Вискозиметры с падающим шаром

Измерение вязкости методом падающего шара основано на законе Стокса, который связывает скорость падения твердого тела в жидкости с её вязкостью.

В случае падения твердого шара в жидкости её вязкость определяется формулой:

,

где ρ – плотность материала шарика; ρ₀ – плотность испытуемой жидкости;

r – радиус шара; v – скорость равномерного падения шара;

k – коэффициент размерности.

При постоянном пути проходимом падающим шариком – l = const и постоянстве других членов формулы получим, что вязкость можно определить по формуле: , где К – постоянная прибора; t – время падения шарика по трубе, длиною l. Таким образом, в простейшем случае измерение вязкости сводится к измерению времени падения шарика в измеряемой среде при l = const. Схема автоматического вискозиметра приведена на рис. 4.

Рис. 4. Принципиальная схема автоматического вискозиметра

Принцип действия автоматического вискозиметра с падающим шариком также заключается в измерении времени его падения, однако все операции производятся автоматически. На (рис. 4) приведена схема вискозиметра ПКБ-12, принцип его работы состоит в следующем. Отбор пробы и подъем шарика 1 в исходное положение осуществляется восходящим потоком исследуемой жидкости автоматически, при помощи шестеренчатого насоса 3. В момент касания шарика верхней ограничительной сетки 2 насос отключается и шарик падает под собственным весом в неподвижной среде.

Измерение сводится к фиксации времени, в течение которого шарик проходит участок пути длиною l. Измерение времени падения шарика производится с помощью индукционных катушек – при прохождении шарика через них возникает сигнал разбаланса, который усиливается электронным усилителем Автоматическое включение шестеренчатого насоса и автоматический отсчет времени производится при помощи релейного блока (РБ) и значение последнего отображается при помощи измерительного прибора (ИП).

Пределы измерения прибора можно менять изменением расстояния между индукционными катушками или за счет изменения диаметра шарика.

Ротационные вискозиметры

Конструкция таких вискозиметров показана на рис. 5.

Устройство, предназначенное для измерения вязкости жидкости состоит из двух коаксиальных цилиндров, пространство между которыми заполнено исследуемой жидкостью. При вращении внешнего цилиндра с постоянной угловой скоростью исследуемая жидкость будет пытаться передать вращение второму цилиндру, расположенному внутри первого. Для сохранения второго (внутреннего) цилиндра в покое к нему должен быть приложен момент равный и противоположный по знаку моменту, передаваемого жидкостью. Величина крутящего момента, передаваемого жидкостью второму цилиндру, будет равна: ,

где К – постоянный коэффициент, зависящий от геометрических размеров; μ – вязкость жидкости; ω – постоянная угловая скорость вращающегося цилиндра.

В еличина этого момента, уравновешенного грузом, определяется как произведение силы тяжести уравновешивающего груза на радиус шкива, к которому прикреплена поддерживающая весовую платформу нить. К измерению момента сводится измерение вязкости жидкости.

Одной из разновидностей ротационных вискозиметров является вискозиметр с вращающимся телом, погруженным в жидкость.

Вискозиметры этого типа выполняются с ротором в виде шара, как показано на рис. 6, цилиндра и других объемных форм. Величина сопротивления, оказываемого жидкостью вращению ротора, может быть измерена другими способами, чем вариант, приведенный на рис. 5, например, за счет измерения закручивания упругой пружины (подвески) ротора.

Рис. 6.

К онструкция вискозиметра может быть с параллельными дисками, как это показано на рис. 7. И так, измерительная система представлена двумя параллельными дисками, расположенными в исследуемой жидкости. Нижний диск приводится в равномерное вращение при помощи электродвигателя. Момент вращения передается через исследуемую жидкость верхнему диску, который уравновешивается цилиндрической тарированной пружиной, воспринимающей

Рис. 7. создаваемое усилие через систему шкив – блок, соединенный с пружиной гибкой нитью.

Существуют и другие виды приборов данного класса, связанные с изменением нагрузки на привод, вращающий погружённое в исследуемую жидкость тело. Градуировка таких приборов ведётся либо аналитически, либо экспериментально по эталонным вязкостям различных жидкостей.

Следует отметить широкий диапазон измерений данного класса вискозиметров от 0,01 Н∙сек/м² до 1000 Н∙сек/м² и высокую точность измерений 1%.