3. Ротационные вискозиметры

Ротационные вискозиметры или вискозиметры с коаксиальными цилиндрами состоят из двух сносных вертикальных цилиндров, между которыми помещается испытуемая жидкость. Электромотором или падающим грузом один из цилиндров приводится во вращение. Исследуемая жидкость оказывает вязкое сопротивление его вращению и передает движение второму цилиндру. У некоторых типов приборов вращается внутренний цилиндр, а у других — внешний.

В зависимости от способа монтирования второго цилиндра ротационные вискозиметры делятся на две группы: с неподвижным цилиндром и торсионные вискозиметры.

(7)

• — угловая скорость.

У торсионных вискозиметров внутренний цилиндр подвешен на упругой нити. Движение жидкости вызывает закручивание цилиндра на угол, при котором момент упругих сил, возникающих при закручивании нити, уравновешивается моментом сил внутреннего трения вращающейся жидкости. Угол поворота цилиндра <р измеряется. Если Q—угловая скорость вращения внешнего цилиндра; К —постоянная для подвеса, зависящая от его упругости; С —постоянная вискозиметра, определяющаяся геометрическими размерами прибора, то вязкость испытуемой жидкости вычисляется по формуле

(8)

Постоянные ротационных вискозиметров определяются обмером или калиброванием эталонными жидкостями.

Как правило, ротационные вискозиметры выполняются из металла. Важным условием точных и воспроизводимых измерений вязкости является постоянное и возможно меньшее трение цилиндров и других движущихся деталей в опорах. Вращающийся цилиндр устанавливается на шариковых подшипниках. Для устранения скольжения испытуемого материала по стенкам цилиндров внутренние их поверхности иногда делают ребристыми, либо с продольной насечкой.

Наибольшие трудности при изготовлении и применении ротационных вискозиметров возникают вследствие необходимости вносить поправки на дно внутреннего цилиндра.

Самый простой, но недостаточно точный способ заключается в том, что дно цилиндра делают слегка вогнутым. При погружении цилиндра в жидкость в вогнутости остается воздух и трение дна уменьшается. Отдельные авторы помещали под дно внутреннего цилиндра маловязкую жидкость, например ртуть.

Куэтт и Гатчек монтировали внутренний цилиндр между специальными охранными кольцами, уменьшающими турбулентность от его концов.

М. П. Воларович пользовался длинными и узкими цилиндрами, чтобы относительная ошибка от трения дна была невелика. В других своих приборах он применял сферическое дно. Теория трения полушарий достаточно разработана.

Унгер построил ротационный вискозиметр, в котором цилиндры были заменены вставленными одно в другое полушариями разного радиуса.

Муней и Юарт придали дну цилиндров своего прибора коническую форму. Зазор между конусами они выбрали таким, чтобы для каждой точки его отношение к расстоянию от оси вращения было постоянным. Такие вискозиметры называют коници-линдрическими.

А. Ф. Добрянский, А. П. Сиверцев и И. Я. Фридман применили для исследования вязкости минеральных масел при низких температурах прибор с очень малым зазором между цилиндрами1, что позволило не заполнять дна прибора жидкостью и тем самым исключить поправки на дно. Аналогичный принцип использован Заалем и Коэнсом в приборе для исследования битумов.

Следует, однако, отметить, что ошибки от краевых эффектов у вторичных ротационных вискозиметров с длинными и узкими цилиндрами не оказывают значительного влияния на измерения вязкости высоковязких веществ, но они снижают скорости, при которых соблюдается пропорциональность между крутящим моментом и угловой скоростью или угловой скоростью и углом закручивания цилиндра. Таким образом, дефекты прибора сокращают ламинарную область течения.

Специфический недостаток торсионных вискозиметров заключается в остаточной неупругой деформации, присущей нити подвеса. Плавленый кварц является наиболее подходящим материалом для нити, так как обладает высокой и постоянной упругостью, но эти свойства присущи ему только в тонких нитях. Поэтому кварцевые подвесы применяются лишь для небольших цилиндров. Для тяжелых цилиндров используется стальная проволока и проволока из фосфористой бронзы.