Что такое вискозиметр? Как его выбрать? - AND

Что такое вискозиметр? Как его выбрать?

2022-05-12

Что такое вискозиметр

У многих начинающих лаборантов, только начинающих обращаться с лабораторным оборудованием, возникает вопрос – что такое вискозиметр? Что он измеряет? 

В первую очередь, стоит пояснить, что измеряет вискозиметр – вязкость вещества. Это одна из важнейших характеристик жидких фракций, характеризует значение трения слоев внутри пробы. Чем меньше вибровязкость, тем более текучий раствор. В качестве эталона обычно применяется дистиллированная (очищенная) вода, динамическая величина которой составляет 1 мПа·с при комнатной температуре (20° С) и стандартном атмосферном давлении.

 

 

 

 

 

Где используется вискозиметр

Ответ на вопрос, где используется вискозиметр, прост – в лабораторных исследованиях. Сейчас практически каждое среднее и большое предприятие располагает лабораторией, где оценивается уровень качества исходного сырья, полуфабрикатов и созданных продуктов. Вязкость стоит в ряду ключевых метрик любой жидкой фракции.

Наибольшее применение аппарат находит в пищевой индустрии (т.к. качество продуктов питания критически важно для здоровья потребителя), в фармацевтической, косметической, нефтехимической и других. В том числе, часто вискозиметр применяется в научных исследованиях, чтобы разработать новые лекарственные препараты и т.п.

 

Виды вязкости, и чем они отличаются

Целостный с точки зрения потребителя термин «вязкость веществ» на деле подразделяется на 2 взаимозависимые физические характеристики жидкого образца.

Различают:

  • Динамическую (характеризует текучесть жидкость в реальных, конкретных условиях). Измеряется в Пас (паскаль-секунда) и П или сП (Пуаз или сантиПуаз)
  • Кинематическую вязкость веществ (характеризует отношение динамического значения к плотности исследуемой среды). По этому параметру можно судить о текучести пробы в различных условиях (при меняющихся температурах и давлении).

Т. о., вискозиметр – это прибор, измеряющий динамическую или кинематическую вязкость материала (возможно выявить какую-либо одну из этих характеристики на приборе конкретного вида, но не 2 одновременно).

 

Типы вискозиметров

Выбор оборудования зависит от диапазона густоты исследуемых растворов, регулярности замеров, требованиям к скорости получения данных, и конечно, бюджета предприятия.

Ниже рассматриваются основные классы вискозиметров по классификации на базе принципа работы.

 

Ротационный

В соответствии с названием (происхождение – латинское слово rotatio, что означает «вращение, круговое движение», в приборах данного типа густота веществ измеряется при помощи крутящегося шпинделя. В исследуемую жидкую фракцию опускают вращающийся шпиндель. Вращение шпинделя в растворе замедляется, крутящий момент изменяется. Чтобы поддерживать стабильную заданную скорость вращения, аппарат потребляет много электроэнергии. Изменение величины тока продиктовано консистенцией пробы, и эта зависимость фиксируется вибровискозиметром и отображается на экране.

К достоинствам данных аппаратов можно отнести простоту использования и высокую универсальность, возможность проводить измерения непрерывно. Но среди недостатков – большое тепловыделение, большое потребление тока, необходимость применения нескольких шпинделей и высокая цена. Лаборатории с небольшим бюджетом редко могут позволить себе закупить ротационный вискозиметр.

 

 

 

 

 

 

 

Капиллярные

Капиллярные – самые примитивные по принципу работы. Как работает инструмент, понятно из названия: по стеклянной трубке, как бы по капле, вытекает объем жидкости при заданном давлении. Разница давлений при проходе раствора через тонкую и толстую трубку и определяет целевую метрику.

Такой способ исследования очень прост, надежен и бюджетен, позволяет определить вибровязкость раствора в широком диапазоне густоты веществ. Впрочем, капиллярный не способен измерять слишком вязкие эмульсии (каучуки, резиновые смеси, строительные смеси). А также нужно очищать после каждого измерения, что увеличивает длительность.

 

 

С движущимся шариком

Вискозиметр такой группы называют, в том числе, «с падающим шариком», или анализатор по Стоксу, Гепплера. Принцип работы базируется на законе Стокса: густоту фракции можно определить по времени, за которое шарик под воздействием гравитации (собственного веса) проходит некое расстояние.

 

Вибрационный

Вибрационные вискозиметры – один из самых производительных, надежных и универсальных приборов. Их деятельность базируется на методе камертонной вибрации. Именно к таковым относится вибровискозиметры A&D японского производства. Принцип работы таков: при подаче электротока, рессорная (сенсорная) пластина вибрирует с постоянной частотой. При погружении в жидкий образец, между пластинами и фракцией возникает трение. Амплитуда возникающих колебаний меняется в зависимости от силы трения. Далее аппарат регулирует возбуждающий электроток с тем, чтобы амплитуда колебаний оставалась постоянной. При этом значение тока прямо пропорционально величине вязкости. Именно по корреляции этих показателей и измеряется вибровязкость.

 

К преимуществам такого метода можно отнести работу в режиме реального времени, высокую точность и повторяемость. В отличие от инструментов другого типа, не нужно постоянно менять расходный материал: сенсорные пластины едины для всех образцов. Дополнительные плюсы сенсорных пластин – низкая теплоемкость, благодаря чему быстро достигается температурной равновесие с окружающей средой, а кроме того, отсутствие деформации фракции (что критично для гелей, пенящихся и взболтанных образцов, содержащих пузырьки воздуха; при механическом воздействии структура необратимо меняется).

Вместе с тем, доступна калибровка по 1 или 2 точкам в узком диапазоне, что позволяет достичь минимальной погрешности замеров.

 

 

 

Пузырьковый

Инструменты данной группы фиксируют кинематическую вязкость веществ, измеряя время и траекторию всплытия пузырька газа в влажном материале. Таким методом можно замерять густоту веществ даже самых вязких сред. Однако оборудование имеет сложную конструкцию и высокую цену.

 

Чашка-вискозиметр

Рабочая часть представляет собой чашку или воронку. Метод основан на фиксации времени, за которое образец вытекает через узкое сопло воронки. Чем время меньше, тем более вязкая среда.

Инструменты такого вида характеризуются простой конструкцией и ценой ниже среднерыночной. Тем временем, значимый минус – невозможность делать непрерывные замеры.

Базовая сфера применения – производство лакокрасочных изделий.

 

Суттарда

Вискозиметры такого вида стандартно вовлечены в замеры консистенции гипсового теста. Проба наливается в медный или латунный цилиндр, установленный на стеклянное квадратное основание, который затем приподнимается. По диаметру расплыва получившейся «лепешки» фиксируется значение вязкости веществ.

 

Заключение

При выборе вибровискозиметра необходимо отталкиваться от консистенции пробы, необходимой точности и скорости измерений и требований к непрерывности. 1 из наиболее универсальных классов машин – вибрационный вискозиметр.