42.Измерение вязкости

Вязкостью называют свойство жидкостей и газов, характери­зующее их сопротивляемость деформации сдвига. Сдвиговое тече­ние параллельных слоев элемента жидкости (газа) можно описать формулой Ньютона:

р, = (F/S)/(dv/dn),

где \i — динамическая вязкость или просто вязкость; F/S — напряжение сдвига (F — сила сдвига; S — площадь сечения рассматриваемого элемента); dv/dn — градиент скорости движения по толщине слоя или скорость сдвига (v — скорость течения одного слоя относительно другого слоя, п — расстояние между слоями жидкости).

Если вязкость не зависит от интенсивности механической деформации, то жидкость называют ньютоновской; все остальные жидкости относятся к неньютоновским.

Единица динамической вязкости в СИ Па-с, в системе СГС — пуаз (П = 1СГ1 Па-с). На практике часто поль­зуются кинематической вязкостью, которая представляет собой отношение динамической вязкости к плотности жидкости. Единица измерения кинематической вязкости м2/с (в СГС — стоке; Ст = 1(Г4 м2/с).

Для измерения вязкости применяют вискозиметры, основанные на следующих методах: истечения, падающего шарика, ротационные и вибрационные.

ВИСКОЗИМЕТРЫ ИСТЕЧЕНИЯ (КАПИЛЛЯРНЫЕ ВИСКОЗИМЕТРЫ)

Большую часть капиллярных вискозиметров используют в ка­честве лабораторных приборов. Их погрешность (порядка +2 %)

определяется в основном точностью поддержания температуры и расхода контролируемой среды. Пределы измерения от 0,001 до 10 Па-с. ^

ВИСКОЗИМЕТРЫ С ПАДАЮЩИМ ШАРИКОМ

Измерение вязкости методом падающего шарика основано на законе Стокса, применим при ламинарном течении жидкости относительно шарика. Вискозиметр с падающим шариком весьма чувствителен к загрязнениям жидкости и наличию пузырьков газа в ней, поэтому его можно применять для измерения вязкости только однородных жидкостей.

Вискозиметр позволяет производить измерения не только в емкостях, но и трубопроводах с применением байпаса. Вискози­метр предназначен для измерения вязкости жидкостей до 100 Па-с.

РОТАЦИОННЫЕ ВИСКОЗИМЕТРЫ

При вращении тела в вязкой жидкости возникает противо­действующий момент, обусловленный вязкостным сопротивлением.

Известно большое число ротационных приборов лабораторного типа, различающихся формой вращающегося тела и способом измерения крутящего момента. С их помощью можно измерять не только вязкость (в диапазоне от 10~3 до 1012 Па-с), но и другие реологические характеристики неньютоновских жидкостей (упру­гость, ползучесть, релаксацию напряжения, и т. д.).

Из всего многообразия ротационных вискозиметров можно выделить четыре основных типа измерительных систем: коаксиаль­ные цилиндры; параллельные диски (плоскость — плоскость); конус — плоскость; вращающееся тело, погруженное в жидкость неограниченного объема. Константы ротационных вискозиметров этих типов можно определить аналитически или экспериментально по эталонным жидкостям.

ВИБРАЦИОННЫЕ ВИСКОЗИМЕТРЫ

На тело, совершающее гармонические колебания в вязкой среде, действует тормозящее усилие F, величина которого свя­зана с вязкостью

В зависимости от частоты колебаний вибрационные вискози­метры можно разделить на два типа: низкочастотные вибрацион­ные вискозиметры^ работающие на частоте до 1 кГц; ультразвуко­вые вискозиметры, работающие на частоте 10—1000 кГц.

Наибольшее распространение из ультразвуковых вискози­метров получили приборы с магнитострикционными преобразо­вателями, работающими в импульсном режиме возбуждения.

Погрешность вискозиметров порядка 2,5 % в зависимости от конструкции; диапазон измерения от 0,0001 до 100 Па-с.

Область применения вибрационных, особенно ультразвуко­вых, вискозиметров ограничивается ньютоновскими жидко­стями, вязкость которых не зависит от интенсивности механиче­ского воздействия. На неньютоновских жидкостях они, как пра­вило, дают заниженные показания, и в этом случае их можно использовать только в качестве индикаторов.