Metode de cercetare

Viscozimetru. secția de fizică dedicată studiului metodelor de măsurare a viscozității. Varietatea existent de metode si instalatii de dispozitive pentru măsurarea viscozității - viscozimetre - datorita atat unei game largi de vâscozități (10 -5 N • s / m 2 în gazele de la 10 12 N • s / m 2 la un număr de polimeri) și necesitatea de a măsura viscozității în condiții de temperaturi și presiuni scăzute sau înalte (de exemplu, gaze lichefiate, metale topite, vapori de apă la presiuni ridicate etc.).

Cele mai frecvente sunt trei metode pentru măsurarea vâscozității gazelor și a lichidelor: un capilar, o minge care se încadrează și cilindri coaxiali (rotativi). Ele se bazează pe legea Poiseuille, legea Stokes și legea fluxului de fluid între cilindrii coaxiali, respectiv. Viscozitatea este de asemenea determinată de amortizarea oscilațiilor periodice ale plăcii plasate în mediul studiat.

Un grup special constă în metode de măsurare a vâscozității în volume mici ale mediului (microviscozitate). Ele se bazează pe observarea mișcării browniene, a mobilității ionilor, a difuziei de particule.

Metodă rotațională de viscometrie

Metoda rotațională de vâscozimetrie constă în faptul că lichidul care este investigat este plasat într-un mic spațiu între două corpuri, necesar pentru schimbarea mediului în studiu. Unul dintre corpuri rămâne nemișcat pe tot parcursul experimentului, celălalt, numit rotorul vâscozimetrului rotativ, se rotește la o viteză constantă. Este evident că mișcarea de rotație a rotorului vâscozimetrului este transferată pe o altă suprafață (prin mișcarea unui mediu vâscos, se presupune absența absenței alunecării mediului pe suprafețele corpului). De aici urmează teza: momentul rotativ al rotorului unui vâscozimetru rotativ este o măsură a vâscozității.

Pentru simplitate, vom lua în considerare modelul invers al unui vâscozimetru rotativ: corpul exterior se va roti, corpul intern va rămâne staționar și momentul comunicării acestuia va fi comunicat. Cu toate acestea, pentru scurtcircuit, vom face referire la corpul intern ca rotor al unui vâscozimetru rotativ.

Introducem notația necesară:
R1, L - raza și lungimea rotorului vâscozimetrului rotativ;
# 969; - viteza unghiulară constantă de rotație a corpului exterior;
R2 este raza rezervorului rotativ al vascozimetrului rotativ;
# 951; - viscozitatea mediului investigat;
M1 - momentul rotației transmis printr-un lichid vâscos, egal cu
d, l - diametrul și lungimea firului elastic,
# 966; - unghiul la care firul fix este răsucite,
G este momentul de elasticitate al materialului de fire

În acest caz, cuplul M1 al rotorului vâscozimetrului rotativ este echilibrat de momentul forțelor elastice ale firului M2:

Observăm din nou că M1 = M2, de unde după mai multe transformări în ceea ce privește # 966; avem:
sau
unde k este constanta vâscozimetrului rotativ.

Dacă luăm în considerare aceeași problemă pentru un vâscozimetru rotativ cu rotorul interior (rotorul unui vasometru) și un corp extern staționar, avem: fie

În acest caz, G este momentul necesar pentru a menține o viteză constantă de rotație, (o rotație a rotorului vâscozimetrului pentru # 964; c).

Menționăm că relațiile obținute sunt valabile pentru un cilindru de lungime infinită, în condiții reale, se ia în considerare corectarea dimensiunilor corpurilor unui vâscozimetru rotativ. Pentru aceasta se calculează așa-numita înălțime H efectivă a vâscozimetrului rotativ:

O măsurare a cuplului este efectuată pentru lichide cu vâscozități diferite (# 951; 1 și # 2; 2) la două înălțimi diferite ale cilindrului interior (L1 și L2);
prin extrapolarea liniilor M1 = f (L) și M2 = f (L) la valoarea zero a M1 și M2, valoarea # 8710; L;
H = L + # 8710;

Înălțimea efectivă a vâscozimetrului rotativ H este înlocuită în ecuații.

Metoda ultrasonică de viscometrie

REZUMAT Metoda viscometry de ultrasunete constă în faptul că în mediul investigat este scufundat placa din materialul magneto-striction numit viscozimetru sondă care este înfășurată o bobină, în care impulsurile de curent având o durată scurtă de aproximativ 20 ± 10 microsecunde, având ca rezultat apariția oscilațiilor. În conformitate cu legea de conservare la vibrațiile induse de plăci EMF în bobina care scade cu skorrostyu în funcție de viscozitatea mediului. Apoi, când EMF cade la o anumită valoare de prag, un nou impuls intră în bobină. Viscozimetrul determină vâscozitatea mediului în funcție de rata de repetare a pulsului.

Viscozimetre, a căror acțiune se bazează pe metoda viscometry cu ultrasunete, nu poate fi viscozimetrelor clasificate cu o gamă largă de măsurători. Clasa viscozimetru la temperaturi ridicate care, de asemenea, nu pot fi luate în considerare din cauza erorii relative care apare atunci când o înaltă temperatură proprietăți viscozimetrice ale dispozitivului și a materialelor.

Metoda vâscometrică capilară

Metoda de viscometrie capilară se bazează pe Legea Poiseuille asupra unui fluid vâscos, care descrie regularitățile mișcării fluidului într-un capilar.

Oferim ecuația hidrodinamicii pentru un flux staționar de lichid, cu vâscozitate # 951; prin capilarul vascozimetrului:
Q este cantitatea de lichid care curge prin capilarul viscozimetrului capilar pe unitatea de timp, m3 / s,
R - raza capilarului viscozimetrului, m
L este lungimea capilarului vâscozimetrului capilar, m
# 951; - vâscozitatea fluidului, Pa • s,
p este diferența de presiune la capetele capilarului viscozimetrului, Pa.

Observăm că formula Poiseuille este valabilă doar pentru un flux laminar al unui lichid, adică în absența unei alunecări la interfața peretelui lichid al capilarului viscozimetrului. Ecuația este utilizată pentru a determina vâscozitatea dinamică. Mai jos este o reprezentare schematică a unui viscozimetru capilar.

Într-un viscozimetru capilar, lichidul dintr-un vas sub influența diferenței de presiune p expiră prin capilarul secțiunii 2R și lungimea L într-un alt vas. Figura arată că recipientele sunt de multe ori mai mare secțiune transversală decât un viscozimetru capilar, și în consecință, viteza fluidului în cele două nave în N ori mai mici decât un viscozimetru capilar. Astfel, nu toată presiunea va merge pentru a depăși rezistența vâscoasă a lichidului, este evident că o parte din acesta va fi cheltuită pentru comunicarea fluidului unei anumite energii cinetice. În consecință, este necesară introducerea în ecuația Poiseuille a unei corecții pentru energia cinetică, numită corecția Hagenbach:
unde h este coeficientul care tinde spre unitate și d este densitatea lichidului care trebuie investigat.

A doua corecție va fi denumită în mod condiționat corecția efectului porțiunii inițiale a capilarului vâscozimetric asupra naturii mișcării lichidului care este studiat. Acesta va caracteriza posibila apariție a unei mișcări cu șurub și a unei turbionări la joncțiunea capilarului cu vasul de vascozimetru capilar (de la care curge lichidul). Esența corecției este că, în locul lungimii adevărate a capilarului vâscozimetrului L, introducem lungimea aparentă L ':
n - determinat experimental pe baza modificărilor pentru diferite valori ale L și aproximativ egale cu unul.

Rețineți că, atunci când se măsoară viscozitatea lichidelor organice având o vâscozitate cinematică ridicată și corecția Hagenbach a fost neglijabil la suta. Dacă vorbim despre viscozimetri la temperaturi înalte, atunci datorită vâscozității cinematice scăzute a metalelor lichide, corecția poate ajunge la 15%.

Metoda viscometry capilaritate se poate face referire la metoda de precizie viscometry datorită faptului că eroarea de măsurare relativă este o fracțiune de procente, în funcție de selectarea materialelor și precizia timpului de citire viscozimetru și alți parametri implicați în metoda de expirare capilară.

Metoda mingii incidentului

Metoda balonului incident de viscometrie se bazează pe legea Stokes, conform căreia viteza de cădere liberă a unei bile solide într-un mediu vâscos nefixat poate fi descrisă de următoarea ecuație:
unde V este viteza mișcării uniforme translaționale a mingii viscozimetrului; r este raza mingii; g - accelerarea gravitației; d este densitatea materialului mingii; p0 este densitatea lichidului.

Trebuie remarcat faptul că ecuația este valabilă numai în cazul în care rata de cădere a vascozimetrului mingea este destul de mică și, astfel, a observat o anumită relație empirică:

Ca și în metoda viscometry capilară, este necesar să se ia în considerare o corecție pentru dimensiunea finită a vasului cilindric cu un viscozimetru bilă cădere (înălțimea L și raza R, cu condiția dacă au fost efectuate). Astfel de acțiuni conduc la o ecuație pentru determinarea vâscozității dinamice a unui lichid prin metoda cu vâscozitate care se încadrează:

Pe baza metodei, se creează multe modele de vâscozimetri cu temperatură ridicată, în care se măsoară viscozitatea sticlei și a sărurilor topite.

Metoda de vibrație a vâscozimetriei

Vibrating Metoda vâscozimetria bazată pe determinarea modificărilor parametrilor de formă geometrică regulată a corpului forțat oscilațiilor, numita sondă vibratoare viscozimetru la imersiunea în mediul de testare. Vascozitatea mediului investigat este determinat de valorile acestor parametri, viscozimetru curba de calibrare utilizate în mod obișnuit (pentru cazul viscozimetru vibratorii primitive, în general, fără pierderi de generalitate, acest principiu este extins la dispozitivele mai complexe).

Introducem câteva notații: # 969; - frecvența oscilațiilor; # 964; - timpul de vibrație al unei sonde subțiri elastice fixe a unui vâscozimetru vibrațional, suprafața S a unei plăci sonde vâscoase; fluctuațiile apar sub acțiunea forței armonice. Viscozitatea și densitatea mediului vor fi notate, respectiv # 951; și d.

Versiunea cu fază de frecvență a metodei de vibrație a vâscozimetriei este utilizată pentru lichide foarte vâscoase. În acest caz, se măsoară frecvența de oscilație a sondei vâscozimetrului, care nu este în primul rând imersată (# 969; 0) și apoi scufundată (# 969;) în lichid în timpul schimbării de fază.

Pentru măsurarea viscozității fluidelor mai puțin vâscoase, cum ar fi metalele topite este cel mai adecvat amplitudinea rezonant metoda vibrație de realizare viscometry. În acest caz, amplitudinea A a oscilațiilor este maximizată (prin selectarea frecvențelor de vibrație). Prin urmare, parametrul măsurat, prin care se determină viscozitatea, devine amplitudinea oscilațiilor sondei vâscozimetrului. În cazul general, pentru valori mici de vâscozitate, avem:

Luăm în considerare corecțiile C2 (forțe externe: frecare, tensiune superficială, tragere, etc.). Avem o formulă finită pentru metoda viscometriei vibraționale:

Clasificarea vâscozimetrului se realizează utilizând fluide cunoscute (și anume, constantele C1, C2).

Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare