Глава 8. Вискозиметры

Вискозиметры – приборы для измерения вязкости, которая достаточно полно характеризует как состав, так и качество пищевых продуктов.

Вязкость – это свойство жидкостей и газов оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой (скольжение или сдвиг).

Ньютоном была установлена сила (F) сдвига, возникающая при установившемся течении:

ΔF= μΔS Δv/Δl ,

где μ – динамическая вязкость;

ΔS – площадь внутреннего трения;

Δv/Δl – градиент скорости.

Отсюда динамическая вязкость, или просто вязкость:

μ= (ΔF/ ΔS)/( Δv/Δl).

Жидкости, вязкость которых не зависит от градиента скорости, называются “ньютоновскими”, остальные относятся к группе “неньютоновских”. При этом

μ=f(Δv/Δl) .

За единицу измерения динамической вязкости в Международной системе единиц (СИ) принимается Па∙с.

Используется также единица вязкости пуаз (П):

1 П=0,1 Па∙с ; 1 сП=1 мПа∙с.

Кинематическая вязкость – отношение динамической вязкости к плотности вещества ρ:

ν =μ/ρ.

За единицу измерения кинематической вязкости в Международной системе единиц (СИ) принимается м²/с. Используется также единица кинематической вязкости стокс (Ст):

1 Ст=1 м²/с.

В промышленности вязкость измеряют в условных единицах (ºЭнглера) - это отношение времени истечения определенного объема жидкости к времени истечения дистиллированной воды того же объема:

^оЭ= τ_ж / τ_в.

8.1. Капиллярные вискозиметры

Это лабораторные приборы, предназначенные для определе­ния вязкости чистых, без твердых частиц, жидкостей.

В основу их действия положен закон Пуазёйля: объём жидкости Q, выте­кающей через трубку с узким каналом в единицу времени:

Q= πΔpd⁴/ μl ,

где Δp - падение давления на участке трубки длиной l;

d - диаметр трубки;

l- длина трубки.

При постоянстве прочих параметров:

μ=kΔp,

т.е. вязкость является функцией перепада давлений между концами капиллярной трубки.

В некоторых случаях используются вискозиметры, основанные на изме­рении времени истечения известного количества жидкости.

В простейшем вискозиметре исследуемая жидкость продавливается через капилляр шестеренным насосом. При этом давление, определяе­мое манометром, является мерой вязкости. Для повышения точности измерений система подачи жидкости термостатируется.

8.2. Шариковые вискозиметры

По теории Стокса движение шарика малого диаметра в жидкости осущес­твляется с постоянной скоростью за промежуток времени Δ t.

Динамическая вязкость определяется выражением Стокса–Ладенбурга:

μ=2/9 [r²(ρ₁- ρ₂)/v]g.1/1+2,4(D/d) ,

где r, d - радиус и диаметр шарика;

ρ₁ и ρ₂ - плотность материала шарика и жидкости;

v - скорость падения шарика;

D - диаметр цилиндра.

Таким образом, измерение вязкости может осуществляться за счет изме­рения скорости падения шарика или времени прохождения им фиксированного участка пути, т.е.

μ=кτ ,

где к - постоянная прибора.

Подъем шарика осуществляется при работе насоса. При этом происходит всасывание пробы продукта. При достижении верхнего положения насос отключается и шарик погру­жается в исследуемой жидкости, вызывая сиг­нал разбаланса, усиливаемый электронным усилителем. Отсчет вре­мени производится с помощью релейного блока и измерительного прибора.

В приборе ВПШ измерение вязкости осуществ­ляется поддержанием шарика в определенном положении за счет изменения скорости потока контролируемой среды. Такой вискози­метр может быть использован при производстве сгущенных молочных продуктов. Предел измерения 0,5–2,5 Па∙с. Основная относительная погрешность ±2 %.