Измерение вязкости

Вязкостью называется свойство жидкостей и газов оказывать сопротивление сдвигу или скольжению одного слоя другому.

Различают динамическую вязкость -  μ и кинематическую - ν. Их взаимосвязь , где ρ – плотность среды.

Единицы измерения в СИ: динамическая - [Па*с], кинематическая - [м²/с].

Приборы для измерения - вискозиметры:

- истечения;

- с падающим шариком;

- ротационные;

- вибрационные.

Вискозиметры истечения (капиллярные).

Основаны на уравнении Пуазейля для ламинарного течения через капиллярную трубку: ,

k - постоянный коэффициент, зависящий от единиц измерения;

r - внутренний радиус капилляра;

Q - расход;

l - длина капилляра;

ΔP - перепад давлений на капилляре.

При k, r, Q, l = const, μ = f( ΔP ).

1 - капилярная трубка,

2 - дифманометр,

3 – шестеренчатый насос.

4 - электродвигатель

Вискозиметр обычно устанавливают в термостат 5.

Вискозиметры с падающим шариком.

Основаны на законе Стокса, связывающего скорость падения шарика в жидкости с ее вязкостью

где k - постоянный коэффициент, зависящий от единиц измерения;

r - радиус шарика; 

g - ускорение свободного паденния:

ρ, ρ₀ - плотность материала шарика и жидкости;

u - скорость равномерного движения шарика.

При k, r, g, u = const,  μ = f(u) = f(S /τ) = f(τ). Недостаток - чувствительны к загрязнению.

Р отационные вискозиметры.

Принцип действия основан на измерении вязкости по величине момента сопротивления, создаваемого жидкостью при вращении в ней твердого тела.

1 – наружный цилиндр; 2 – внутренний цилиндр;

3 – продукт; 4 – торсион; 5 – датчик угла закручивания; 6 – привод.

Обычно представляет собой два цилиндра вставленных один в другой. Один из них приводят во вращение. Находящаяся между ними жидкость также приходит во вращение, которое передается второму цилиндру. Чтобы его оставить в покое к нему необходимо приложить момент равный по величине и противоположный по направлению моменту, создаваемому жидкостью, а следовательно, пропорциональному вязкости: М = kμω

где k - константа прибора;

 ω - угловая скорость вращающегося тела.

О величине вязкости судят либо изменению угловой скорости, либо по величине тока при  ω = const.

Вибрационные вискозиметры.

Принцип действия основан на изменении частоты свободных колебаний металлической пластины, помещенной в измеряемую среду. Тормозящее усилие F, действующее на тело, совершающее колебания в измеряемой среде, связана с вязкостью следующим выражением F = kμρ ,

Воздействует на пластину электромагнит, на катушку которого подается переменный ток с генератора. Верхняя ее часть закреплена, а нижняя вибрирует под действием электромагнитного поля с частотой переменного тока. Индуцируемое переменное напряжение, соответствующее вязкости среды подается на измерительный прибор.

Разновидностью вибрационных вискозиметров являются ультразвуковые.

Измерение влажности. Методы.

Различают абсолютную и относительную влажности.

Абсолютная - это масса водяного пара, содержащегося в едини­це объема. В системе СИ [кг/м³].

Относительная - отношение абсолютной влажности к максимально возможной влажности при тех же условиях (температуре и давлении), выраженная в процентах.

Методы определения влажности:

- психрометрический,

- метод точки росы,

- сорбционный,

- электрохимический,

реже: - конденсационный,

- спектрометрический.

Для определения влажности твердых тел обычно применяют косвенные методы, позволяющие определить влажность путем изменения функционально связанной с ней физической величины, а именно:

- кондуктометрический,

- диэлькометрический.

Приборы для измерения влажности - влагомеры, для газов носят также название гигрометров.

Психрометрический метод.

О влажности судят по интенсивности (скорости) испарения влаги в зависимости от влажности окружающей среды (психрометрический эффект). При испарении влаги с увлажненной поверхности мокрого термометра его температура понижается. Если иметь два термометра, один из которых все время находится во влажной среде, а другой в измеряемой, то по величине психрометрической разности их температур можно судить о влажности: , где А – психрометрический коэффициент;

t_ct_в – разность температур сухого и мокрого термометров;

P_в – упругость паров при температуре влажного термометра;

P_c – упругость паров при температуре сухого термометра.

Метод точки росы.

Заключается в определении температуры, до которой необходимо охладить (при неизменном давлении) ненасыщенный газ для того, чтобы привести его к состоянию насыщения. По температуре точки росы, используя значения для насыщенного водяного пара, определяется величина влажности.

Сорбционный метод.

Основан на поглощении влаги из анализируемой среды каким-либо гигроскопическим веществом. Количество поглощенной влаги определяют по изменению массы или других параметров влагосорбирующих материалов.

Электрохимический метод.

О влажности газа судят по величине электрического потенциала, которая необходима для проведения электролиза сконденсированной влаги в газе.

Конденсационный метод.

Основан на охлаждении исследуемого газа в холодильнике до полной конденсации содержащейся в нем влаги; количество влаги определяют по объему воды, выделившейся в холодильнике.

Спектрометрический метод.

Построен на зависимости поглощения излучений от влажности исследуемого газа.

Кондуктометрический метод.

Часто твердые тела представляют собой капилярно-пористые вещества в которых находится влага. Для таких материалов характерна зависимость их электрических свойств от влагоудержания. Увлажняясь такие тела становятся проводниками. При этом электрическое сопротивление резко снижается. Зависимость электрического сопротивления в них от влажности и положена в основу измерения: R = A/Wⁿ,

где А - постоянная, зависящая от исследуемого материала;

W - влажность материала;

n - показатель, зависящий от структуры и природы материала.

Диэлькометрический метод.

В основу положено измерение емкости конденсатора, которое изменяется вследствие изменения его диэлектрической проницаемости от влажности.

1 – мостовая измерительная схема;

2 – высокочастотный генератор;

3 – регистрирующий прибор;

4 – электродвигатель;

5 – усилитель.

Диэлькометрический влагомер состоит из мосто­вой измерительной схемы, в противоположные плечи которой подключены конденсатор переменной емкости С_п и рабочий конденсатор С, а также сопротивления R₁, и R₂. В диагональ моста АБ подается напряжение питания от высокочастотного генератора, с диагонали БД снимается напряжение рассогласования, усиливается с помощью усилителя и подается на реверсивный электродвигатель, который перемешает стрелку регист­рирующего прибора и меняет настройку частоты напряжения генератора.