинематическая и условная.

Динамическую вязкость измеряют в паскаль-секундах. Паскаль-секунда (Па×с)– это динамическая вязкость среды, при ламинарном течении которой в слоях, находящихся на расстоянии 1 м, в направлении перпендикулярном течению, под действием давления сдвига 1 Па возникает разность скоростей течения 1 м/с. В практике испытаний применяется другая единица – пуаз (П): 1 П=0,1 Па×с. Одним из определений динамической вязкости η  является закон Стокса, согласно которому скорость V движения шара радиусом r в вязкой среде под действием силы F равна:

  

Закон Стокса действителен для малой скорости V движения шара в неограниченном объеме жидкости.

Динамическую вязкость жидкостей измеряют ротационными вискозиметрами, которые удобны для испытаний высоковязких материалов, таких как полимеры, расплавленные битумы и т.п. Существует ряд их конструкций. В одной из них испытуемая жидкость помещается в пространство между двумя коаксиальными цилиндрами, внешний из которых неподвижен, а внутренний вращается вокруг вертикальной оси либо с постоянной частотой, либо с замедлением после отключения двигателя, который привел его во вращение. Вязкость определяется по затрате мощности на вращение или по степени замедления. Цилиндр может начать вращаться и под действием веса груза, который подвешен на нити, перекинутой через блок, соединенный с осью внутреннего цилиндра. В этом случае динамическая вязкость жидкости определяется по формуле:

  

где P – вес груза; ΔP – поправка на трение подшипников прибора; n – частота вращения внутреннего цилиндра; K – постоянная, зависящая от геометрических размеров прибора.

Для непрерывного измерения динамической вязкости весьма малых объемов жидкости (до 5 см3) применяются ультразвуковые (вибрационные) вискозиметры, принцип действия которых основан на определении времени затухания ультразвуковых колебаний.

Кинематическая вязкость ν — отношение динамической вязкости η к плотности вещества, единица измерения м2/с. На практике ее иногда измеряют в стоксах: 1 стокс (Ст)=104 м2/с. С помощью капиллярных вискозиметров эта характеристика определяется по времени истечения заданного объема испытуемой жидкости через капилляр заданного диаметра.

Условная вязкость — характеристика, получаемая при определенной методике испытания. Эта величина связывается с динамической и кинематической вязкостью приближенными эмпирическими соотношениями.

Если требуется определить вязкость жидкости с небольшим временем истечения, то пользуются вискозиметрами ВЗ, которые предназначены для измерения вязкости электроизоляционных лаков. За условную вязкость в этом случае принимается время непрерывного истечения (в секундах) определенного объема испытуемого материала через калиброванное стальное сопло. Результат измерения умножают на поправочный коэффициент (от 0,9 до 1,1). Кинематическую вязкость определяют с помощью градуировочной кривой, которая представляет собой зависимость времени истечения в секундах от вязкости испытуемых жидкостей, мм2/с.

 

Вас также может заинтересовать:

Измерение вязкости полиэтилентерефталата (ПЭТФ)

Понятие характеристической вязкости

Характеристическая вязкость (ХВ) определяется усредненным молекулярным весом образца из ПЭТФ. Производители полимерного сырья используют этот показатель, т.к. он, как правило, напрямую влияет на прочность изделия: чем выше характеристическая вязкость, тем выше прочность.
В 30-40-е гг. XX века сотрудниками Calico Printers Association Ltd Уинфилдом (John Rex Whinfield) и Диксоном (James Tennant Dickson), начаты исследования и зарегистрированы патенты по синтезу волокнообразующего полиэтилентерефталата. ПЭТФ широко используется для изготовления пищевых бутылок (как правило, для розлива газированных безалкогольных напитков) и термоформованной тары.

Методы измерения характеристической вязкости ПЭТФ

Существуют различные способы измерения характеристической вязкости. Сложившаяся практика – определение характеристической вязкости методами разбавленных растворов, суть которых сводится к сравнению времени истечения сильно разбавленных растворов полимера и растворителя через капилляр вискозиметра.
Время истечения раствора полимера всегда больше, т.к. присутствие молекул полимера в растворе повышает его вязкость относительно чистого раствора. Полученные значения времени используются для расчета относительной и удельной вязкости. Далее характеристическая вязкость рассчитывается путем получения значений для различных концентраций и экстраполяции до нулевой концентрации. На практике это означает, что для определения характеристической вязкости нужно провести серию измерений различных концентраций полимера и вывести линейную регрессию. В качестве альтернативы, возможен расчет характеристической вязкости с помощью формулы на основании измерения одной концентрации.

Характеристическая вязкость расплава

Суть метода заключается в следующем. ПЭТФгранулы или ПЭТФ-порошок высушивается и плавится в атмосфере азота, после чего экструдируется в течение 20 минут. В это время датчики давления и температурные контроллеры точно определяют вязкость расплава образца в определенные временные промежутки. После этого программное обеспечение вискозиметра производит расчет линейной регрессии для того, чтобы определить скорость разложения полимера и изначальную вязкость расплава, далее, на основании этих параметров, с помощью специальной формулы рассчитывается характеристическая вязкость. Эта формула была разработана компанией ICI (Imperial Chemical Industries) на основании данных, полученных методом раствора орто-хлорфенола.
Основное преимущество этого метода заключается в том, что при его использовании не требуются сложные в приготовлении растворы. Процесс растворения ПЭТФ для производства пищевых бутылок обычно сопряжен с повышенными температурами, которые могут вызывать порчу образца. Более того, многие из растворителей, используемые для определения характеристической вязкости методом разбавленных растворов, гидрофильны, опасны и высокотоксичны. Тогда как процесс измерения вязкости расплава происходит внутри рабочей камеры прибора, без применения растворителей.

Анализаторы вязкости расплава

Сравнение методов измерения характеристической вязкости

При определении характеристической вязкости одного и того же полимера методом разбавленных растворов могут наблюдаться некоторые расхождения. Это происходит из-за использования разных растворителей, которые по-разному реагируют с образцами ПЭТФ, и из-за различий в методах и условиях испытаний. Как следствие, результаты измерений характеристической вязкости разными методами редко сходятся. В то же время, расчетные формулы могут быть скорректированы на основе получаемых данных таким образом, чтобы результаты измерения конкретного образца ПЭТФ с применением одного метода соответствовали результатам, полученным с применением другого метода. Тем не менее, необходимо помнить, что вместе с указанием характеристической вязкости нужно всегда указывать и метод, с помощью которого это значение было получено.

Сравнение значений характеристической вязкости, полученных методом разбавленных растворов и методом вязкости расплава

При сравнении значений характеристической вязкости, полученных методом разбавленных растворов и методом вязкости расплава часто наблюдаются расхождения. Как было указано выше, это расхождение возникает из-за различий в методах. Как показали практические исследования ПЭТФ для пищевых бутылок, проведенные ICI, значение, полученное методом вязкости расплава, как правило, ниже: 0,82 ±0,02 против 0,82—0,86 (в зависимости от конкретных условий измерения). Следует подчеркнуть, что разница между значениями характеристической вязкости, полученными методом вязкости расплава и методами разбавленных растворов зависит от расхождений в различных методах разбавленных растворов.

ИЗМЕРЕНИЕ ВЯЗКОСТИ

Вязкость жидкости (см. Вязкость) измеряется с помощью вискозиметра , и лучшие вискозиметры — это те, которые способны создавать и контролировать простые поля потока. Наиболее широко измеряемая вязкость — это вязкость при сдвиге, и здесь мы сосредоточимся на ее измерении, хотя следует отметить, что также могут быть определены различные вязкости при растяжении и могут быть предприняты попытки их измерения, хотя это непросто.

Большинство современных вискозиметров управляются компьютером или микропроцессором и выполняют автоматические вычисления в зависимости от используемой геометрии.Поэтому нет необходимости вдаваться в подробное обсуждение процедур расчета, скорее мы сосредоточимся на общих проблемах и артефактах, влияющих на измерения. Любые другие необходимые подробности можно найти в главе Coles (1965).

Основные компоненты вискозиметра — это подходящая простая геометрия, внутри или через которую может течь жидкость; некоторые средства создания потока, либо путем наложения скорости на вращающийся элемент, либо давления, либо пары, и, наконец, средства измерения отклика в виде напряжения или скорости.К ним относятся ситуации, когда:

  1. скорость сдвига везде одинакова, см. рисунок 1:

    концентрический цилиндр с узким зазором (включая геометрию с двумя зазорами)

    малоугловой конус и пластина

  2. есть линейное изменение скорости сдвига или напряжения сдвига, см. рисунок 2:

    параллельная пластина

    капилляр или трубка (прямой или U-образный)

    разрез

  3. где напряжение сдвига обратно пропорционально расстоянию, концентрический цилиндр с широким зазором (включая одиночный цилиндр)

  4. другие обратный конус и т. д.

Рис. 1. Две геометрии, в которых скорость сдвига одинакова для всей жидкости, подвергающейся сдвигу.

Рис. 2. Некоторые другие геометрические формы вискозиметра.

Вискозиметры регулируются либо напряжением, либо деформацией, см. Рисунок 3, где представлена ​​типичная установка этих двух типов вискозиметров. Например, концентрические цилиндры либо приводятся в действие с заданной скоростью вращения и измеряется крутящий момент (иногда называемый парой), либо прикладывается крутящий момент и измеряется скорость.В геометриях со сквозным потоком, таких как капиллярная трубка, поток может управляться давлением, и последующий поток может быть измерен, или же можно установить скорость потока и измерить падение давления в трубке.

Рис. 3. Схематическое изображение расположения типичных вискозиметров с контролируемым напряжением и контролируемой деформацией.

Для измерения вязкости используется ряд предположительно простых геометрий, но, хотя геометрия кажется простой, поле потока — нет. Лучшим примером этого является проточная чашка, где жидкость вытекает из чашки через заданное сопло под действием силы тяжести.В этом случае у нас есть сдвиговый и растянутый поток, а также эффекты инерции и времени, присутствующие одновременно, и практически невозможно извлечь только сдвиговую вязкость как функцию напряжения сдвига, которое представляет интерес.

Эффекты инерции могут иметь значение при любой геометрии. Они проявляются по-разному в зависимости от конкретной геометрии. Например, в круго-симметричных геометриях, таких как конус и пластина, параллельная пластина и концентрические цилиндры, можно создать вихревые вторичные потоки, которые поглощают дополнительную энергию по сравнению с первичным потоком и, следовательно, демонстрируют более высокую, чем ожидалось, вязкость. если не принимать во внимание (см. ниже).

Могут присутствовать и другие артефакты, см. Рис. 4. Даже когда конечные эффекты устранены в хорошо сделанном вискозиметре, все еще могут существовать эффекты стенок, дающие реальные или кажущиеся эффекты скольжения. Обычно это дает более низкую, чем ожидалось, вязкость (см. Ниже). Они могут быть преодолены путем придания шероховатости поверхности геометрии вискозиметра, контактирующей с измеряемой жидкостью. Обычно требуется шероховатость> 10 мкм, см. Некоторые примеры профилирования поверхности на Рисунке 5.

Рисунок 4.Возможные артефакты и их влияние на кривые потока.

Рис. 5. Типичные профили поверхности для преодоления скольжения на стенках вискозиметров.

Вискозиметры требуют тщательной калибровки. Это может быть сделано либо первичным способом, например, путем тщательного измерения геометрии и калибровки датчиков расхода, давления или скорости, либо, как обычно делается, вторичным способом с использованием стандартизованной ньютоновской жидкости — их можно приобрести у вискозиметров, которые сами были откалиброваны и сертифицированы как имеющие вязкость, соответствующую национальным стандартам.

Поскольку большинство коммерческих вискозиметров являются электромеханическими по своей природе, при их работе часто не возникает ошибок. Принимая во внимание все различные источники ошибок, невозможно измерить вязкость на коммерческих вискозиметрах с точностью выше 2%.

Большинство неньютоновских жидкостей имеют кривую течения, как показано на рисунке 6. Единственными исключениями являются те, где мы видим увеличение вместо обычного уменьшения вязкости при более высоких скоростях сдвига.Это увеличение происходит из-за структурной перестройки микроструктуры рассматриваемых жидкостей, причем такое поведение наблюдается в растворах моющих средств, растворах полимеров и чаще всего в концентрированных суспензиях, где оно было впервые обнаружено и названо дилатансией, хотя загущение при сдвиге является лучшим описанием. следуя обычному описанию уменьшения вязкости со скоростью сдвига как разжижения при сдвиге.

Рис. 6. Нормальная форма кривой течения неньютоновских жидкостей при измерении в достаточно широком диапазоне скоростей сдвига.Также показаны типичные характеристики утолщения при сдвиге.

Нижнее плато иногда невозможно измерить с помощью простого вискозиметра, и часто, используя ограниченный диапазон исследований, рабочие ввели понятие предела текучести. Это все еще полезная концепция для измерений, проводимых в предельном диапазоне, и кривая может быть описана как таковая математически, но следует помнить, что всегда существует конечная и постоянная вязкость при достаточно низких напряжениях.

Другие отклонения от этой простой кривой связаны с различными артефактами, как теперь описано.

Инерционные и турбулентные эффекты

Помимо измерения вязкости жидкости, вискозиметры, измеряющие очень низкую вязкость (обычно <10 мПа · с), могут вызывать вторичные потоки с инерционным приводом, которые создают видимость увеличения вязкости. На рисунке 4 показано влияние на кривую потока. Концентрический цилиндр особенно подвержен этой проблеме, поскольку он наиболее часто используется для измерения жидкостей с низкой вязкостью, когда для неньютоновских жидкостей требуется определенная скорость сдвига.Начало этой формы вторичного потока видно в этой геометрии, когда внутренний цилиндр вращается, и регулируется так называемым числом Тейлора, T c , и определяется по формуле:

где

  • R 1 = внутренний радиус

  • R 2 = внешний радиус

  • ρ = — плотность жидкости

  • Ω = — скорость вращения в радианах в секунду, а

  • η = — вязкость жидкости.

Значение T c для малых зазоров составляет 1700, но изменяется в зависимости от зазора, как:

так что для вискозиметра с относительно большим зазором, например, с отношением радиусов 1,25, критическое число Тейлора увеличивается до 1913. Этот устойчивый вторичный поток становится волнистым при критическом значении примерно на 50% выше, а при более высоких скоростях становится полностью турбулентным. [Д. Коулз (1965)]. (См. Также Неустойчивость Тейлора.)

Когда внешний цилиндр вращается, а внутренний неподвижен, происходит резкий и катастрофический переход от ламинарного к турбулентному потоку без стадии вихря, однако это происходит при числе Рейнольдса 15000, где число Рейнольдса определяется как: Re = (R 2 — R 1 ) R 2 Омρ / η.Поэтому на практике это редко встречается в коммерческих вискозиметрах, которые редко вращают внешний цилиндр для создания потока. Другие геометрические формы дают аналогичные эффекты, однако они не так часто используются для жидкостей с низкой вязкостью, где эффект наиболее заметен. Во всех случаях инерционный эффект требует максимально допустимой скорости сдвига в конкретной геометрии.

Турбулентность также становится проблемой в капиллярных или трубных потоках. Здесь переход от ламинарного к хаотическому потоку происходит при числе Рейнольдса около 1000, где число Рейнольдса определяется как RVρ / η, где R — радиус, а V — средняя скорость.

Когда необходимо измерять жидкости с очень низкой вязкостью, часто желательно использовать конфигурацию двойного концентрического цилиндра, см. Рисунок 7.

Рис. 7. Геометрия концентрического цилиндра с двойным зазором.

Вязкость газов лучше всего измерять в длинных маленьких костных трубках, применяя соответствующее соотношение перепада давления для ньютоновских жидкостей.

ССЫЛКИ

Коулз Д. (1965), Переход в круговом потоке Куэтта, J. of Fluid Mechanics , 21, 391.

Как я могу измерить вязкость?

Ответ, как и большинство других ответов в безумном мире измерений, — «это зависит от обстоятельств». Чтобы выяснить, от чего это зависит, начнем с определения вязкости.

Вязкость — это механическое трение между движущимися молекулами и сопротивление деформации из-за взаимного притяжения молекул. Другими словами, это сопротивление потоку.

Есть два типа вязкости:

1. Динамическая вязкость , также известная как абсолютная вязкость , представляет собой тангенциальную силу на единицу площади, необходимую для перемещения одной горизонтальной плоскости по отношению к другой горизонтальной плоскости с единичной скоростью, когда жидкость поддерживается на единичном расстоянии друг от друга.

2. Кинематическая вязкость — это отношение динамической вязкости к плотности.

Еще в 1800-х годах первые измерения вязкости были проведены с использованием методов капиллярной трубки. Ниже приводится краткое описание различных методов и инструментов, которые были разработаны с тех пор и используются сегодня.

Капиллярный вискозиметр

Самые ранние методы измерения вязкости основывались на использовании капиллярных трубок и измерении времени, необходимого для прохождения объема жидкости по длине трубки. Эти разработки применялись до начала 20-го века и известны как вискозиметры Оствальда или Уббелоде.

Чашка Zahn

Аналогичен этому методу чашка Zahn Cup, представляющая собой небольшой контейнер с ручкой и небольшим отверстием в дне.Время, необходимое для опорожнения чашки через отверстие, зависит от вязкости. Чашка Zahn часто используется в лакокрасочной промышленности.

Вискозиметр с падающей сферой

Другой метод — это вискозиметр с падающей сферой, в котором сфера известной плотности опускается в образец жидкости и регистрируется время, за которое сфера падает в заданную точку. Этот метод использовался на судах для контроля качества топлива, поступающего в двигатель корабля. Аналогичным продуктом является вискозиметр с падающим поршнем.

Вискозиметр вибрационный Вибрационные вискозиметры

измеряют затухание колеблющегося электромеханического резонатора, погруженного в жидкость. Этот метод часто используется в процессе для получения непрерывных показаний в потоке продукта, в емкости периодического действия или в других технологических процессах.

Вискозиметр ротационный

Ротационный вискозиметр измеряет крутящий момент, необходимый для поворота объекта в жидкости, в зависимости от вязкости этой жидкости.Этот метод часто используется при контроле качества и в производственных лабораториях.

Простые жидкости просто реагируют на скорость и время потока и называются чистыми или ньютоновскими жидкостями. Эти чистые жидкости включают в себя воду и молоко. Ньютоновские жидкости обычно измеряются капиллярными вискозиметрами, чашками Зана или вискозиметрами с падающим шариком.

Неньютоновские жидкости по-разному реагируют на изменения скорости и времени потока. Методы измерения этой вязкости требуют сложных методов тестирования, предлагаемых другими типами инструментов, наиболее популярным из которых является ротационный вискозиметр.

Вязкость

может показаться сложной задачей, но правильный прибор поможет вам легко проверить эту характеристику. Сообщите нам, какие у вас есть вопросы, оставив комментарий или отправив нам электронное письмо по адресу [email protected]

До следующего раза я как всегда остаюсь в замешательстве.

— Арт.

П.С. Если вы не подписаны на эти рассуждения и рассуждения о тестовом оборудовании, зарегистрируйтесь вверху страницы .

5 способов измерения вязкости

5 способов измерения вязкости

29 ноя 2018

Вязкие свойства жидкости или аморфного твердого тела в первую очередь определяются силами между частицами в растворе, включая трение и притяжение между молекулами в макроструктуре.Эти силы Ван-дер-Ваальса являются критическими аспектами сопротивления образца деформации или течению, которое определяет вязкость материала.

Вязкость при сдвиге выражается в двух различных формах:

  • Динамическая вязкость; который является мерой напряжения сдвига на единицу площади, необходимого до того, как образец начнет деформироваться. Эта характеристика обычно выражается в миллипаскалях в секундах (мПа-с).
  • Кинематическая вязкость; который относится к резистивному потоку жидкости под действием силы тяжести.Это свойство зависит от плотности и измеряется в квадратных метрах в секунду (м 2 / с).

В этом сообщении в блоге будут рассмотрены пять основных методов измерения для получения динамической вязкости и кинематической вязкости жидких образцов.

Капиллярные вискозиметры

Измерение вязкости с помощью капиллярной трубки — один из старейших методов определения кинематической вязкости образца, требующий предварительных знаний о плотности и объеме исследуемого образца.Эта жидкость проходит через вертикальную U-образную трубку известных размеров и очень маленького диаметра. Время, необходимое для прохождения образца через капилляр, коррелирует с его кинематической вязкостью.

Ротационная реометрия

Ротационный вискозиметр прикладывает относительно слабые уровни крутящего момента к жидкому образцу, чтобы стимулировать механическую деформацию. Величина крутящего момента, необходимого для вращения в горизонтальной плоскости образца, измеряется и зависит от вязкости образца.Использование ротационного реометра позволяет аналитикам построить полную кривую текучести характеристик потока материала в ответ на различные уровни силы сдвига и определить более сложные параметры материала. Альтернативные вискозиметры позволяют проводить только одноточечные измерения и обеспечивают только измерения вязкости при сдвиге.

Вискозиметры вибрационные

Вязкость также можно измерить, приложив к образцу колебательные колебания и наблюдая за демпфирующими эффектами жидкости.Их можно оценить, отслеживая потребляемую мощность, время затухания колебаний или изменения резонансной частоты.

Микрожидкостные реометры

Микрожидкостная реометрия — это инновационный метод определения динамической вязкости жидкостей в малых объемах пробы путем проталкивания жидкой пробы через микрожидкостный канал в ламинарном потоке. В Formulaction компания Fluidicam Rheo использует этот принцип для подачи жидкости бок о бок с эталонным материалом. Динамическая вязкость измеряется путем сравнения дифференциальных скоростей потока, вязкости эталонного материала и положения границы раздела между двумя жидкостями внутри микрожидкостного канала.

Бесконтактная реология

Пассивная микрореология — это более сложное измерение реологических характеристик образца. Он измеряет свойства, аналогичные ротационной реометрии, но адаптирован к более сложным и хрупким структурам, таким как гели, слабые пасты и вязкоупругие материалы, которые могут разрушаться при чрезвычайно низком сдвиге. В отличие от традиционных ротационных реометров, бесконтактная реология позволяет количественно оценить реологические свойства образца в состоянии покоя без механического напряжения.Это достигается с помощью Rheolaser MASTER, основанного на спектроскопии рассеивающих волн с множеством спеклов (MS-DWS). Этот оптический метод определяет среднеквадратичное смещение ( нм 2 ) частиц в среде. Среднеквадратичное смещение можно использовать для оценки эластичности и вязкости образца с течением времени.

Измерение вязкости с рецептурой

Formulaction представила ряд инновационных технологий измерения вязкости для промышленных и коммерческих областей, работающих со сложными составами и дисперсиями.Мы поставляем набор новых инструментов для анализа реологических свойств в объеме и динамической вязкости жидких, твердых и аморфных продуктов в ответ на сдвигающие силы или дестабилизацию с течением времени.

Если вам нужна дополнительная информация об измерении вязкости с помощью Formulaction, свяжитесь с нами.

Различные способы измерения вязкости

Измерение вязкости появилось еще в 19 веке. Французский физик Жан Пуазей открыл концепцию измерения вязкости, сформулировав «математическое выражение для скорости потока ламинарного потока жидкости в круглых трубках».Позже немецкий инженер-гидротехник Готтильф Хаген открыл эту формулу, которая стала известна как уравнение Хагена-Пуазейля (Британия). Ранние измерения вязкости были сосредоточены в первую очередь на потоке крови. Измерения проводились с использованием гемодинамического датчика, который встроенные узкие трубки и стеклянные капилляры для измерения давления в артериях лошадей и собак (Sutera).

Прорыв Пуазейля проложил путь для развития современной медицины, поскольку измерение вязкости стало важным аспектом различных отраслей промышленности, включая биофармацевтику, чернила, продукты питания и масла.Измерение вязкости стало включать в себя различные приложения, поскольку концепции начали учитывать изменения в образцах в зависимости от скорости сдвига.

Некоторые из стандартных методов измерения вязкости включают:

  • Капиллярный вискозиметр : Один из старейших методов измерения вязкости, капиллярный вискозиметр измеряет время между прохождением объема жидкости / образца по длине капиллярных трубок.
  • Вискозиметр : Измеряет крутящий момент, необходимый для вращения объекта в объеме жидкости.
  • Вискозиметр с падающей сферой : Измеряет вязкость путем падения сферы с определенным весом и плотностью и измеряет время, необходимое сфере для достижения обозначенных точек соединения.
  • Zahn Cup Method : Измерения путем наблюдения за временем, которое требуется объему жидкости для опорожнения чашки через небольшое отверстие в дне контейнера / чашек
  • Вибрационный вискозиметр : Измеряя колебательные волны с помощью вибрирующего стержня, погруженного в жидкость, вязкость рассчитывается путем анализа демпфирования вибрации.
  • Вискозиметр VROC : Этот вискозиметр приводится в действие давлением с помощью насосной системы, в которой ламинарный поток выталкивает жидкость в прямоугольную щель с датчиками давления, измеряя вязкость жидкости по изменению давления после прохождения каждого датчика давления внутри микрочипа.

Технология VROC ® продвигает другой подход: гибрид между технологиями микрожидкостных и микроэлектромеханических систем (МЭМС). А поскольку это микрожидкостный чип, пользователи значительно экономят на образцах.

Чем отличается технология VROC от альтернативных вискозиметров?

  • Требования к образцу : Для микротехнологий требуется всего около 26 мкл.

    В приложении, использующем microVISC , мы смогли сэкономить половину времени измерения и образца по сравнению с капиллярными вискозиметрами. Заметка о приложении доступна здесь.

  • Скорость сдвига : От всего.От 5 до 1,400,000 с-1.

    В большинстве отраслей обязательно использовать скорости сдвига для моделирования приложения, с которым работает конкретная отрасль. Например, краска должна загустевать, когда она находится на стене при низких скоростях сдвига, но течет со скоростью сдвига при чистке кистью — или чернила должны течь через сопло для печати при очень высоких скоростях сдвига, но должны прилипать и удерживаться на поверхности. печатный носитель в состоянии покоя. Вискозиметры, не способные уловить весь диапазон сдвига, не будут эффективными для контроля качества или проектирования для этих приложений.(См. Примечания по применению здесь)

  • Ньютоновские и неньютоновские : Имея полный контроль над скоростью сдвига, вы можете увидеть, является ли ваша жидкость ньютоновской или неньютоновской.


На рисунке выше вязкость неньютоновского стандарта уменьшается с увеличением скорости сдвига.
На приведенном выше рисунке вязкость стандарта NIST не зависит от увеличения скорости сдвига.

Если у вас есть какие-либо вопросы относительно технологии VROC или вы хотите узнать больше, нажмите ниже!

или


Цитированных статей:

«Жан-Луи-Мари Пуазей, французский врач», написанный редакцией Британской энциклопедии.Доступ к статье здесь.

«История закона Пуазель» Сальваторе П. Сутера, факультет машиностроения Вашингтонского университета, Сент-Луис, штат Миссури. Доступ к бумаге здесь.

Как измерить вязкость :: Anton Paar Wiki

Этот тип прибора играет важную роль в проверке расплавов полимеров. Устройство возвращает MFR (массовый расход расплава) в [г / 10 минут] или MVR (объемный расход расплава) в [см3 / 10 минут]. Эти параметры помогают оценить качество расплава и спрогнозировать его поведение при переработке.Следовательно, такой прибор также называют тестером MFR или MVR. [6]

Принцип действия давления по весу

Определенный груз на верхней части поршня опускается под действием силы тяжести. Стальной поршень скользит вниз внутри вертикального стального цилиндра, в котором находится образец. Затем образец должен пройти через экструзионную головку (т.е. капилляр) в нижней части цилиндра. В ISO 1133 указаны размеры цилиндра, поршня и матрицы, а также утвержденные весовые части.В таких устройствах образец полимера подвергается средним напряжениям сдвига (от 3 кПа до 200 кПа) и средним скоростям сдвига (от 2 с -1 до 200 с -1 ). [6]

Вискозиметры капиллярные высокого давления с электроприводом

Такой вискозиметр работает так же, как и весовой инструмент (см. Раздел выше). Однако вес заменяется приводным двигателем, который реализует высокие значения напряжения сдвига (до 900 кПа) и среднюю или высокую скорость сдвига (около 1500 с -1 ).Типичные области применения — высоковязкие вещества, такие как расплавы полимеров, а также пластизоли ПВХ, смазки, герметики, клеи и керамические массы. [6]

Капиллярные вискозиметры давления газа

Эти устройства оснащены стеклянным или стальным капилляром точного внутреннего диаметра и длины. Внутренний диаметр составляет от 0,2 мм до 1 мм, а длина — от 30 мм до 90 мм. Газ проталкивает образец через капилляр при заданном давлении. Этот метод может работать в диапазоне скоростей сдвига до 1000000 с -1 .Однако значения напряжения сдвига не превышают среднего диапазона (типичное значение составляет 25 кПа). Размеры капилляра показывают, что этот тип устройства предназначен для веществ средней и низкой вязкости: минеральных масел, бумажных покрытий и дисперсий, а также для растворов полимеров, используемых для производства синтетических волокон на прядильных машинах. [6]

Исследуемый образец может находиться в прямом контакте с движущим газом или через гибкую мембрану. Например, используется сжатый воздух или инертный газ, такой как технический азот. [6]

Шесть типов устройств, используемых для измерения вязкости от Cole-Parmer

Вам нужно измерить вязкость?

Вязкость — это мера сопротивления жидкости потоку, или, точнее, это отношение силы, необходимой для преодоления внутреннего трения между слоями жидкости (напряжение сдвига), к изменению скорости между слоями жидкости (градиент скорости).

Знание вязкости жидкости может быть очень важным, когда вам нужно измерить вязкость.Многие меры контроля качества основаны на вязкости. Например, для поддержания стабильного качества производителю кетчупа необходимо поддерживать надлежащую вязкость, чтобы потребитель получил продукт именно так, как задумано. Краска должна хорошо растекаться, но не стекать с кисти. Чернила должны точно выходить из сопла. В других случаях при проектировании оборудования и систем необходимо учитывать вязкость, чтобы гарантировать их надлежащее функционирование.Размеры насосов и смесителей зависят от конструкции и мощности оборудования для работы с заданной вязкостью.

Для измерения вязкости различных типов жидкостей и единиц измерения используется множество различных типов вискозиметров и других устройств для измерения вязкости.

Вот шесть типов устройств для измерения вязкости, которые следует учитывать:

Вискозиметры с падающим шариком

Вискозиметр с падающим шариком измеряет вязкость жидкостей, а некоторые устройства могут также измерять вязкость газов.

Чашки для измерения вязкости

Различные формы чашек для определения вязкости используют силу тяжести, чтобы позволить жидкости течь через отверстие, расположенное на дне, в точном количестве, которое можно измерить с течением времени для расчета значения вязкости. Чаще всего используются чашки для определения вязкости: чашки Форда, Форда Дипа и Зана.

Консистометры

Консистометр представляет собой металлический желоб с градуировкой, который измеряет вязкие материалы, когда они текут под уклоном под действием собственного веса. Они в основном используются для измерения вязкости краски, чтобы гарантировать соответствие военным спецификациям.Консистометры также подходят для многих пищевых продуктов, таких как сиропы, желе и соусы, а также для косметики. Консистенцию, вязкость и скорость потока можно проверить в соответствии с установленными стандартами. На самом деле консистометр не измеряет значения вязкости напрямую: его измерение основано на том, насколько далеко жидкость будет течь по склону за определенный период времени. Это можно соотнести с вязкостью, используя установленные стандарты. Пользователи могут разрабатывать свои собственные стандарты и процедуры для тестируемого продукта.Хотя консистометры не могут использоваться со всеми образцами, низкие эксплуатационные расходы и простота использования сделали их очень популярными.

Вискозиметры стеклянные капиллярные

Стеклянный капиллярный вискозиметр используется вместе с методами испытаний, которые соответствуют определенному ASTM. Доступен широкий ассортимент стеклянных капиллярных вискозиметров, включая Ubbelhode, Cannon-Fenske и Zeitfuchs.

Вискозиметры вибрационной вилки

Вискозиметр с камертонной вилкой, обеспечивающий уровень показаний 1%, обеспечивает высокую точность.Он измеряет вязкость, определяя управляющий электрический ток, необходимый для резонанса двух сенсорных пластин с постоянной частотой.

Вискозиметры ротационные

Ротационный вискозиметр вмещает широкий диапазон до миллионов сантипуаз и считается наиболее универсальным типом вискозиметра.

Прочтите статью полностью: Измерение вязкости.

Просмотрите нашу полную линейку продуктов для испытаний материалов и физических свойств. Нужна помощь в выборе продуктов? Позвоните нашим специалистам по продуктам по телефону 1-800-343-4340.

Нравится:

Нравится Загрузка …

Связанные

Измерение вязкости — Деятельность — TeachEngineering

Быстрый просмотр

Уровень оценки: 9 (8-10)

Требуемое время: 1 час 15 минут

Расходные материалы на группу: 1 доллар США.00

Размер группы: 3

Зависимость деятельности:

Тематические области: Алгебра, Биология, Химия, Измерение, Физические науки, Физика, Рассуждения и Доказательства

Подпишитесь на нашу рассылку новостей

Резюме

Учащиеся рассчитывают вязкость различных бытовых жидкостей, измеряя количество времени, за которое мраморные или стальные шарики падают через жидкости на заданное расстояние.Они понимают, что такое вязкость, а также практикуют использование алгебры и преобразования единиц. Эта инженерная программа соответствует научным стандартам нового поколения (NGSS).

Инженерное соединение

Инженеры часто проектируют устройства, которые транспортируют жидкости, используют жидкости для смазки или работают в средах, содержащих жидкости. Таким образом, инженеры должны понимать, как жидкости ведут себя в различных условиях.Понимание поведения жидкости может помочь инженерам выбрать оптимальные жидкости для работы в устройствах или разработать устройства, которые могут успешно работать в средах, содержащих жидкости.

Цели обучения

После этого занятия студенты должны уметь:

  • Измерьте вязкость жидкости.
  • Опишите жидкость как имеющую «высокую» или «низкую» вязкость.

Образовательные стандарты

Каждый урок или мероприятие TeachEngineering соотносится с одним или несколькими научными дисциплинами K-12, образовательные стандарты в области технологий, инженерии или математики (STEM).

Все 100000+ стандартов K-12 STEM, охватываемых TeachEngineering , собираются, обслуживаются и упаковываются сетью стандартов Achievement Standards Network (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты иерархически структурированы: сначала по источникам; например , по штатам; внутри источника по типу; например , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классу, и т. д. .

NGSS: научные стандарты нового поколения — наука
Общие основные государственные стандарты — математика
  • Модель с математикой.(Оценки К — 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Постройте и интерпретируйте графики разброса для данных двумерных измерений, чтобы исследовать закономерности связи между двумя величинами.Опишите шаблоны, такие как кластеризация, выбросы, положительная или отрицательная ассоциация, линейная ассоциация и нелинейная ассоциация. (Оценка 8) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Представьте данные о двух количественных переменных на диаграмме рассеяния и опишите, как эти переменные связаны.(Оценки 9 — 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Решите линейные уравнения и неравенства с одной переменной, включая уравнения с коэффициентами, представленными буквами.(Оценки 9 — 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Используйте единицы как способ понять проблемы и направить решение многоэтапных проблем; последовательно выбирать и интерпретировать единицы в формулах; выбрать и интерпретировать масштаб и начало координат на графиках и дисплеях данных.(Оценки 9 — 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Подобрать функцию к данным; использовать функции, приспособленные к данным, для решения проблем в контексте данных.(Оценки 9 — 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Перегруппируйте формулы, чтобы выделить интересующее количество, используя те же рассуждения, что и при решении уравнений.(Оценки 9 — 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии — Технология
ГОСТ Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Список материалов

Каждой группе нужно:

  • линейка
  • секундомер
  • градуированный цилиндр (чем выше, тем лучше)
  • мраморный или стальной шарик (должен быть половиной диаметра цилиндра или меньше и тонуть в измеряемой жидкости; чем медленнее шарик опускается, тем легче измерить вязкость)
  • Рабочий лист определения вязкости, по одному на человека
  • калькуляторы
  • Доступ в Интернет для исследования вязкости для одного вопроса рабочего листа

Поделиться со всем классом:

  • густые, несколько прозрачные бытовые жидкости, такие как моторное масло, кукурузный сироп, блинный сироп, шампунь, жидкое мыло (возможно, разные жидкости для каждой 1-2 группы), достаточное количество каждой жидкости, чтобы заполнить градуированный цилиндр для каждой группы, которая тестирует это
  • шкала для измерения массы градуированных цилиндров с жидкостями и без них

Рабочие листы и приложения

Посетите [www.teachengineering.org/activities/view/cub_surg_lesson03_activity1], чтобы распечатать или загрузить.

Больше подобной программы

Вязкие жидкости

студенты знакомятся с сходствами и различиями в поведении упругих твердых тел и вязких жидкостей. Кроме того, вводятся свойства материала текучей среды, такие как вязкость, а также методы, которые инженеры используют для определения этих физических свойств.

Принцип Архимеда, Закон Паскаля и Принцип Бернулли

Студенты знакомятся с законом Паскаля, принципом Архимеда и принципом Бернулли. Поставляются основные определения, уравнения, практические задачи и инженерные приложения.

Механика тканей

Студенты узнают, почему инженеры должны понимать механику тканей, чтобы проектировать устройства, которые будут имплантированы или использоваться внутри тела, для изучения патологий тканей и того, как это изменяет их функцию, а также для проектирования протезов.Студенты узнают о коллагене, эластине и протеогликанах и их р …

Введение / Мотивация

Механика жидкости — это изучение того, как жидкости реагируют на силы. Механика жидкостей включает гидродинамику, изучение силы, действующей на жидкости, и аэродинамику, изучение тел, движущихся в воздухе.Это охватывает широкий спектр приложений. Можете ли вы вспомнить примеры инженерных приложений, для которых важно понимание поведения жидкостей? (Выслушайте идеи студентов.) Инженеры-экологи используют механику жидкостей для изучения распространения загрязнений, лесных пожаров, поведения вулканов, погодных условий, чтобы помочь в долгосрочном прогнозировании погоды и океанографии. Инженеры-механики применяют механику жидкости при разработке спортивного оборудования, такого как мячи для гольфа, футбольные мячи, бейсбольные мячи, шоссейные велосипеды и плавательное снаряжение.Биоинженеры изучают медицинские условия, такие как кровоток через аневризму. Аэрокосмические инженеры изучают газовые турбины, запускающие космические шаттлы, а инженеры-строители используют механику жидкости для проектирования плотин. Рассматривая только эти несколько примеров из широкого разнообразия приложений механики жидкости, вы можете увидеть, насколько важно понимать механику жидкости для многих типов инженерного проектирования в нашем мире.

В этом упражнении мы будем измерять свойство жидкостей, называемое вязкостью . Вязкость описывает, как жидкость сопротивляется силам, точнее силам сдвига .Сдвиг — это сила, возникающая, когда два объекта скользят параллельно друг другу. Поскольку жидкости состоят из множества движущихся молекул, эти молекулы оказывают друг на друга сдвигающее усилие. Жидкости с низкой вязкостью имеют низкое сопротивление сдвиговым силам, поэтому молекулы текут быстро и легко проходят. Кто-нибудь может назвать пример маловязкой жидкости? (Выслушайте идеи студентов.) Один из примеров — воздух! Другой пример — вода. Жидкости с высокой вязкостью текут медленнее и по ним труднее проходить.Какие есть примеры жидкостей с высокой вязкостью? (Слушайте идеи студентов). Одним из примеров высоковязкой жидкости является мед.

Когда свободный объект падает сквозь жидкость, в какой-то момент сила тяжести уравновешивается сопротивлением сдвигу со стороны жидкости. Это называется конечной скоростью , и это точка, в которой падающий объект сохраняет постоянную скорость. Парашютисты наслаждаются одной конечной скоростью, когда они находятся в свободном падении, и другой, гораздо меньшей конечной скоростью, когда они меняют свою форму, выпуская парашюты.Парашютисты полагаются на предельную скорость для управления своей скоростью во время свободного падения. Авторское право

Copyright © Город Ганнибал, Миссури http://www.hannibal-mo.gov/city-departments/airport/skydiving/

Для объектов простой геометрии, таких как сферы, сопротивление объекта может быть вычислено с помощью известных уравнений. Из-за этого инженеры могут рассчитать конечную скорость шара, падающего через известную жидкость, используя следующее уравнение:

, где g — ускорение свободного падения, ρ с — плотность сферы, ρ f — плотность жидкости, μ (мю) — вязкость жидкости, а В с — конечная скорость сферы.Как вы думаете, почему это может быть полезно? (Выслушайте идеи студентов.) Вот некоторые примеры: Расчет скорости свободного падения парашютиста или расчет скорости космического корабля при входе в атмосферу. Используя алгебру, уравнение можно перестроить, чтобы вычислить вязкость неизвестной жидкости, падающей с известной конечной скоростью:

Умение переупорядочивать уравнения для поиска неизвестных — важный навык для инженеров! В этом упражнении мы будем измерять вязкость некоторых бытовых жидкостей, бросая в них шарики и измеряя конечные скорости.

Процедура

Перед мероприятием

  • Соберите материалы и сделайте копии Таблицы определения вязкости.
  • Убедитесь, что шар погружается во все жидкости достаточно медленно, чтобы можно было измерить скорость. Если мяч падает слишком быстро, сложно точно запустить и остановить секундомер.
  • Разделите класс на группы по три ученика в каждой. Раздайте рабочие листы.

Со студентами

  1. Попросите каждую группу выбрать жидкость для измерения вязкости (или назначьте каждой группе жидкость).
  2. Попросите учащихся рассчитать плотность жидкости.
  • Взвесьте пустой мерный цилиндр.
  • Заполните цилиндр жидкостью и запишите объем.
  • Взвесьте полный градуированный цилиндр. Вычтите массу пустого градуированного цилиндра, чтобы определить массу жидкости.
  • Плотность жидкости — это масса по объему.

Примечание: 1 см 3 = 1 мл.

  1. Попросите учащихся измерить плотность сферы.
  • Измерьте радиус шара. Запишите как r [см].
  • Рассчитать объем сферы:

Или поместите сферу в градуированный цилиндр, наполовину заполненный водой; смещение воды равно объему шара.

  • Взвесьте сферу и рассчитайте плотность:
  1. Попросите учащихся опустить мяч в жидкость и рассчитать время падения мяча на определенное расстояние.

(Примечание: в идеале учащиеся должны ждать, пока мяч достигнет постоянной скорости, однако для этого упражнения мы предполагаем, что мяч очень быстро достигает предельной скорости, чтобы учащиеся могли измерить время от момента, когда мяч входит в жидкость, до момента, когда он достигнет конечной скорости. дно цилиндра. Для менее вязких, «более жидких» жидкостей это может быть очень быстро).

  1. Рассчитайте скорость шара, падающего через жидкость.
  2. Рассчитайте вязкость жидкости, используя следующее уравнение:

, где g — ускорение свободного падения (981 [см / с 2 ]).Ответ должен быть выражен в кг / см с или МПа с. Для сравнения вязкость воды составляет примерно 1 мПа · с.

  1. Для большей точности попросите учащихся повторить эксперимент и вычислить среднюю вязкость.
  2. Попросите группы поделиться, сравнить и обсудить свои результаты в классе, записав результаты в таблицу на доске или на проекторе для класса.

Словарь / Определения

сдвиг: тип силы, возникающий, когда два объекта скользят параллельно друг другу.

предельная скорость: точка, в которой сила тяжести, действующая на падающий объект, равна сопротивлению жидкости этой силе.

вязкость: способность жидкости сопротивляться силам.

Оценка

Оценка перед началом деятельности

Вопросы для обсуждения: Учитывая жидкости, доступные для тестирования активности, попросите учащихся оценить, какая жидкость, по их мнению, будет иметь самую высокую вязкость.Какой будет самый низкий? Напишите их прогнозы на доске.

Встроенная оценка деятельности

Рабочий лист : Попросите учащихся заполнить Рабочий лист определения вязкости во время упражнения. Если время ограничено, предложите им изучить в Интернете вязкость обычных бытовых жидкостей (последний вопрос) в качестве домашнего задания. Просмотрите их ответы, чтобы оценить их понимание предмета.

Оценка после деятельности

Графики: Попросите учащихся построить график зависимости плотности жидкости (независимо) от плотности жидкости.вязкость (зависит). Кроме того, студенты могли сравнивать мраморы различных диаметров и описывать закономерности между плотностью и вязкостью жидкости, а также между плотностью жидкости и диаметром мрамора. Затем студенты определяют, является ли модель линейной, квадратичной или экспоненциальной; если линейный, используйте двухточечный метод для определения линии наилучшего соответствия.

Презентация для класса: Попросите учащихся поделиться с классом своими измеренными / расчетными значениями вязкости. Сравните и обсудите результаты занятий с прогнозами, сделанными до начала занятия.

Вопросы безопасности

  • Не разрешайте учащимся пить тестовые жидкости, особенно после того, как жидкости контактировали с градуированными цилиндрами.
  • После окончания активности утилизируйте использованные тестовые жидкости.
  • Шампунь или средство для мытья посуды могут образовывать большое количество пены при очистке градуированных цилиндров.

Советы по поиску и устранению неисправностей

Если шарик проваливается через жидкость слишком быстро, чтобы получить точное время, используйте более высокий градуированный цилиндр или более легкий шарик (или и то, и другое!).

Расширения деятельности

Вязкость меняется в зависимости от температуры! Попросите учащихся измерить вязкость жидкости при нескольких различных температурах и построить график зависимости вязкости (ось y) от температуры (ось x).

Масштабирование активности

  • Для более низких классов просто визуально сравните время, за которое шары падают через жидкость. Возможно гонка вязкости!
  • Для старших классов попробуйте изменить температуру жидкости (см. Раздел «Расширение активности»).

Авторские права

© 2011 Регенты Университета Колорадо

Авторы

Майкл А. Солтыс

Программа поддержки

Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

Благодарности

Содержание этих программ электронных библиотек было разработано в рамках Комплексной программы преподавания и обучения в рамках гранта GK-12 Национального научного фонда.0338326. Однако это содержание не обязательно отражает политику Национального научного фонда, и вам не следует предполагать, что оно одобрено федеральным правительством.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

2019 © Все права защищены. Карта сайта