2.3. Капиллярный метод

Этот метод является самым простым и широко применяется на практи­ке. Например, существуют простейшие вискозиметры в виде цилиндрическо­го стаканчика емкостью около 100 см "с отверстием в дне. Стаканчик запол­няют жидкостью, заткнув отверстие, а затем отверстие открывают, одновре­менно включая секундомер. Вязкость оценивают по времени истечения всей жидкости н выражают и относительных единицах - секундах.

Для обоснования методики измерений рассмотрим движение столбика жидкости по цилиндрической трубке радиусом R и длиной L. Если на концах

трубки поддерживаются давления р\ и р₂<р\, то действующая на столбик жидкости с радиусом г сила равна

Эта сила уравновешивается силой трения об окружающий слой жидко­сти

Если вязкость жидкости постоянная, то Р = Р™, откуда

Проинтегрируем это выражение. На внутренней поверхности трубы г К, а скорость 1^=0. Поэтому

откуда

Оценим расход <^) жидкости. Для этого выделим цилиндрический слой радиуса г

-,7 т,

11 Интегрируя по всему сечению трубки, получаем (формула Пуазейля)

Капиллярный вискозиметр был построен в 1751 г. М.В. Ломоносовым и позволял определять вязкость жидкости по числу капель. Капиллярные вискозиметры имеют очень простую конструкцию и малую цену. Поэтому они широко применяются, в том числе и в клинической практике. Один из вариантов промышленного образца такого прибора показан на рис. 2.4.

Рис. 2.4

Основу прибора составляет капилляр / и система трубок и резервуаром. Перед измерениями жидкость заливают в резервуар 3. Уровень жидкости ог­раничивается рисками 4 и 5. Затем прибор погружают в жидкость с заданной температурой для прогрева. После этого закрываю! трубку 7 и с помощью грунт, надетой на трубку, перекачивают жидкость в резервуары 9 и 11. За­тем огкрыиакп трубки 7 и 12 и определяют время истечения жидкости через капилляр / из резервуаров 9 и // в резервуары 3 и 6. Время истечения отсчи­тывают по снижению уровня от метки 10 до метки Л'. Вязкость рассчитываю! по времени истечения.

В медицинской практике применяют вискозиметр Гесса (рис. 2.5). Два одинаковых капилляра 1и 2 соединены с трубками разного сечения 3 4. снабженными шкалами, ("начала создавая разрежение с помощью груши, ис­пользуя кран с тройником 5, поочередно заполняют трубку / до нулевой от­метки кровью и дистиллированной водой трубку 2. Затем с помощью груши

доводят уровень крови до отметки 1 по шкале трубки 3, а по шкале трубки 4 отсчитывают вязкость.

Рис. 2.5 Согласно формуле Пуазейля отношение расходов воды Qв крови Q_кр

Объем крови в трубке 3 всегда постоянный, поэтому шкалу градуиру­ют для отсчитывания относительной вязкости 77_кр / 77_В.

Капиллярными вискозиметрами разной конструкции измеряют вяз­кость в пределах (1СГ⁵...10⁴ ) Па-с, что достигается изменением сечения ка­пилляра и перепада давления.

2.4. Вискозиметры с падающим телом

В этих приборах вязкость измеряют по времени падения шарика, нахо­дящегося в жидкости. В принципе падающее тело может быть произвольной формы, но для шарика получается наиболее простое математическое описа­ние процесса и, кроме того, шарик не надо специально ориентировать и про­странстве.

Если шарик радиуса К движется со скоростью V в жидкости, то со­гласно закону Стокса сила трения Г-^ = 6 п т] К V . На падающий с постоянной скоростью шарик действуют силы трения .Р_Тр, тяжести Р_т = (4/3)уяК^> % и ар-

химедова сила' Г_а= (4/3) у_ж я/?³ £. Здесь у и у_ж - плотности шарика и жидко­сти; § - ускорение свободного падения. Поскольку Г_т =Р_тр + Р~_а , то

(2.3)

Время падения шарика можно измерить электронным методом, при этом начало и конец измерения временного интервала определяют по пересе­чению шариком лучей света между светодиодом и фотодиодом, размещен­ных на стенках прозрачного сосуда, в котором падает шарик. Такой способ неудобен, так как не обеспечивает непрерывных измерений.

Непрерывные измерения можно получить, если с помощью системы авторегулирования прокачивать жидкость навстречу падающему шарику с такой скоростью, чтобы шарик был неподвижен. При этом вязкость опреде­ляют по скорости потока.

Вискозиметры с падающим телом измеряют вязкость в широких пре­делах (1СГ³...10²) Па-с. Для перекрытия такого диапазона применяют смен­ные шарики разного диаметра, выполненные из разных материалов. Основ­ная погрешность приборов может составлять (0,5...1%, что позволяет ис­пользовать их в качестве образцовых.