Определение вязкости: Вискозиметр - Что такое Вискозиметр?

Содержание

лабораторная работа 204

Лабораторная работа № 204

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ МЕТОДОМ СТОКСА

Цель работы: изучить метод Стокса, определить коэффициент динамической вязкости глицерина.

Приборы и принадлежности:

стеклянный цилиндрический сосуд с глицерином,

измерительный микроскоп,

измерительная линейка,

секундомер,

шарики.

1. ВЯЗКОСТЬ ЖИДКОСТИ. ЗАКОН СТОКСА

В жидкостях и газах при перемещении одних слоев относительно других возникают силы внутреннего трения, или вязкости, которые определяются законом Ньютона:

(1)

где h — коэффициент внутреннего трения, или коэффициент динамической вязкости, или просто вязкость;

модуль градиента скорости, равный изменению скорости слоев жидкости на единицу длины в направлении нормали (в нашем случае вдоль оси y) к поверхности S соприкасающихся слоев (рис.

1).

Рис. 1.

Согласно уравнению (1) коэффициент вязкости h в СИ измеряется в Па×с или в кг/(м×с).

Механизм внутреннего трения в жидкостях и газах неодинаков, т.к. в них различен характер теплового движения молекул. Подробное изложение вязкости жидкости рассмотрено в работе № 203, вязкости газов – в работе № 205.

Вязкость жидкости обусловлена молекулярным взаимодействием, ограничивающим движение молекул. Каждая молекула жидкости находится в потенциальной яме, создаваемой соседними молекулами. Поэтому молекулы жидкости совершают колебательные движения около положения равновесия, то есть внутри потенциальной ямы.

Глубина потенциальной ямы незначительно превышает среднюю кинетическую энергию, поэтому, получив дополнительную энергию при столкновении с другими молекулами, она может перескочить в новое положение равновесия. Энергия, которую должна получить молекула, чтобы из одного положения перейти в другое, называется энергией активации W, а время нахождения молекулы в положении равновесия – временем «оседлой жизни» t. Перескок молекул между соседними положениями равновесия является случайным процессом. Вероятность того, что такой перескок произойдет за время одного периода t₀ , в соответствии с законом Больцмана, составляет

(2)

Величина, обратная вероятности перехода молекулы определяет среднее число колебаний, которое должна совершить молекула, чтобы покинуть положение равновесия. Среднее время «оседлой жизни» молекулы . Тогда

(3)

где k – постоянная Больцмана;

средний период колебаний молекулы около положения равновесия.

Коэффициент динамической вязкости зависит от : чем реже молекулы меняют положение равновесия, тем больше вязкость. Используя модель скачков молекул, советский физик Я.И.Френкель показал, что вязкость изменяется по экспоненциальному закону:

(4)

где А – константа, определяемая свойствами жидкости.

Формула (4) является приближенной, но она достаточно хорошо описывает вязкость жидкости, например, воды в интервале температур от 5 до 100 °С, глицерина – от 0 до 200 °С.

Из формулы (4) видно, что с уменьшением температуры вязкость жидкости возрастает. В ряде случаев она становится настолько большой, что жидкость затвердевает без образования кристаллической решетки. В этом заключается механизм образования аморфных тел.

При малых скоростях движения тела в жидкости слой жидкости, непосредственно прилегающий к телу, прилипает к нему и движется со скоростью тела. По мере удаления от поверхности тела скорость слоев жидкости будет уменьшаться, но они будут двигаться параллельно. Такое слоистое движение жидкости называется

ламинарным. При больших скоростях движения жидкости ламинарное движение жидкости становится неустойчивым и сменяется турбулентным, при котором частицы жидкости движутся по сложным траекториям со скоростями, изменяющимися беспорядочным образом. В результате происходит перемешивание жидкости и образуются вихри.

Характер движения жидкости определяется безразмерной величиной Re, называемой числом Рейнольдса. Это число зависит от формы тела и свойств жидкости. При движении шарика радиусом

R со скоростью U в жидкости плотностью r_ж

(5)

При малых Re (<10), когда шарик радиусом 1-2 мм движется со скоростью 5-10 см/c в вязкой жидкости, например в глицерине, движение жидкости будет ламинарным. В этом случае на тело будет действовать сила сопротивления, пропорциональная скорости

(6)

где r – коэффициент сопротивления. Для тела сферической формы

Сила сопротивления шарика радиусом R примет вид:

(7)

Формула (7) называется законом Стокса.

2. ОПИСАНИЕ РАБОЧЕЙ УСТАНОВКИ И МЕТОДА

ИЗМЕРЕНИЙ

Одним из существующих методов определения коэффициента динамической вязкости является метод Стокса. Суть метода заключается в следующем. Если в сосуд с жидкостью бросить шарик плотностью большей, чем плотность жидкости (

r>r_ж), то он будет падать (рис. 2). На движущийся в жидкости шарик действует сила внутреннего трения (сила сопротивления) , тормозящая его движение и направленная вверх. Если считать, что стенки сосуда находятся на значительном расстоянии от движущегося шарика, то величину силы внутреннего трения можно определить по закону Стокса (6).

Рис. 2.

Кроме того, на падающий шарик действует сила тяжести, направленная вниз

и выталкивающая сила , направленная вверх. Запишем уравнение движения шарика в проекциях на направление движения:

(8)

Решение уравнения (8) описывает характер движения шарика на всех участках падения. В начале движения скорость шарика U мала и силой F_c можно пренебречь, т.е. на начальном этапе шарик движется с ускорением

По мере увеличения скорости возрастает сила сопротивления и ускорение уменьшается. При большом времени движения сила сопротивления уравновешивается равнодействующей сил

и , и шарик будет двигаться равномерно с установившейся скоростью.

Уравнение движения (8) в этом случае примет вид

(9)

Сила тяжести равна

(10)

где r — плотность вещества шарика.

Выталкивающая сила определяется по закону Архимеда:

(11)

Подставив (10), (11) и (7) в уравнение (9), получим

Отсюда находим

(12)

Установка представляет собой широкий стеклянный цилиндрический сосуд 1, наполненный исследуемой жидкостью (рис. 3). На сосуд надеты два резиновых кольца 2, расположенных друг от друга на расстоянии l. Если время движения шарика 3 между кольцами t, то скорость шарика при равномерном движении

и формула (12) для определения коэффициента динамической вязкости запишется:

(13)

При этом верхнее кольцо должно располагаться ниже уровня жидкости в сосуде, т.к. только на некоторой глубине силы, действующие на шарик, уравновешивают друг друга, шарик движется равномерно и формула (13) становится справедливой.

В сосуд через отверстие 4 опускают поочередно пять небольших шариков 3, плотность которых r больше плотности исследуемой жидкости r_ж.

В опыте измеряют диаметры шариков, расстояние между кольцами и время движения каждого шарика на этом участке.

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ И ОБРАБОТКА

РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

1. Измерить диаметр шарика D с помощью микроскопа.

С помощью линейки измерить расстояние l между кольцами.

3. Через отверстие 4 в крышке сосуда опустить шарик.

4. В момент прохождения шариком верхнего кольца включить секундомер и измерить время t прохождения шариком расстояния l между кольцами.

5. Опыт повторить с пятью шариками. Шарики имеют одинаковый диаметр и двигаются в жидкости примерно с одинаковой скоростью. Поэтому время прохождения шариками одного и того же расстояния l можно усреднить и, выразив радиус шариков через их диаметр , формула (13) примет вид:

(14)

где среднее арифметическое значение времени.

6. По формуле (14) определить значение . Плотность исследуемой жидкости (глицерина) r_ж= 1,26×10³кг/м³, плотность материала шарика (свинца) r = 11,34×10³кг/м³.

7. Методом расчета погрешностей косвенных измерений находят относительную Е и абсолютную Dh погрешность результата:

, ,

где — абсолютные погрешности табличных величин r, r_ж и g; — абсолютные погрешности прямых однократных измерений диаметра шарика D и расстояния l; абсолютная погрешность прямых многократных измерений времени.

8. Данные результатов измерений и вычислений занесите в таблицу.

Таблица результатов

№

п/п

r_ж

кг/м³

м/c²

Па×с

Сравните полученный результат с табличным значением коэффициента динамической вязкости глицерина при соответствующей температуре. Температуру воздуха (а соответственно и глицерина) посмотрите на термометре, находящемся в лаборатории.

Коэффициенты динамической вязкости глицерина

при различных температурах

t, °C	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27
h,Па×с	1,74	1,62	1,48	1,35	1,23	1,124	1,024	0,934	0,85	0,78

4. ВОПРОСЫ ДЛЯ ДОПУСКА К РАБОТЕ

Сформулируйте цель работы.

2. Запишите формулу Ньютона для силы внутреннего трения и поясните величины, входящие в эту формулу.

3. Опишите рабочую установку и порядок выполнения работы.

4. Какие силы действуют на шарик, падающий в жидкости?

5. Запишите рабочую формулу и поясните ее.

5. ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ РАБОТЫ

1. Объясните молекулярно-кинетический механизм внутреннего трения (вязкости) жидкости.

2. Дайте понятие энергии активации.

3. Как зависит вязкость жидкости от температуры?

4. При каких условиях движение жидкости будет ламинарным?

5. Запишите уравнение движения шарика в глицерине и выведите рабочую формулу.

6. Можно ли верхнее кольцо располагать на уровне поверхности жидкости в сосуде?

7. Получите формулу для расчета относительной погрешности Е.

10.15G Определение вязкости

Посмотреть каталоги партнеров в формате PDF:
— выбрать по фирме-производителю — ADAM EQUIPMENTALLA FRANCEANGELANTONIBRANSCANBurkle GmbHECOSAFEFILTRAFUNKE–GERBERGVS GroupHEINZ – HERENZHELLMAILMVACINTERSCIENCEKARL HECHT ASSISTENTKARTELLKOEHLER INSTRUMENTKONIK-TECHLab MMESA LABSMIELEMUNKTELL AHLSTROMNUOVA APTACAOrum InternationalPBI INTERNATIONALPRENTEXRötzmeier SicherheitsbehälterSAINT-GOBAIN Performance PlasticsSELECTASILVERSONSmeg instrumentsSTABLE MICRO SYSTEMSSYNBIOSISTEKNOKROMAWASSERLABWHATMANWhirl-PakЛаМО

— выбрать по названию — TYGON и другие виды специальных шлангов и трубок от Saint-Gobain. Поставщик SIMAS.Автоклавы для пастеризации и стерилизации консервовАвтоклавы ручные и автоматические. Каталог SIMAS (SELECTA)Автоклавы. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Автоматические средоварки и станции для подготовки сред. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Автоматический разбавитель Baby Gravimat. Брошюра SIMAS (INTERSCIENCE)Автоматический разбавитель Gravimat. Брошюра SIMAS (INTERSCIENCE)Автоматы для мойки и дезинфекции. Каталог Miele. Поставщик СИМАС.Аксессуары для взвешивания и аналитического оборудования. Брошюра SIMASАксессуары для газовой хроматографии. Брошюра SIMAS (TEKNOKROMA)Аксессуары к ProtoCOL2. Брошюра SYNBIOSIS. Поставщик СИМАС.Анализ ароматических углеводородов в нефтепродуктах методом ВЭЖХ+ГХ-МС. Каталог SIMAS (KONIK-TECH)Анализ жирных кислот в пищевых продуктах на газовом хроматографе и масс-спектрометре KONIK. Каталог SIMAS (KONIK-TECH)Анализ качества яиц на Анализаторе текстуры. Брошюра Stable Micro Systems. Поставщик СИМАС.Анализ ПАУ в минеральных маслах методом ГХВР+ВЭЖХ. Каталог SIMAS (KONIK-TECH)Анализаторы текстуры для пищевой промышленности. Брошюра Stable Micro Systems. Поставщик SIMAS.Анализаторы текстуры для фармацевтических препаратов. Брошюра Stable Micro Systems. Поставщик СИМАС.Аналитическая лаборатория. Каталог SIMAS (SELECTA)Аналитические приборы для анализа воды и продуктов питания. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASАналитические приборы. Брошюра SIMAS (SELECTA)Аналитическое и общелабораторное оборудование. Каталог SELECTA 2011-2013.Аналитическое и общелабораторное оборудование. Каталог SELECTA 2015. Поставщик SIMAS.Аналитическое оборудование для пива. Каталог SIMAS (FUNKE — GERBER)Базовая модель индикатора крутящего момента ST-FT1Бактерицидные установки закрытого типа Germreduc. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Бани для пастеризации консервов и аксессуары для автоклавовБезопасные бачки и бидоныБезопасные контейнеры, бидоныБиологические и микробиологические инструменты и аксессуары. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASБокс Gemini с вертикальным ламинарным потоком воздуха. Брошюра Angelantoni. Поставщик СИМАСБоксы биологической безопасности, ламинарные боксы для оснащения отдельных рабочих мест, работа с порошками. Брошюра Angelantoni. Поставщик SIMASБольше чем фильтрация. Каталог WHATMAN Schleicher & Schuell. Поставщик SIMASБрошюра 1. Косметика и Туалетные принадлежности SilversonБрошюра 2. Косметика и Туалетные принадлежности SilversonБумага для контроля всхожести семян. Брошюра Munktell. Поставщик СИМАС.Бумага для отбора проб крови новорожденных для исследования. Брошюра Munktell. Поставщик SIMAS.Бумага для хроматографии и блоттинга от Munktell. Поставщик СИМАС.Бумага с покрытием для защиты поверхностей. Брошюра Munktell. Поставщик SIMAS.Бумажные и мембранные фильтры для пивоваренной промышленности и производства напитков. Брошюра Munktell. Поставщик СИМАС.Вакуумные и высокотемпературные шкафы. Брошюра SIMAS (SELECTA, ILMVAC)Вакуумные установки и аксессуары для твердофазной экстрации. Каталог TEKNOKROMA. Поставщик SIMASВесы и измеритель плотности. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASВесы лабораторные электронные PGW, весы аналитические электронные PW. Брошюра СИМАСВискозиметры ротационные FUNGILAB. Каталог SIMAS 2009.Вискозиметры. Чашка Форда. Брошюра SIMAS (SELECTA)Водяные,масляные и песчаные бани. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASВоздухозаборник Pinocchio Super для сжатого воздуха и газов. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Воздухозаборник SAS ISOLATOR для контроля чистоты воздуха в изоляторах и чистых помещениях. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Встроенные смесители с большим усилием сдвига. Каталог SIMAS (SILVERSON)Высококачественные изделия для лабораторий — резина, пластик, силиконВысокоточные охлаждаемые кабинеты Hotcold. Брошюра SIMAS (SELECTA)Высокоэффективная пробоподготовка для хроматографии и масс-спектрометриии. Брошюра SIMAS (WHATMAN)Высокоэффективное смешивающее оборудование SILVERSON 2009.Высокоэффективные лабораторные смесители SILVERSON. Каталог 2009.Вытяжной шкаф Safehood. Брошюра BIOAIR. Поставщик SIMASВЭЖХ, ГХВР, МС. Каталог SIMAS (KONIK-TECH)Газовый хроматограф KONIK GC 4000 B. Каталог SIMAS (KONIK-TECH)Гелиос С — ламинарный бокс с горизонтальным воздушным потоком. Брошюра Angelantoni. Поставщик SIMASГенеральный каталог KARTELL (пластиковая посуда). Поставщик SIMASГОМОГЕНИЗАТОР «ПРОБЛЕНД»Госпитальные принадлежности. Каталог SIMAS (PBI INTERNATIONAL, KARTELL)Гравиметрический разбавитель ПРОДЕЛЮТЕДезодорант для автоклавов — капсулы ANABAC. Брошюра SIMAS (INTERSСIENCE).Дезодорант для автоклавов ANABAC. Брошюра SIMAS (INTERSСIENCE)Жидкостная хроматография. Колонки и аксессуары. Каталог TEKNOKROMA. Поставщик SIMASЖидкостной и газовый хроматографы KONIK K2. Каталог SIMAS (KONIK-TECH)Жидкостной хроматограф KONIK LC550 B. Каталог SIMAS (KONIK-TECH)Защитные емкости для нефтепереработкиЗащитный микробилогический шкаф S@feflow. Брошюра BIOAIR. Поставщик SIMASЗащитный микробиологический шкаф S@feflow 1.2. Брошюра BIOAIR. Поставщик SIMASЗащитный микробиологический шкаф TopSafe. Брошюра BIOAIR. Поставщик SIMASИндикаторная и тестовая бумага. Каталог MACHEREY NAGEL. Поставщик SIMASИндикаторы расхода, переходники и краны. Брошюра SIMAS (KARTELL)Индикаторы, биологические и химические. Брошюра SIMAS (MESA LABS)Инструмент автоматизированный ХромаЗонаИнструменты медицинские. Брошюра SIMAS (NUOVA APTACA)Исследование антикоррозионных свойств масел ГОСТ 19199. Брошюра SIMAS (SELECTA, WHATMAN)Исследование нефтепродуктов. Брошюра SIMAS (KOEHLER INSTRUMENT)Исследование нефтепродуктов. Каталог SIMAS (KOEHLER) Новинки 2008Исследование нефтепродуктов. Каталог SIMAS (KOEHLER,THE TINTOMETER, SELECTA)Канистры и контейнеры для огнеопасных жидкостей. Брошюра SIMAS (SELECTA)Капиллярные колонки для жидкостной хроматографии. Каталог SIMAS (Teknokroma)Каталог Orum International Новое поколение для микробиологического контроля воздуха Биологические пробоотборник воздухаКаталог — ALLA FRANCEКаталог — KARTELL — Лабораторные принадлежностиКаталог — Лабораторные приборы для лечебных учрежденийКаталог Heinz Herenz 2009. Медицинские и лабораторные принадлежности.Каталог NASCO — пакеты Whirl-PakКаталог WHATMAN — лидер в технологии разделения. Поставщик SIMASКаталог Whatman 2009-2010 – Прикасаясь к жизни. Поставщик SIMAS.Каталог питательных сред LAB M. Поставщик SIMAS.Каталог УатманКнига № 1 — 1000 Мелочей для лабораторииКнига № 1 -Биологические пробоотборники воздухаКнига № 10 — Экстракция по СокслетуКнига № 11 — Высокоэффективные Смесители — Лабораторные, пилотные и промышленныеКнига № 12 — Мытье и дезинфекция лабораторной посудыКнига № 2 — Инновации для микробиологической лабораторииКнига № 2 — Насосы и пробоотборникиКнига № 3 — Определение температур вспышки и самовоспламенения. Нефтехимическая серияКнига № 3 — Современная химическая лабораторияКнига № 4 — Исследование молока и пиваКнига № 5 — Вакуумная фильтрация и фильтрация под давлениемКнига № 6 — Исследование свойств нефтяных масел — Нефтехимическая серияКнига № 6 — Микробиологическая диагностика воды, напитков и растворовКнига № 7 — Исследование пластичных свойств смазок. Нефтехимическая серияКнига № 7 — Современная микробиологическая лабораторияКнига № 8 — Исследование реологических свойств — Анализаторы текстурКнига № 8 — Исследование реологических свойств. Анализаторы текстуры. Серия «Лабораторная библиотека».Книга № 9- Анализ текстуры промышленной продукцииКнига №11 — Высокоэффективные смесители. Лабораторные, пилотные и промышленные. Серия «Лабораторная библиотека».Книга №12 — Мытьё и дезинфекция лабораторной посуды. Серия «Лабораторная библиотека».Книга №2 — Насосы и пробоотборники. Серия «Лабораторная библиотека».Книга №3 — Современная химическая лаборатория. Серия «Лабораторная библиотека».Книга №4 — Исследование молока и пива. Серия «Лабораторная библиотека».Книга №5 — Вакуумная фильтрация и фильтрация под давлением. Серия «Лабораторная библиотека».Книга №6 — Исследование свойств нефтяных масел. «Лабораторная библиотека. Нефтехимическая серия.»Книга №6 — Микробиологическая диагностика воды, напитков и растворов. Серия «Лабораторная библиотека».Коллекция фильтрующих насадок. Каталог WHATMAN (BATMAH). Поставщик SIMASКолонки для газовой хроматографии. Каталог Teknokroma. Поставщик SIMASКолориметры,фотометры и спектрофотометры. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASКомпактный вытяжной шкаф Chemo-Bench3 для химических лабораторий. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Кондуктометры и рН-метры. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASКонтейнеры и емкости для сбора отходов. Брошюра SIMAS (NUOVA APTACA)Кюветы для спектрофотометрии. Каталог HELLMA 2009.BestCellers.Кюветы. Каталог SIMAS (HELLMA GmbH&Co.KG.)Лабораторная мебель и оборудование. Поставщик SIMAS.Лабораторная продукция для разработки и контроля современных высокоточных технологий и научных исследований от WHATMAN. Каталог СИМАС 2009.Лабораторное оборудование #1. Брошюра SIMAS (SELECTA)Лабораторное оборудование #2. Брошюра SIMAS (SELECTA)Лабораторное оборудование #3. Брошюра SIMAS (SELECTA)Лабораторное оборудование для анализа молока. Каталог FUNKE-GERBER.Лабораторные инструменты и аксессуары. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASЛабораторные лопастные мешалки. Брошюра SIMAS (BUNSEN)Лабораторные приборы для лечебных учреждений №1. Брошюра SIMAS (SELECTA)Лабораторные приборы для лечебных учреждений №2. Брошюра SIMAS (SELECTA)Лабораторный лопаточный смеситель Bag Mixer 400. Брошюра SIMAS (INTERSСIENCE)Лабораторный очиститель воды MicromaticЛаминарный бокс II класса защиты SPACE2 ergosafe. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Ламинарный бокс MINIFLO. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Ламинарный шкаф II класса защиты SPACE Luce. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Лопаточный гомогенизатор MiniMix 100 CC. Брошюра SIMAS (INTERSСIENCE).Магнитные мешалки и качалки. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASМасла смазочные и присадки. Метод определения степени чистоты ГОСТ 12275. Брошюра SIMAS (WHATMAN, SELECTA, ILMVAC)Масс — спектрометр KONIK MS Q12. Каталог SIMAS (KONIK-TECH)Медицинские сверхнизкотемпературные морозильные камеры. Брошюра Angelantoni. Поставщик СИМАСМембранная фильтрация для микробиологических лабораторий от Munktell. Поставщик SIMAS.Микробиологические мониторы — готовые системы для подготовки проб жидких образцов. Брошюра SIMAS (WHATMAN)Микробиологические товары компании PBI. Поставщик SIMASМикробиологический контроль воды и напитков. Каталог SIMAS (WHATMAN)Микробиология — 2004 — PBI InternationalМикробиология. Каталог Interscience 2011. Поставщик SIMASМикробиология. Каталог Interscience. Поставщик СИМАС.Микробиология. Каталог WHATMAN Schleicher & Schuell. Поставщик SIMASМикробиология: разбавление, гомогенизация, спиральный посев, автоматический подсчет колоний, автоклавирование. Каталог SIMAS (INTERSIENCE)Многофункциональные лабораторные миксеры. Каталог SILVERSON MACHINES.Муфельные печи. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASНагревательные плитки и нагреватели для круглодонных колб. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASНасосы вакуумные, перестальтические, центробежные. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASНасосы, наполнители, пробоотборники. Каталог Burkle 2010-2011 рус.яз.Настольный тестер крутящего момента STНитроцеллюлозные мембраны Protran для новейших методов исследования белков. Брошюра SIMAS (WHATMAN)Новый каталог компании Burkle 2010 на русском языке. Насосы, пробоотборники, контейнеры, лабораторный пластик, фиттинги (трубки, соединения, зажимы). Носители на основе целлюлозы для хроматографических колонок и ТСХ. Брошюра SIMAS (WHATMAN)Оборудование для анализа молока. Каталог FUNKE GERBER. Поставщик SIMASОборудование и расходные материалы для ПЦР и ИФА лабораторий. Брошюра SIMAS.Одноразовая стерильная головка Dispo-Head для воздухозаборников SAS. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Одноразовые серологические пипетки. Каталог Kartell. Поставщик SIMASОзоление — муфельные печи, тигли, щипцы. Брошюра SIMAS (SELECTA)Определение воды в нефтепродуктах ГОСТ 2477. Брошюра SIMAS (SELECTA, WHATMAN)Определение вязкости нефтепродуктов. Брошюра SIMAS (KOEHLER INSTRUMENT)Определение вязкости. Брошюра SIMAS (FUNGILAB, SELECTA)Определение мыл нафтеновых кислот в топливах ГОСТ 21103. Брошюра SIMAS (WHATMAN, SELECTA, KARTELL)Определение осадка в сырой нефти методом мембранной фильтрации ASTM D4807-05. Брошюра SIMAS (WHATMAN, SELECTA, ILMVAC)Определение содержания механических примесей в нефтепродуктах. ГОСТ 10577. Брошюра SIMAS (WHATMAN, ILMVAC)Оптика: микроскопы, рефрактометры, микротом. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASОтбор проб: твердых, сыпучих, мазеобразных, жидких. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Оценка силы закручивания Torqo-II+Пакеты SSB — Сверхбезопасная система транспортировки образцов. Брошюра SIMAS (NASCO)Пакеты Sto-Circul-Bag для гомогенизации. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Пакеты ВИХРЬ — отбор, упаковка, транспортировка, гомогенизация и хранение образцов. Каталог SIMAS (NASCO, INTERSCIENCE, PBI INTERNATIONAL)Пакеты ВИХРЬ для промышленных предприятий. Брошюра SIMAS (NASCO)Переносная установка для дезинфекции помещений Formalintec. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Переносной автоматический автоклав Auto-Koch. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Печи,стерилизаторы, инкубаторы и сушильные шкафы. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASПитательные среды LAB M. Полный перечень 2012. Поставщик СИМАС.Питательные среды для микробиологических исследований в клинической микробиологии и контроля пищевых продуктов от Lab M. Брошюра СИМАС.Пластиковая посуда для лабораторий. Kartell 2012. Поставщик SIMAS.Пластины для ТСХ на гибкой основе. Каталог SIMAS (WHATMAN)Пластины для ТСХ серии Diamond. Каталог SIMAS (WHATMAN)Погружные термостаты. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASПодготовка проб грунтовых вод с помощью Polydisc GW. Брошюра SIMAS (WHATMAN)Подготовка проб для ВЭЖХ — фильтровальные элементы с поршнем Mini-Uni Prep. Брошюра SIMAS (WHATMAN)Подготовка проб для хроматографических и спектрометрических исследований. Брошюра SIMAS (WHATMAN)Подсчет колоний на приборах Petri-Light и Colony Count. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Полимерные емкости. Каталог SIMAS (KARTELL)Полимерные изделия для лабораторий №1. Брошюра SIMAS (KARTELL)Полимерные изделия для лабораторий №2. Брошюра SIMAS (KARTELL)Полимерные изделия для сверхчистых и агрессивных сред от Saint-Gobain. Поставщик SIMAS.Полимерные пакеты для автоклавирования DISPOBAG. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Полная линия продукции KONIK-TECH 2007 г. Каталог SIMAS.Прибор SMS в журнале Пищевая промышленность № 3 2019Прибор SMS в журнале Пищевая промышленность № 4 2019Приборы вспомогательные для тестирования нефтепродуктовПриборы для анализа нефтепродуктов. Каталог KOECHLER. Поставщик SIMASПриборы для контроля и управления. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASПробки. Брошюра SIMAS (KARTELL)Пробоотборник воздуха АИРБИО ДУОПробоотборник воздуха СИСТЕМА КАЛИТЕСТПробоотборник воздуха ТРИО.БАС ТРИОПробоотборник для анализа аэрозолей на легионеллу SAS-PCR LEGIONELLA. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Пробоотборники для пищевых продуктов. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Программа продаж SIMASПромывалки. Брошюра SIMAS (KARTELL)Простой подсчет колоний и измерение зон подавления. Брошюра SYNBIOSIS. Поставщик SIMAS.Разведение и гомогенизация образцов для микробиологических исследований. Брошюра SIMAS (INTERSСIENCE)Рассев образцов. Каталог Filtra. Поставщик СИМАСРассев образцов: приборы и сита. Брошюра SIMAS (FILTRA)Рассев. Каталог Filtra 2011. Поставщик СИМАС.Расходные материалы для анализа крови, вспомогательное лабораторное оборудование. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASРасходные материалы для микробиологии. Брошюра SIMAS (NUOVA APTACA, HEINZ — HERENZ, KARL HECHT)Расходные материалы для оптических методов аналитичес. исследований. Каталог 2011 г. Поставщик СИМАС.Расходные материалы и аксессуары. Каталог HEINZ-HERENZ. Поставщик SIMASРасходные материалы, аксессуары, оборудование для микробиолога. Каталог SIMAS (HEINZ – HERENZ, KARTELL, NASCO, PBI INTERNATIONAL, SELECTA, SAINT-GOBAIN Performance Plasticks)Ручной тестер ST-H0XРучные роторные насосы для любых жидкостей. Брошюра SIMAS (SELECTA)Семейство воздухозаборников. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Сеть SAS Super Network для чистых помещений. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Система ProtoCOL 2 для: подсчета колоний, для измерения зон. Брошюра SYNBIOSIS. Поставщик SIMASСистема ГАЗ — ТЕСТСистемы очистки воды WasserlabСита и рассеиватели. Каталог FILTRA. Поставщик SIMASСовременная продукция для лабораторий, промышленности и науки. Каталог SIMAS (BURKLE 2003)Современная продукция для лабораторий, промышленности и науки. Каталог SIMAS (BURKLE 2007)Стеклянная лабораторная посуда, микроскопия, принадлежности. Каталог Assistent-Precision.Стеклянные изделия и аксессуары. Каталог ASSISTENT (KARL HECHT KG). Поставщик SIMASСтерильные целлюлозные пробки для микробиологии. Брошюра SIMAS (HEINZ – HERENZ)Сухие термостаты. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASСчетчик колоний Acolyte. Брошюра SYNBIOSIS. Поставщик СИМАС.Счетчик колоний SCAN 100. Брошюра SIMAS (INTERSСIENCE).Счетчик колоний автоматический ПРОТОКОЛ 3Таблица соответствия колонок TEKNOKROMA колонкам других производителей. Поставщик SIMASТБ — VOLSCAN — Измерение объем и плотности для промышленных изделийТБ — Защитные емкости для фармацевтовТермометры, ареометры для всех видов промышленности. Каталог 2011. Поставщик SIMASТермометры, ареометры, рефрактометры для пищевой промышленности. Каталог 2008 рус.яз. Поставщик СИМАСТест для определения чистоты поверхности IGIENTEST. Листовка СИМАС.Технологии фильтрации и сепарации. Каталог Munktell 2012.УАТМАН — Filter GDXУльтразвуковые очистительные ванны. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASУстановка MBS -I вакуумной мембранной фильтрации для пищевой промышленности. Брошюра SIMAS (WHATMAN)Установка MBS-II вакуумной мембранной фильтрации для фармацевтической промышленности. Брошюра SIMAS (WHATMAN, ILMVAC)Установка для автоматического наполнения чашек Петри Elios Premium. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Установка для термического запаивания пакетов Bag Seal. Брошюра SIMAS (INTERSСIENCE)Установки для получения чистой водыФильтровальная бумага Munktell & Filtrak. Поставщик СИМАС.Фильтровальная бумага для количественного анализа. Брошюра Munktell. Поставщик СИМАС.Фильтровальная бумага для химических лабораторий пищевых предприятий и сельского хозяйства от Munktell. Поставщик SIMAS.Фильтровальная бумага марки FILTRAK. Брошюра Munktell. Поставщик СИМАС.Фильтровальная система MBS I для микробиологического контроля. Брошюра SIMAS (WHATMAN)Фильтровальная система MBS II для микробиологического контроля. Брошюра SIMAS (WHATMAN)Фильтровальные насадки на шприц GD/X для вязких жидкостей. Брошюра SIMAS (WHATMAN)Фильтры бумажные и стекловолоконные, втулки экстракционные. Брошюры SIMAS (WHATMAN)-(BATMAH)Холодильные и морозильные установки. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASХроматография для молочной промышленности. Поставщик СИМАСХроматография. Каталог Teknokroma 2009-2010. Поставщик SIMAS.Целлюлозные экстракционные гильзы для экстракции по Сокслету. Брошюра Munktell. Поставщик SIMAS.Центрифуги. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASШкафы безопасности — 1Шкафы безопасности — 2Шкафы безопасности — 3Шкафы безопасности — 4Шланги без фталатов. Каталог Saint-Gobain.Поставщик СИМАС.Шланги и трубки Tygon. Применение. Поставщик SIMAS.Шланги и трубки TYGON. Технические параметры. Поставщик SIMAS.Шланги. Брошюра SIMAS (KARTELL)Штатив для хранения пакетов для гомогенизации BagRack 400. Брошюра SIMAS (INTERSСIENCE)

Экспериментальное определение вязкости (вискозиметр)

Вискозиметрия – это экспериментальное определение вязкости жидкостей и газов с помощью так называемых вискозиметров.

1 Definition of viscosity (Newton’s law of fluid friction)
2 Rotational viscometer
3 Falling sphere viscometer
4 Falling sphere viscometer by Höppler
5 Capillary viscometer by Ubbelohde
6 Dip cup viscometer

Definition вязкости (закон жидкостного трения Ньютона)

Вязкость описывает внутреннее сопротивление потоку жидкости (внутреннее трение). Оно определяется напряжением сдвига τ, необходимым для смещения двух пластин, движущихся относительно друг друга. Чем выше относительная скорость Δv пластин и чем меньше расстояние Δy между пластинами, тем больше касательное напряжение. Константой пропорциональности между этими величинами является (динамическая) вязкость η. Этот закон также известен как закон жидкостного трения Ньютона:

\begin{align}
\label{t}
&\boxed{\tau= \eta \cdot \frac{\Delta v}{\Delta y}} ~~~&&\text{Закон Ньютона о жидкостном трении}\\[5px]
&{\tau=\ frac{F}{A}} ~~~&&\text{ напряжение сдвига} \\[5px]
\end{align}

Рисунок: Влияние относительной скорости на силу сдвига

Более подробная информация о вязкости и законе Ньютона жидкостного трения можно найти в статье Вязкость.

Ротационный вискозиметр

Удержание жидкости между двумя пластинами для определения вязкости является очень описательной процедурой, но вряд ли осуществимой на практике. Как должна удерживаться жидкость в зазоре между двумя пластинами? Поэтому на практике используют веретено, вращающееся с постоянной скоростью в цилиндрическом сосуде. В сосуде находится жидкость, вязкость которой необходимо определить. Такой аппарат для определения вязкости называют еще ротационный вискозиметр .

Рисунок: Установка ротационного вискозиметра

В зависимости от вязкости привод шпинделя требует определенного крутящего момента. Чем выше вязкость, тем больший крутящий момент требуется для поддержания постоянной скорости вращения. Этот крутящий момент измеряется непосредственно на двигателе и может использоваться для определения вязкости после соответствующей калибровки. Однако скорость вращения не должна выбираться слишком высокой, так как при слишком высоких скоростях развивается не ламинарный поток, а турбулентный.

Рисунок: Шпиндель ротационного вискозиметра

Вискозиметр с падающим шариком

Вязкость жидкости также можно определить с помощью опытов с шариком, погружающимся в жидкость. Скорость, с которой мяч опускается на землю в жидкости, напрямую зависит от вязкости жидкости. Используемые жидкости в основном жидкие.

Рисунок: Принцип работы вискозиметров с падающими сферами

Физик Джордж Габриэль Стоукс вывел следующее уравнение, которое показывает связь между скоростью v, с которой сфера радиуса r протягивается через жидкость с вязкостью η, и результирующим трением сила F _f :

\begin{align}
\label{s}
&\boxed{F_f = 6\pi \cdot r \cdot \eta \cdot v} ~~~\text{Закон трения Стокса} \\[5px]
\end{align}

Обратите внимание, что закон Стокса применяется только к сферическим телам, обтекаемым ламинарно!

Анимация: Принцип работы вискозиметров с падающей сферой

Если мяч бросить в вязкую жидкость, скорость сначала увеличивается до тех пор, пока противодействующая сила трения не станет равной силе веса мяча. Для более точных измерений необходимо также учитывать выталкивающую силу, направленную вверх. Все три силы уравновешивают друг друга в стационарном случае, и получается постоянная скорость погружения: 92g}{9~ v_\text{s}}\left(\rho_b-\rho_f\right) } ~~~~~r \ll R\\[5px]
\end{align}

При выполнении эксперимента однако скорость снижения не должна быть слишком высокой. С одной стороны, потому что тогда нельзя гарантировать, что состояние равновесия будет достигнуто до того, как мяч упадет на землю. С другой стороны, всегда должен быть обеспечен ламинарный поток вокруг шара, чего нельзя сказать о высоких скоростях, поскольку при этом создается турбулентность.

Кроме того, радиус R цилиндрической трубы должен быть большим по сравнению с радиусом r шарика, падающего в нее, иначе между шариком и стенкой трубы возникнут эффекты течения, которыми больше нельзя пренебрегать. Это приводит к дополнительному трению обтекающей жидкости и уменьшению скорости опускания мяча (принцип гидравлического демпфирования). Поэтому из-за конечного радиуса трубы скорость опускания мяча на практике всегда измеряется слишком малой. Следовательно, скорость опускания корректируется с помощью эмпирического поправочного коэффициента L (называемого 92g}{9 ~v_\text{s} \cdot L}\left(\rho_b-\rho_f\right) } ~~~\text{где}~~~ \boxed{L=1+2.1 \frac{r }{R}}>1 \\[5px]
\end{align}

Рис.

: Поправочный коэффициент скорости погружения по Ладенбургу

На практике поправочный коэффициент обычно определяют перед испытанием с использованием жидкости с известной вязкость.

Вискозиметр с падающим шариком Höppler

Вискозиметр с падающим шариком производства Höppler основан на методе падающего шарика, описанном в предыдущем разделе. Мяч падает на землю в пробирке с исследуемой жидкостью. На трубку нанесены две маркировки, которые указывают определенное расстояние измерения Δs («расстояние падения»). Время Δt, необходимое для прохождения шариком этого измерительного расстояния, измеряется с помощью световых барьеров. Скорость спуска v 92g}{9 \cdot \Delta s \cdot L}}}_{\text{константа}~ \color{red}{C}} \cdot \left(\rho_b-\rho_f\right) \cdot \Delta t \\[5px]
\label{eta}
&\boxed{\eta = C \cdot \left(\rho_b-\rho_f\right) \cdot \Delta t } \\[5px]\\[5px]
\end{align}

Анимация: Вискозиметр с падающей сферой в соответствии с Höppler

Критерий, отмеченный красным, представляет собой конкретную постоянную измерительного прибора, которая также зависит от используемой тестовой сферы. В зависимости от ожидаемой вязкости производители вискозиметров Хепплера предлагают различные шарики, для которых заранее определена тестовая постоянная С.

Эта константа также учитывает, что трубка расположена не строго вертикально, а наклонно. Поэтому мяч тонет не только падая, но и катясь. Это перекатывающее движение стабильно направляет испытательный шарик вниз. Таким образом можно избежать турбулентности в жидкости и обеспечить справедливость закона Стокса, т. е., в частности, пропорциональность между силой трения и скоростью погружения. В случае турбулентного потока сила трения больше не была бы пропорциональна скорости погружения, а вязкость больше не была бы линейной функцией продолжительности падения — уравнение (\ref{eta}) больше не было бы верным.

Для изучения влияния температуры на вязкость пробирку обычно помещают в другую пробирку, наполненную водой. Циркуляционные термостаты можно использовать для точного контроля температуры водяной бани и, следовательно, исследуемой жидкости.

Капиллярный вискозиметр Ubbelohde

Капиллярный вискозиметр основан на законе Хагена-Пуазейля для потоков в трубах. Этот закон гласит, что объемный расход V* через капилляр зависит от вязкости η протекающей через него жидкости (при условии, что течение полностью развито): 94}{8 l \eta}\Delta p } \\[5px]
\end{align}

В этом уравнении R обозначает радиус капилляра, а l его длину. Разность давлений Δp соответствует перепаду давления между началом и концом капилляра, который в конечном итоге вызывает течение жидкости. Под капилляром находится L-образная трубка, так что давление окружающей среды выше и ниже капилляра одинаково. Таким образом, жидкость движется только за счет гидростатического давления. Таким образом, падение давления Δp зависит от плотности жидкости.

Рисунок: Капиллярный вискозиметр по Уббелоде

Объемную скорость потока через капилляр можно определить путем измерения времени и протекающей массы. Однако производители капиллярных вискозиметров обычно суммируют переменные, зависящие от устройства, такие как радиус и длина капилляра, в константу C. Таким образом, необходимо определить только период времени t, в течение которого жидкость в резервуаре прошла две отметки. Кроме того, требуется плотность жидкости ϱ _f, так как она определяет перепад давления по закону Хагена-Пуазейля. Затем по следующей формуле можно определить вязкость η:

\begin{align}
&\boxed{\eta= C \cdot \rho_f \cdot (t-t_c)} \\[5px]
\end{align}

Как уже упоминалось, закон Хагена-Пуазейля относится только к полностью развитому течению. Однако при переходе от резервуара к капилляру (а в некоторой степени и внутри капилляра) течение еще не полностью развито, а ускоряется. Энергия, необходимая для ускорения жидкости, означает дополнительный перепад давления. Чтобы принять это во внимание, измеренное время корректируется с помощью так называемой Время коррекции Хагенбаха t _c .

Вискозиметр с погружной чашкой

Очень простым методом определения вязкости является вискозиметр с погружной чашкой . В этом методе используется тот факт, что истечение жидкости через отверстие в сосуде также зависит от вязкости. Из-за высокого гидравлического сопротивления высоковязким жидкостям требуется относительно много времени для вытекания через отверстие в погружной чаше . Таким образом, для данного объема чашки время, необходимое для слива жидкости, является прямым показателем вязкости.

Рисунок: Вискозиметр с погружной чашкой

Производители погружных чашек указывают соответствующую вязкость в своих спецификациях в зависимости от времени разряда. В зависимости от ожидаемой вязкости должны использоваться различные погружные чашки. Для получения достоверных результатов время разряда также должно находиться в определенном диапазоне. Если это не так, необходимо использовать другую погружную чашу.

Вискозиметр с погружной чашкой в основном используется для определения вязкости красок или лаков. В противном случае эти жидкости сильно загрязнили бы обычные вискозиметры. Кроме того, очень быстрые результаты получаются с помощью вискозиметра с погружной чашкой, так что краски или лаки можно проверить и подвергнуть дальнейшей обработке сразу после смешивания.

Сравнительные испытания для определения значений вязкости эталонных жидкостей с помощью капиллярных вискозиметров и вискозиметров Штабингера SVM 3001

Int. Дж. Метрол. Квал. англ. 9 , 7 (2018)

Исследовательская статья

Сравнительные испытания для определения значений вязкости эталонных жидкостей капиллярными вискозиметрами и вискозиметром Штабингера SVM 3001

Gokce Sevim Sariyerli ^{* 30000000 Sarierli Yucadaghan Sa, Ormitaghan},

Совет по научным и техническим исследованиям Турции, Национальный институт метрологии (TUBITAK UME), Гебзе, Турция

^* Автор, ответственный за переписку: [email protected]

Получено: 27 Декабрь 2017
Принято: 13 Маршировать 2018

Abstract

Настоящее исследование выполнено для измерения вязкости эталонных жидкостей с использованием капиллярных вискозиметров и вискозиметра Штабингера SVM 3001 с интервалом вязкости от 1 мм ² /с и 5000 мм ² /с при температуре от 20 °С до 80 °С. Основываясь на наших измерениях с различными жидкостями, мы определяем значения вязкости и сравниваем оба результата. Целью данного исследования является оценка результатов системы измерения вязкости первичного уровня и вискозиметра Штабингера, а также сравнение результатов измерений благодаря обеспечению прослеживаемости вискозиметра Штабингера от TUBITAK UME. Все большее число национальных метрологических институтов и аккредитованных лабораторий проводят калибровку вискозиметров с эталонными жидкостями в широком диапазоне вязкости. Общепринятой практикой является использование вязкости воды в качестве метрологической основы вискозиметрии. Национальный эталон вязкости, предоставленный TUBITAK UME, состоит из набора вискозиметров Уббелоде, охватывающих диапазон измерения кинематической вязкости примерно от 0,5 мм ² /с до 100 000 мм ² /с. При низкой вязкости в качестве первичных стандартов используют длиннокапиллярные вискозиметры, представляющие собой непосредственно калиброванную воду.

Ключевые слова: вязкость / капилляр / вискозиметр Штабингера / прослеживаемость / метрология (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0), что разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинальной работы.

1 Введение

Вязкость представляет собой отношение напряжения сдвига (F/A) к градиенту скорости (Δ v _x / Δ z или dv _x / dz 9021) в жидкости a. Более обычная форма этой зависимости, называемая уравнением Ньютона, утверждает, что результирующий сдвиг жидкости прямо пропорционален приложенной силе и обратно пропорционален ее вязкости. Сходство со вторым законом движения Ньютона ( F = m.a) должно быть очевидным.

Кинематическая вязкость является мерой сопротивления потоку жидкости под действием силы тяжести. Его часто измеряют с помощью устройства, называемого капиллярным вискозиметром. Когда две жидкости одинакового объема помещаются в одинаковые капиллярные вискозиметры и текут под действием силы тяжести, вязкая жидкость течет по трубке дольше, чем менее вязкая жидкость.

Математическое выражение, описывающее течение жидкости в круглых трубах, определялось следующим образом:

прямо пропорциональна разности давлений (Δ P ) между концами трубы;
обратно пропорционально длине ( ℓ ) трубки;
обратно пропорционально вязкости ( η ) жидкости;
пропорционально четвертой степени радиуса ( r ⁴ ) трубы.

Измерения вязкости важны во многих областях промышленности и научных исследований. В настоящее время многие производители рассматривают вискозиметры как важнейшую часть своих программ исследований, разработок и управления технологическими процессами. Они знают, что измерения вязкости часто являются самым быстрым, точным и надежным способом анализа некоторых наиболее важных факторов, влияющих на характеристики продукта.

Вязкость – технологическая величина, связанная с течением вещества. Измерения вязкости имеют большое значение в реологии. Частая причина для измерения реологических свойств может быть найдена в области контроля качества, где сырье должно быть однородным от партии к партии. Для этой цели поведение потока является косвенной мерой консистенции и качества продукта.

Еще одна причина для проведения исследований характеристик потока заключается в том, что можно получить непосредственную оценку технологичности. Например, для перекачки жидкости с высокой вязкостью требуется больше мощности, чем для жидкости с низкой вязкостью. Поэтому знание его реологических свойств полезно при проектировании насосных и трубопроводных систем.

Было высказано предположение, что реология является наиболее чувствительным методом характеристики материала, поскольку поведение потока зависит от таких свойств, как молекулярная масса и молекулярно-массовое распределение. Это соотношение полезно, например, при синтезе полимеров, потому что оно позволяет увидеть относительные различия без измерения молекулярной массы.

Приборы для измерения вязкости предназначены для определения «сопротивления жидкости течению», свойства жидкости, определенного выше как вязкость. Поток жидкости в приборе с заданной геометрией определяет скорость деформации, а соответствующие напряжения являются мерой сопротивления потоку. Если скорость деформации или напряжение заданы и контролируются, то другое, при прочих равных условиях, будет зависеть от вязкости жидкости. Если поток простой (по возможности одномерный), так что скорость деформации и напряжение можно точно определить из измеренных величин, можно определить абсолютную динамическую вязкость; в противном случае будет установлена относительная вязкость. Например, поток жидкости можно задавать путем перетаскивания жидкости с помощью скользящей или вращающейся поверхности, падения тела через жидкость или принудительного течения жидкости (за счет внешнего давления или силы тяжести) через фиксированную геометрию, такую как капиллярная трубка. кольцо, щель (между двумя параллельными пластинами) или отверстие. Соответствующее сопротивление потоку измеряется как граничная сила или крутящий момент, или падение давления. Скорость потока или время истечения представляет собой расход жидкости при заданном сопротивлении потоку, таком как перепад давления или сила тяжести [1].

Основной принцип всех вискозиметров заключается в обеспечении как можно более простой кинематики потока, такой как использование одномерных потоков, чтобы охарактеризовать и определить скорость деформации сдвига как можно точнее, проще и независимо от типа жидкости, насколько это возможно. Сопротивление такому течению измеряется и тем самым определяется касательное напряжение. Тогда сдвиговую вязкость легко найти как отношение напряжения сдвига к соответствующей скорости деформации сдвига [1].

Стеклянные капиллярные вискозиметры очень просты и недороги. Их геометрия напоминает U-образную трубку с не менее чем двумя баллонами резервуара, соединенными с каналом капиллярной трубки с внутренним диаметром D . Жидкость набирается в один грушевидный резервуар известного объема, V ₀, между выгравированными метками. Время истечения, Δ t , измеряется для того, чтобы этот объем протекал через капилляр под действием силы тяжести. Различные типы коммерческих стеклянных капиллярных вискозиметров, например типа Кэннона-Фенске или аналогичные, можно приобрести в научных магазинах и/или в магазинах снабжения. Они представляют собой модифицированную оригинальную конструкцию вискозиметра Оствальда, чтобы свести к минимуму определенные нежелательные эффекты, увеличить диапазон вязкости или удовлетворить особые требования к тестируемым жидкостям, такие как непрозрачность и т. д. Стеклянные капиллярные вискозиметры часто используются для жидкостей с низкой вязкостью [1]. ].

В этом исследовании очень важно найти ближайшие значения кинематической вязкости для обоих измерений, чтобы представить взаимосвязь вискозиметра Уббелоде и вискозиметра Штабингера и обеспечить прослеживаемость вискозиметра Штабингера с нашей собственной системой измерения первичной вязкости (табл. 1 Табл. 1).

2 метода

2.

1 Эталонные жидкости и вискозиметры
Эталонные жидкости были получены Paragon Scientific Ltd., Великобритания. Названия жидкостей – АПС3, АПН7,5, АПН 415 и АПН26. (Таб. 2, Таб. 2 и Таб. 3, Таб. 3).
Сравнительные испытания проводились при 20 °C, 25 °C, 40 °C, 60 °C и 80 °C с использованием эталонных жидкостей (APS3, APN26, APN7.5 и APN 415) с помощью вискозиметров Уббелоде и Штабингера. SVM 3001 (Таб. 4 Таб. 4). Для Метода 2 результаты для эталонных жидкостей (APS 3, APN 26, APN 7,5 и APN 415) приведены в Таблице 1, Таблице 2, Таблице 3 и Таблице 4.
Метод 1, два вискозиметра Уббелоде с типом 0B ( K = 0,005 мм ² /с ² ) использовали для определения значений кинематической вязкости APS3 при указанных выше температурах (табл. 5).
Для определения значений кинематической вязкости АПН26 при температурах 20 °С, 25 0°С, 4 С, а с типом 1С ( К = 0,03 мм ² /с ² ) при температурах 60 °С, 80 °С (табл. 6).
Для определения значений кинематической вязкости АПН7,5 при температуре 20 °С, 40 °С, а с типом 1 ( K = 0,01 мм ² /с ² ) при температурах 60 °С, 80 °С (табл. 7).
Два вискозиметра Уббелоде типа 3C ( K = 3 мм ² /с ² ) использовались для определения значений кинематической вязкости АПН415 при температурах 20 °C и 25 °C, с типом 3 ( K = 1 мм ² /с ²) при температуре 40 ° C с типом 2B ( K = 0,5 мм ² /с ²) на температуре 60186 /с ²) на уровне 40186 /с ²) на уровне 40186 /с ²). C и с типом 2 ( К = 0,1 мм ² /с ² ) при температуре 80 °С (табл. 8 ).
Внутренний диаметр каждого капилляра изготовлен в соответствии с немецким стандартом DIN 51562-1:1999; Длина 283 мм и измерительный объем 18 мл. Лаборатория вязкости UME поддерживает свою собственную шкалу первичной вязкости, основанную на согласованном на международном уровне значении дистиллированной воды при 20 °C, равном 1,0034 мм ² /с.
Метод 2, вискозиметр Штабингера использовался для определения значений вязкости эталонных жидкостей. Устройство было откалибровано производителем с использованием нескольких стандартных эталонных жидкостей плотности и вязкости. Погрешность измерения температуры составляет 0,02 К ( к = 2). Значение погрешности прибора для измерения температуры было принято равным 0,02 К, а стандартная неопределенность рассчитана как 0,01 К. Погрешность динамической вязкости составляет 1% ( k = 1). Общая неопределенность измерений (с учетом чистоты и обращения с образцами) оценивается в 2%. Это оборудование также имеет вибрационную трубку, позволяющую проводить измерения плотности с погрешностью 0,0005 г/см ³ ( k = 1) [2].
Таблица 1
Относительное отклонение времени истечения в зависимости от n и ε _t .
Таблица 2
APS3 Эталонная жидкость (Метод 1).
Таблица 3
APS3 Эталонная жидкость (Метод 2).
Таблица 4
APN7.5 Эталонная жидкость (Метод 1).
Таблица 5
APN7.5 Эталонная жидкость (Метод 2).
Таблица 6
APN26 Эталонная жидкость (Метод 1).
Таблица 7
АПН26 Эталонная жидкость (Метод 2).
Таблица 8
APN415 Эталонная жидкость (Метод 1).
2.2 Измерение времени истечения
Измерение времени истечения проводили путем визуального наблюдения за прохождением мениском двух кольцевых меток на вискозиметре с помощью секундомера с разрешением 0,001 с [3].
2.3 Измерение температуры
Температура в помещении лаборатории вязкости TUBITAK UME составляет 20 °C ± 1 °C.
Термостатическая баня объемом 70 л используется при измерениях вискозиметров с внешней охлаждающей баней для обеспечения теплового равновесия измерений. Его работоспособность была испытана в диапазоне от 10 °C до 100 °C. Температурная стабильность ≤0,01 °C.
Измерение температуры осуществляется с помощью двух стандартных платиновых термометров сопротивления SPRT с чувствительностью 0,1 Ω/°C.
3 Экспериментальная установка
Сначала вискозиметры Уббелоде располагались в ванне вертикально и ждали установления теплового равновесия. Для каждой эталонной жидкости значения кинематической вязкости определяли методом измерения, указанным в стандарте DIN 51 562-1 и DIN 51 562-4. Первичные измерения вязкости проводились с помощью вискозиметров Уббелоде, показанных на рисунке 1. Перед всеми этими измерениями первичные вискозиметры были охарактеризованы и определены их константы вискозиметра. Калибровка пар вискозиметров обычно выполнялась путем одновременного прямого сравнения двух пар вискозиметров в одной и той же ванне с контролируемой температурой. Для реализации процедуры использовались различные жидкости с известной вязкостью.
Значения кинематической вязкости эталонных жидкостей (АПН3, АПН26, АПН7,5 и АПН 415) измерены вискозиметром Штабингера SVM™3001 (Anton-Paar) при 20 °С, 25 °С, 40 °С, 60 ° С и 80 °С. Этот прибор предлагает 0,2–10 000 мПа с с воспроизводимостью 0,35% измеренного значения (рис. 2).
рисунок 1
Система измерения первичной вязкости (Метод 1).
Рис. 2 Вискозиметр Штабингера
(метод 2).
4 Измерения и результаты
Вязкость измеряли либо с помощью вискозиметров Уббелоде, либо с помощью автоматического вискозиметра SVM 3001 Anton Paar Stabinger.
Измерения проводились с использованием 8 групп двухстеклянных капиллярных вискозиметров типа Уббелоде. Значение неопределенности каждой кинематической вязкости рассчитывали в соответствии со стандартом DIN 510562-4.
Для относительной дисперсии вязкости значение, определенное двумя вискозиметрами и двумя термометрами, было [4,5,6]. (1)
Вклад этих величин должен быть принят во внимание для определения неопределенности измерения. Соответствующие относительные эмпирические стандартные отклонения и относительная дисперсия, снабженная соответствующим индексом, обозначались как S ^‘ и S ^‘2 соответственно [4,5].
— Постоянная вискозиметра, S ^′ _K ²
Если относительная неопределенность константы U ^′ _K указано по сертификату калибровки для k = 2, дисперсия дана по [4,5]. (2)
-Устройство отсчета времени, S ^′ _Uhr ²
Предполагалось, что два устройства отсчета времени использовались в соответствии с обычной практикой для проведения измерений с использованием обоих вискозиметров параллельно во времени в одном и том же термостате. баня [4,5]. (3)
— Измерение температуры, S ^′ _θ,ν ²
Вклад измерения температуры ( S _θ ) в неопределенность измерения вязкости прибора при измерении температуры конкретной измеряемой температуры, а также температурных градиентов в ванне термостата, и было дано, (4)
— Ошибка наклона, S ^′ _N ²
Вискозиметр помещали в держатель, снабженный плоской верхней пластиной, которая служила для определенной фиксации вискозиметра в термостатируемой ванне. Отклонение оси капилляра от вертикали до верхней пластины держателя не должно превышать 2 [4,5]. (5)
-Время истечения, S ′ _t ²
Этот вклад включал отклонения из-за визуальной или автоматической регистрации прохождения мениска, а также изменения температуры во времени.
Для каждой эталонной жидкости среднее значение ( t ) времени истечения ( t _i ) было рассчитано, как показано ниже. А также была определена относительная разница между самым длинным и самым коротким временем течения [4,5]. (6) n как число периодов течения серии измерений, ε _t как относительный диапазон значений расхода в серии измерений вискозиметра и F как коэффициент умножения приведены в табл. 9 [4,5].
Измерения вязкости также проводились в интервале температур 20 °С–80 °С при атмосферном давлении с использованием автоматизированного вискозиметра SVM 3001 Anton Paar Stabinger.
Эти измерения вязкости основаны на трубке, заполненной образцом, в которой плавает полый измерительный ротор. Из-за низкой плотности ротор центрируется в более тяжелой жидкости за счет сил плавучести. Ротор вынужден вращаться под действием касательных напряжений в жидкости и направляется в осевом направлении встроенным постоянным магнитом, взаимодействующим с кольцом из мягкого железа. Вращающееся магнитное поле передает сигнал скорости и индуцирует вихревые токи в окружающем медном корпусе. Эти вихревые токи пропорциональны скорости вращения ротора и создают тормозящий момент на роторе. Два различных крутящих момента влияют на скорость измерительного ротора. В равновесии два крутящих момента равны, и вязкость можно проследить до измерения одной скорости. SVM 3001 использует элементы Пельтье для быстрой и эффективной термостабильности. Погрешность температуры составляет ±0,02 K ( k = 2) от 288,15 до 378,15 К. Точность измерения динамической вязкости ±0,5%. Общая неопределенность измерений (с учетом чистоты образцов и обращения с ними) оценивается в 2 % [2,7–9].
Таблица 9
APN415 Эталонная жидкость (Метод 2).
5 Заключение
В этой статье измерения вязкости проводились как стеклянными капиллярными вискозиметрами, так и вискозиметром Штабингера с использованием сертифицированных эталонных жидкостей. В первом методе вискозиметры Уббелоде использовались для определения времени истечения жидкостей, а затем рассчитывалась кинематическая вязкость. Во втором методе вискозиметры Штабингера измеряли динамическую вязкость, а кинематическая вязкость определялась с использованием плотности и динамической вязкости [6].
Результаты измерения значений кинематической вязкости по обоим методам оказались настолько близкими, что можно видеть на рисунках 3–6.
На оценку расширенной неопределенности Метода 1 в основном влияют индивидуальные вклады постоянной вискозиметра и времени истечения.
Основная идея этого исследования заключается в том, что использование вискозиметра Штабингера для измерения значения вязкости жидкостей является простым и точным способом из-за высокого значения неопределенности. При обеспечении прослеживаемости с помощью вискозиметров Уббелоде результаты могут быть использованы для выдачи сертификатов на эталонные жидкости и калибровки вискозиметров. В этой статье показана процедура определения значения вязкости каждой жидкости с использованием вискозиметров Уббелоде и вискозиметра Штабингера при различных температурах. Значения очень похожи на то, что оценка может быть реализована в бюджете неопределенности вискозиметра Штабингера. В соответствии с этим может быть дана оценка для уменьшения значений неопределенности Метода 2 в будущем исследовании.
Рис. 3
Графики значений кинематической вязкости и температуры для эталонных жидкостей APS3, APN7.5 и APN26 в методе 1.
Рис. 4
Графики значений кинематической вязкости и температуры для эталонных жидкостей APS3, APN7.5 и APN26 в методе 2.
Рис. 5
Графики значений кинематической вязкости и температуры для эталонных жидкостей APN415 в методе 1.
Рис. 6
Графики значений кинематической вязкости и температуры для эталонной жидкости APN415 в Методе 2.
Каталожные номера
Дж.Г. Вебстер, Измерение механических переменных твердых тел, жидкостей и температур (CRC Press LLC, США, 2000 г.) [Google ученый]
X. Парадес, О. Фандино, А.С. Пенсадо, М.Дж.П. Comunas, J. Fernandez, Экспериментальные измерения плотности и вязкости ди(2-этилгексил)себацината при высоком давлении, J. Chem. Термодин. 44, 38–43 (2012) [Google ученый]
С. Лорефис, Ф. Саба, Итальянский стандарт первичной кинематической вязкости: шкала вязкости, Измерение 112, 1–8 (2017) [Перекрестная ссылка] [Google ученый]
DIN 51562-1, Определение кинематической вязкости с использованием вискозиметра Уббелоде стандартной конструкции (Немецкий институт стандартизации DIN, Берлин, Германия, 1999 г.) [Google ученый]
DIN 51562-4, Измерение кинематической вязкости с помощью вискозиметра Уббелоде (Немецкий институт стандартизации DIN, Берлин, Германия, 1999) [Google ученый]
Х. Бауэр, Г. Клингенберг, EUROMET.MV-K3 Ключевое взаимное сравнение измерений вязкости жидкости (PTB-ThEx-22, Bericht, 2001), стр. 75 [Google ученый]
Д. Х. Ли, Дж. М. Юнг, С.Ю. Ким, К.Т. Ким, Ю.И. Чо, Сравнительные тесты для измерения вязкости плазмы, Int. коммун. Тепломассообмен. 39, 1474–1477 (2012) [Перекрестная ссылка] [Google ученый]
С. Геакаи, О. Юлиан, И. Нита, Измерение, корреляция и прогнозирование вязкости биодизельных смесей, Fuel 143, 268–274 (2015) [Перекрестная ссылка] [Google ученый]
Х.Л. Камас-Ансуэтоа, Х. Гомес-Переса, Р. Меса-Гордильоа, Г. Ансуэто-Санчесб, М. Перес-Патрисиоа, Ф.Р. Лопес-Эстрадаа, М. Абуд-Арчилаа, К. Риос-Рохаса, Измерение вязкости биодизеля с помощью оптического вискозиметра, Flow Meas. Инструм. 54, 82–87 (2017) [Google ученый]
Цитируйте эту статью как : Гёкче Севим Сариерли, Орхан Сакарья, Умит Юксель Акчадаг, Сравнительные тесты для определения значений вязкости эталонных жидкостей капиллярными вискозиметрами и вискозиметром Штабингера SVM 3001, Int. Дж. Метрол. Квал. англ. 9 , 7 (2018)
Все таблицы
Таблица 1
Относительная дисперсия времени истечения в зависимости от n и ε _t .
В тексте
Таблица 2
APS3 Эталонная жидкость (Метод 1).
В тексте
Таблица 3
APS3 Эталонная жидкость (Метод 2).
В тексте
Таблица 4
АПН7.5 Эталонная жидкость (Метод 1).
В тексте
Таблица 5
АПН7.5 Эталонная жидкость (Метод 2).
В тексте
Таблица 6
АПН26 Эталонная жидкость (Метод 1).
В тексте
Таблица 7
АПН26 Эталонная жидкость (Метод 2).
В тексте
Таблица 8
АПН415 Эталонная жидкость (Метод 1).