Тема 6. Вискозиметры

Вискозиметры, в отличие от реометров более простые приборы, так как предназначены для изучения вязкостных свойчств ньютоновских жидкостей.

В капиллярных вискозиметрах действие прибора основано на гравитации

В этом типе вискозиметров (рис. 22) жидкий образец не подвергается высоким переменным давлениям, а движется по капилляру под действием собственного веса. Верхний широкий резервуар капилляра, который ведет ко входу в его узкую часть, заполняют образцом жидкости. Вес столба жидкости выше выходного отверстия капилляра равен потенциальной энергии образца, которая вынуждает жидкость течь через капилляр.

При измерении вязкости на таком вискозиметре, как вискозиметр Уббелоде, измеряют период времени Dt, необходимый для истечения определенного количества жидкости через капилляр или для прохождения мениска жидкости между двумя отметками –M₁и М₂. Так как плотность образца является важным параметром, результаты испытаний выражают в единицах кинематической вязкости n:

v= C_*Dt [мм²/с],

где Dt— время истечения жидкости, пропорциональное ее вязкости; С- инструментальная константа, связанная с размерами капилляра.

Рис. 22. Капиллярные вискозиметры

Для измерения вязкости непрозрачных или темных ньютоновских жидкостей предназначен вискозиметр Кэннона-Фенске. В этом случае также измеряют период времени At, за который мениск жидкости проходит от отметки M₁ до отметки М₂.

Хорошие капиллярные вискозиметры, такие как Уббелоде или Кэннона-Фенске, имеют достаточно длинный капилляр с малым диаметром. Чтобы минимизировать влияние неламинарности потока, неустановившегося течения образца при входе в капилляр и т. д., которые приводят к погрешностям измерения вязкости, применяют капилляры с отношением длины L к диаметру D,равным L/D= 30/1 или более.

Несмотря на то, что скорость течения Q и скорость сдвига связаны линейно, как это видно из уравнения, каждая из них не должна зависеть от времени, поэтому постепенное изменение скорости течения означает также и непостоянную скорость сдвигаза этот же временной интервал (рис. 23).

Рис. 23. Вискозиметр, действующий под влиянием гравитации; имеет нелинейную зависимость скорости течения жидкости Q от времени.

В результате этого кинематическая вязкость v, измеренная в капиллярном вискозиметре гравитационного типа, связана не с какой-либо определенной скоростью сдвига, а с более или менее широкой областью скоростей сдвига. Это несущественно для образцов, вязкость которых не зависит от скорости сдвига, т. е. для ньютоновских жидкостей, но такая неопределенность величины скорости сдвига исключает применение капиллярных вискозиметров, использующих силу тяжести, для жидкостей, поведение которых значительно отклоняется от ньютоновского в диапазоне скоростей сдвига, реализуемом на этих вискозиметрах.