Оснащение производства
Лаборатория и Тестирование
Связь и Телекоммуникации
Безопасность и Спецтехника
Энергетика и Электротехника
Что такое вискозиметр: объяснение простыми словами
На вопрос «вискозиметр что это такое простыми словами» ответ такой: это прибор, оценивающий, насколько жидкость «густая». Мёд течёт медленнее воды, моторное масло — медленнее бензина, загущенная краска — медленнее разбавленной. Вязкость задаёт это сопротивление числом, а вискозиметр его и измеряет: он вызывает в пробе контролируемое течение и регистрирует затраченное на него усилие или время.
Причин измерять вязкость на производстве и в лаборатории много. У масел и топлив она входит в паспорт качества; у красок и клеёв от неё зависит, как материал ляжет на поверхность; у косметических эмульсий и кремов — ощущение и дозирование; у пищевых продуктов — текстура; у полимеров и битумов — режим переработки. Уход вязкости от нормы нередко первым сигнализирует об ошибке в рецептуре, старении сырья или сбое технологии.
Различают два вида единиц. Динамическая вязкость характеризует внутреннее трение и выражается в мПа·с: 1 сантипуаз (сП) соответствует 1 мПа·с, а вода при комнатной температуре даёт около 1 мПа·с. Кинематическая вязкость — это динамическая, делённая на плотность; её единица мм²/с, и 1 сантистокс (сСт) равен 1 мм²/с. О единицах и пересчёте читайте в статье «Единицы вязкости: мПа·с, сантипуаз, пуаз, стокс, °ВУ и перевод», а о методах — в статье «Измерение вязкости: методы, динамическая и кинематическая вязкость».
Вязкость величина не постоянная: она заметно меняется с температурой, а у многих материалов ещё и со скоростью течения. Значение вязкости, приведённое без температуры и условий измерения, практически ничего не сообщает.
Виды вискозиметров и принципы их действия
Приборы отличаются тем, каким способом возбуждается течение и какая величина измеряется. На схеме ниже показаны три основных принципа.
Рис. 1. Три принципа измерения: чем вызвано течение и что регистрируется
| Тип | Что измеряют | Для каких проб | Где смотреть у КАДАММ |
|---|---|---|---|
| Ротационный | Динамическая вязкость, мПа·с | Краски, клеи, пасты, смолы, расплавы, неньютоновские жидкости | Ротационные вискозиметры, вискозиметры Брукфильда |
| Капиллярный | Кинематическая вязкость, мм²/с | Нефтепродукты, масла, топлива, растворы полимеров | Аппараты для нефтепродуктов |
| Условной вязкости | Время истечения или °ВУ | Нефтепродукты, битумы, эмульсии, быстрый контроль | Вискозиметры условной вязкости |
| Воронки (кружки) | Время вытекания, с | Краски и лаки в цехе | Описаны в статье о красках и ЛКМ |
Все эти приборы собраны в разделе «Вискозиметры лабораторные» . Далее каждый тип разобран подробнее.
Ротационные вискозиметры
Ротационный вискозиметр (в запросах — «ротационные вискозиметры это» и «ротационный вискозиметр») вращает в пробе шпиндель или цилиндр с заданной скоростью и измеряет момент сопротивления вращению. Чем жидкость гуще, тем больший момент нужен при том же числе оборотов. Прибор считает вязкость в мПа·с по моменту, форме шпинделя и скорости. Устройство и работа изложены в статье «Как работает ротационный вискозиметр: шпиндель, скорость, крутящий момент».
Шпиндельные приборы типа Брукфильда
Наиболее распространён шпиндельный вариант. Шпиндели разной формы и несколько скоростей позволяют охватить широкий диапазон вязкости одним прибором: для густых проб берут малый шпиндель и малую скорость, для жидких — крупный шпиндель и высокую скорость. В ассортименте КАДАММ это серии ВИС-Ц и ВИС-ЦС (цифровые: с ЖК-дисплеем и с сенсорной панелью, 8 и 4 модели, верхний предел диапазона до 6 млн мПа·с, 4–11 ступеней скорости), ВИС-М (стрелочный, 10–100 000 мПа·с), ВИС-Н (скорость 0,1–200 об/мин регулируется плавно, до 80 млн мПа·с) и ВИС-П (программируемый, классы пружины LV, RV и HB). Выбор между ними описан в статье «Как выбрать ротационный вискозиметр».
Высокотемпературные и коаксиальные приборы
Если пробу нельзя измерять в холодном виде, берут приборы с нагревом: ВИС-ПТ и ВИС-ТУ разогревают её до 300 °C, и они годятся для битумов, клеёв-расплавов и полимеров. В серии ВИС-КЦ вместо шпинделя установлены коаксиальные цилиндры: геометрия измерительного узла точнее задаёт скорость сдвига, а значит, измерения лучше сопоставимы. О вязкости при нагреве рассказывает статья «Высокотемпературная вязкость: битумы, клеи-расплавы, полимеры».
Капиллярные вискозиметры
Капиллярный вискозиметр (Оствальда, Уббелоде, стеклянный типа ВПЖ) работает так: проба течёт по узкой трубке под собственным весом. Время прохождения между двумя метками прямо пропорционально кинематической вязкости, коэффициентом служит постоянная капилляра. Для прозрачных ньютоновских жидкостей метод даёт высокую точность, потому нефтепродукты испытывают по методикам именно на нём. Прибор погружают в термостатируемую баню, где температура должна оставаться стабильной.
Аппараты для нефтепродуктов
Серия ВИС-КВ — это аппараты для определения кинематической вязкости нефтепродуктов в бане; погрешность ±0,05 %, бани работают до 100 °C. Для растворов полимеров предназначен аппарат ВИС-КВП до 135 °C, для испытаний при низких температурах — ВИС-КВН до −65 °C. Аппараты серии ВИС-КВИ вдобавок вычисляют индекс вязкости масла. Само испытание разобрано в статье «Кинематическая вязкость нефтепродуктов по ГОСТ 33 и ASTM D445».
Для холодных испытаний моторных масел отдельно предусмотрена серия ВИС-НТ: она определяет кажущуюся вязкость при низкой температуре. Баню при низких температурах обычно термостатируют отдельным оборудованием — см. жидкостные термостаты и криостаты.
Вискозиметры условной вязкости
Капиллярный и ротационный приборы дают физическую вязкость, а вискозиметр условной вязкости — условное число, то есть время, за которое заданный объём пробы вытекает через калиброванное отверстие. Прибор Энглера выдаёт результат в градусах условной вязкости (°ВУ), равных отношению времени истечения пробы ко времени истечения воды. Прибор Сейболта показывает время в секундах. Метод быстрый и несложный, но числа сравнимы лишь в рамках одной методики.
Подробный разбор методики дан в статье «Условная вязкость: вискозиметр Энглера, градусы ВУ и пересчёт в кинематическую» . Приборы представлены двумя сериями: ВИС-УВЭ — Энглер с баней до 100 °C и мерной колбой на 200 мл, и ВИС-УВС— Сейболт на 2 пробы с баней до 240 °C.
Воронки для лакокрасочных материалов
Близок к ним метод воронок и кружек: пробу заливают, открывают выпускное отверстие и отсчитывают секунды. Лакокрасочные материалы нередко измеряют воронкой ВЗ-246 по ГОСТ 9070, а готовые краски ещё и вискозиметром Стормера, результат которого выражается в единицах Кребса (KU); у нас этому соответствует серия ВИС-КУ. Воронку, Стормер и ротационный прибор сравнивает статья «Вязкость красок и ЛКМ».
Другие типы вискозиметров
К трём основным группам добавляются и менее распространённые принципы. В шариковом вискозиметре (по Гепплеру) засекают время падения шарика в трубке с пробой. Вибрационный оценивает, насколько жидкость гасит колебания чувствительного элемента, и пригоден для непрерывного контроля в потоке. Вискозиметр Муни предназначен для каучуков и резиновых смесей. Такие приборы нужны для особых задач; в обычной лаборатории, как правило, достаточно ротационного, капиллярного и условного методов.
В чём разница между вискозиметром и реометром
Вискозиметр, как правило, определяет вязкость на одном режиме течения либо на нескольких заданных скоростях. Возможности реометра шире: он изучает деформацию и течение материала при изменяющихся нагрузках и способен измерять не только вязкость, но и упругость, предел текучести, зависимость от времени. Когда жидкость ньютоновская и вязкость от скорости не зависит, хватает вискозиметра. У паст, гелей, эмульсий и суспензий вязкость меняется со скоростью сдвига, и одного значения мало: нужны измерения на нескольких скоростях, на что способен и ротационный вискозиметр с набором скоростей.
Как выбрать тип вискозиметра
Начинайте с анализа пробы, прибор выбирайте потом. Помогут несколько вопросов.
- Жидкость прозрачна и течёт одинаково при любой скорости? Масла, топлива и растворители измеряют капиллярным методом.
- Проба — паста, краска, клей или раствор полимера? Предпочтителен ротационный прибор: он работает на заданной скорости сдвига и показывает, как вязкость от неё зависит.
- Требуется оперативный контроль партий по условной вязкости? Берите Энглера, Сейболта либо воронку.
- При какой температуре измеряют? Выше или ниже комнатной — понадобится баня, печь или термостат.
- Каков диапазон вязкости? Ротационный прибор перекрывает его комплектом шпинделей, капиллярный — комплектом капилляров.
Стандартный набор для измерения вязкости
Одним прибором дело не ограничивается. Чтобы результат воспроизводился, пробу выдерживают при заданной температуре и освобождают от пузырей и воды. Типичные сопутствующие позиции сведены в таблицу.
| Задача | Тип прибора | Серии КАДАММ | Что ещё |
|---|---|---|---|
| Вязкость красок, клеёв, паст | Ротационный | ВИС-Ц, ВИС-Н, ВИС-П | Жидкостный термостат для термостатирования пробы |
| Битумы и расплавы | Ротационный с нагревом | ВИС-ПТ, ВИС-ТУ | Подготовка пробы |
| Масла и топлива | Капиллярный | ВИС-КВ, ВИС-КВИ | Центрифуга для нефти |
| Масла на холоде | Низкотемпературный | ВИС-НТ | Криостаты |
| Быстрый контроль | Условной вязкости | ВИС-УВЭ, ВИС-УВС | Ванна, секундомер |
Даже верно подобранный прибор приходится периодически сверять по стандартным образцам вязкости; порядок описан в статье «Поверка и калибровка вискозиметра, стандартные образцы вязкости». Типовые пробы проще искать по разделам, чем по отдельным приборам, а в сомнительном случае опишите пробу нашим инженерам. Термостат для проб поможет выбрать статья «Криостат и термостат: в чём разница».
Вискозиметры КАДАММ относятся к лабораторному оборудованию. Диапазоны, комплекты шпинделей и исполнения до заказа уточняйте в карточке серии или у менеджера.