Вискозиметр брукфильда принцип работы

ГОСТ 25271-93
(ИСО 2555-89)

ПЛАСТМАССЫ. СМОЛЫ ЖИДКИЕ, ЭМУЛЬСИИ ИЛИ ДИСПЕРСИИ

Определение кажущейся вязкости по Брукфильду

Plastics. Resins in the liquid state or as emulsions or dispersions.
Determination of apparent viscosity by the Brookfield method

Дата введения 1995-01-01

1 РАЗРАБОТАН Госстандартом России

ВНЕСЕН Техническим секретариатом Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации

2 ПРИНЯТ Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации 21 октября 1993 г.

За принятие проголосовали:

Наименование национального органа по стандартизации

3 Настоящий стандарт подготовлен методом прямого применения международного стандарта ИСО 2555-89 «Пластмассы. Смолы жидкие, эмульсии и дисперсии. Определение кажущейся вязкости по Брукфильду» с дополнительными требованиями, отражающими потребности народного хозяйства

1. НАЗНАЧЕНИЕ

Настоящий стандарт устанавливает метод определения кажущейся вязкости по Брукфильду смол в жидком или подобном состоянии с использованием одного из типов ротационного вискозиметра, описанного в настоящем стандарте.

Применение данного метода для каждого вида продукции подробно описано в приложении А.

Дополнительные требования, отражающие потребности народного хозяйства, выделены курсивом.

2. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Шпиндель цилиндрической или соответствующей формы (диск) приводится во вращение синхронным двигателем с постоянной скоростью в испытуемом продукте.

Сопротивление жидкости вращению шпинделя, зависящее от вязкости продукта, обусловливает крутящий момент, который фиксируется соответствующим измерителем. Это измерение базируется на связи силы натяжения спиральной пружины с величиной крутящего момента, фиксируемой движением стрелки на шкале.

Кажущуюся вязкость по Брукфильду вычисляют умножением показаний шкалы на коэффициент, который зависит от скорости вращения и характеристики шпинделя.

Продукты, к которым применим настоящий стандарт, обычно являются неньютоновскими жидкостями и поэтому их вязкость зависит от скорости сдвига, при которой проводится измерение.

Для всех трех типов вискозиметра скорость сдвига в разных точках шпинделя не одинакова. Таким образом, для неньютоновской жидкости полученный результат не является «вязкостью при известной скорости сдвига», вследствие чего ее условно называют кажущейся вязкостью.

2а. ОТБОР ПРОБ

Способ отбора, количество и подготовку пробы к измерению указывают в нормативно-технической документации на конкретную продукцию.

3. АППАРАТУРА

3.1. Вискозиметр Брукфильда типа А, В или С, выбранный в зависимости от природы испытуемого продукта и желаемой точности измерения.

Принцип действия, описание и характеристики этих типов вискозиметров даны в приложении Б.

Каждый вискозиметр состоит из:

семи взаимозаменяемых шпинделей, пронумерованных от 1 до 7 (номер 1 наибольший по размерам), с отметкой, которая указывает уровень погружения шпинделя в жидкость; для всех трех типов вискозиметра применяют один и тот же комплект шпинделей; нельзя использовать шпиндели с признаками коррозии или погнутости;

съемного стремяобразнаго предохранителя шпинделя (только вискозиметр типа А).

Скорости вращения шпинделя, соответствующие различным типам вискозиметра Брукфильда, приведены в табл.1.

Примечание. Могут быть выбраны другие скорости вращения в тех же границах.

Шпиндели подбираются так, чтобы значения вязкости, соответствующие максимальному значению крутящего момента на измерителе, для различных скоростей сдвига соответствовали приведенным в табл.2.

Максимальная вязкость, Па·с*, при номере шпинделя

Регулировка и калибровка этих вискозиметров обычно осуществляются изготовителем приборов.

Рекомендуется время от времени регулировку и калибровку приборов проводить с помощью ньютоновских жидкостей известной вязкости в лабораториях потребителя или в официальных лабораториях по стандартизации.

3.2. Термостатирующая жидкостная баня, предназначенная для поддержания температуры испытуемого продукта с точностью ±0,2 °С.

Рекомендуемыми для испытания температурами являются 23, 25, 40, 55, 70, 85 и 100 °С.

Примечание. Если испытание необходимо провести при более высоких температурах, рекомендуется использовать расширяющийся при нагревании переходник между шпинделем и самим прибором.

3.3. Дополнительная аппаратура

3.3.1. Штатив, который поддерживает вискозиметр и служит для его перемещения по вертикали.

3.3.2. Химический стакан диаметром 90-92 мм и высотой 115-160 мм.

3.3.3. Термометр с ценой деления 0,1 °С для измерения температуры испытуемого продукта.

4. ВЫБОР СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ И ШПИНДЕЛЯ

Выбор сочетания скорость вращения — шпиндель зависит от вязкости, которую надо измерить, необходимой точности и градиента скорости сдвига. При всех измерениях число делений шкалы не должно быть менее чем 20% или более чем 95% диапазона полной шкалы. Однако для большей точности измерений рекомендуются пределы от 45 до 95% диапазона полной шкалы.

При сравнении вязкостей неньютоновских жидкостей (продуктов) необходимо использовать одно и то же сочетание скорость вращения — шпиндель при всех измерениях, даже если точность одного их них при этом заметно снижается.

Выбранное сочетание скорость вращения — шпиндель должно быть указано в документе на определение вязкости (см. приложение А, п.А1). Сочетание скорость вращения — шпиндель может быть выбрано в зависимости от установленной или ожидаемой вязкости (см. табл.2), учитывая, что рекомендуемый диапазон измерения находится между 45 и 95% делений полной шкалы.

5. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Вискозиметр устанавливают вместе со съемным стремяобразным предохранителем шпинделя на штативе (приложение Б, п.Б3.3). Химический стакан (п.3.3.2) наполняют испытуемым продуктом, предохраняя от попадания пузырьков воздуха, затем помещают его в термостатирующую жидкостную баню (п.3.2) на время, необходимое для достижения заданной температуры. Если продукт содержит летучее вещество или гигроскопичен, то химический стакан во время подготовительной операции должен быть плотно закрыт.

В химический стакан, находящийся в бане, опускают шпиндель, погружая его в продукт под углом к его поверхности приблизительно 45°. Шпиндель закрепляют на оси аппарата в вертикальном положении.

Вертикальность шпинделя проверяют уровнем с воздушным пузырьком так, чтобы нижний конец шпинделя находился на расстоянии 10 мм от дна стакана и чтобы шпиндель был погружен до отметки на оси. Затем погружают в продукт термометр (п.3.3.3).

Когда температура продукта установится в заданных пределах, включают двигатель с заданной скоростью вращения, принимая во внимание рекомендации изготовителя.

Оставляют прибор включенным и снимают показания измерителя крутящего момента с точностью до 0,25% от максимального значения шкалы в соответствии с рекомендациями изготовителя, когда измеритель будет показывать постоянную величину. Закрывают затвор стрелки и останавливают двигатель для снятия показаний.

1. Если стрелка медленно движется по шкале счетчика крутящего момента, это указывает на то, что продукт тиксотропный или реопексный. В документе с описанием определения вязкости (см. приложение А, п.A1) должно быть указано, надо ли отмечать положение стрелки после определенного периода времени или после того, как это положение становится постоянным. Можно также построить кривую зависимости вязкости от времени вращения шпинделя.

2. Различные жидкости могут иметь различную реологию. Для жидкостей с тиксотропными или реопексными характеристиками время вращения должно быть фиксированным (например 1 мин). Используется только один период, так как показания на измерителе крутящего момента могут зависеть от времени.

Вновь включают двигатель и проводят еще одно измерение.

Измерения проводят до тех пор, пока два последующих значения будут отличаться друг от друга не более чем на 3% (если нет специальной оговорки в приложении А, п.А1). Определяют среднее арифметическое этих двух значений.

После каждого измерения шпиндель извлекают из стакана и тщательно промывают растворителем.

6. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

Рассчитывают кажущуюся вязкость в Паскалях в секунду испытуемого продукта по формуле

где — коэффициент, зависящий от типа аппарата, который для вискозиметра типа А составляет 1, для типа В — 2, для типа С — 8;

— среднее двух значений, полученных по шкале.

Коэффициент (шкала от 0 до 100) для каждого сочетания скорость вращения — шпиндель*

Вискозиметр брукфильда принцип работы

Вискозиметры Брукфильда включены в большое количество международных стандартов и спецификаций.

Данный прибор можно использовать для определения динамической вязкости по ГОСТ 1929-87.

Все вискозиметры Брукфильда используют стандартный принцип ротационной вискозиметрии: измерение вязкости осуществляется посредством пересчета крутящего момента, необходимого для вращения шпинделя прибора с постоянной скоростью при погружении его в исследуемую среду. Каждая модель вискозиметра Брукфильда может использоваться для широкого спектра измерения вязкости, благодаря возможности выбора скорости и сменным измерительным системам.

Точность измерения: 1% полной шкалы, воспроизводимость 0.2%

Выбор модели вискозиметра

Какой объем образца у Вас есть?

500 мл — вискозиметры в стандартной комплектации
8. 16 мл — вискозиметры с дополнительным адаптером
0,5. 2 мл — вискозиметры с системой конус-плита

Какие данные вы хотите получить?

вязкость — вискозиметры в стандартной комплектации
вязкость, напряжение и скорость сдвига — вискозиметры с дополнительным адаптером или системой конус-плита для моделей LV — можно использовать 2 дополнительных цилиндрических шпинделя
расчет математических моделей — вискозиметры с дополнительным адаптером или системой конус-плита для моделей LV — можно использовать 2 дополнительных цилиндрических шпинделя

Какая приблизительная вязкость Вашего образца?

низкая — модели LV
средняя — модели RV
высокая — модели НА или НВ

Какую задачу Вы ставите перед собой?

исследования — DV2T
сертификация продукта — DV2T
внутренний контроль (продукта или процесса) — DV-I, DV-E или аналоговая серия

Специальные цели?

соответствие стандарту ASTM D4287, ISO 2884 — CAP 1000+, CAP 2000+
высокие скорости сдвига — CAP 1000+, CAP 2000+
точный контроль температуры — CAP 1000+, CAP 2000+

Дополнительные задачи?

контроль температуры — термостат с открытой ванной UL или SSA адаптер с циркуляционным термостатом адаптером Thermosel
пасты, жидкости с твердой фазой — лопастные шпиндели
гелеобразные вещества («эффект канавки») — система Helipath

Адаптеры для вискозиметров Брукфильда

1. Измерение вязкости при повышенной температуре (до 300 о С)

Вязкость многих материалов (смол, парафинов, асфальтенов, смазок и др.) следует измерять при повышенных температурах, причем колебания температуры могут оказать серьезное влияние на результаты измерения. Для решения этой проблемы предлагаются различные варианты системы THERMOSEL.

2. UL-адаптер для материалов с низкой вязкостью

Данное устройство позволяет работать с материалами с очень низкой вязкостью, до 1 сП. Адаптер можно использовать совместно со всеми аналоговыми и цифровыми моделями вискозиметров, за исключением моделей с системой «конус-плита».

Читать еще: Как поставить магнитолу в машину

3. SS-адаптер для образцов малого объема

SS-адаптер позволяет производить измерение вязкости на образцах малого объема, от 2 до 16 мл.

Измерительную ячейку адаптера легко снять для замены или очистки. Ячейка заключена в кожух для поддержания постоянной температуры продукта. Рабочий диапазон температур: от -15 о С до +100 о С.

4. Стойка спирального движения

Данное устройство позволяет измерять вязкость практически нетекучих веществ, таких как пасты, шпатлевки, кремы, желатины, смолы. В таких веществах вращающиеся элементы, будь то диск, цилиндр или лопасть, быстро прорезают «туннели», после чего измерение становится бессмысленным. Подобная картина характерна и для большинства гелей.

При использовании вискозиметра Брукфильда совместно со стойкой спирального движения, прибор медленно движется вверх или вниз. Таким образом, Т-образный шпиндель движется по спирали. В результате шпиндель постоянно попадает в «свежий» материал и туннели не возникают.

Данная стойка может использоваться в комплекте с любой моделью вискозиметров Брукфильда.

5. Спиральный адаптер для измерения вязкости паст

Спиральный адаптер состоит из шпинделя с резьбой и внешнего цилиндра. Подобная конструкция приводит к непрерывной прокачке образца через адаптер. Быстро устанавливается стабильное течение образца и производится измерение вязкости. Измерение при стабильном течении имеет ряд преимуществ, так как менее подвержено влиянию различных мешающих факторов.

Приборы для измерения вязкости жидкости. Вискозиметр ротационный

Вязкость различных жидкостей измеряется специальными приборами – вискозиметрами. По характеристикам и конструкции выделяют несколько видов данных приборов. Одним из них является вискозиметр ротационный, способный оценить проницаемость среды.

Разновидности приборов

Приборы, используемые для измерения вязкости жидкости, принято делить на три большие группы:

Капиллярный вискозиметр.

Механический вискозиметр.

Ротационный вискозиметр.

Рассмотрим каждый из видов более подробно.

Механические приборы

Категория механических вискозиметров представляет собой целый ряд различных приборов, принцип работы которых основан на механических свойствах жидкостей. Это могут быть измерители резонансного, пузырькового, шарикового типов. Если первые два типа чаще всего используются в лаборатории, то последний встречается в быту. Его принцип работы основан на открытии Галилея.

Внутри прибора имеется «кабинка», где находится шарик. После заполнения прибора жидкостью, вязкость которой необходимо определить, шарик падает. Измеряется точное время, необходимое на падение шарика до контактной площадки. Условная вязкость определяется по данному временному интервалу.

Приборы капиллярного типа

Капиллярный вискозиметр в своей конструкции имеет тонкую трубку с известным диаметром. Исследуемая жидкость протекает по этой трубке. Эту же жидкость пускают также по трубке с большим диаметром, внутри которой не создается капиллярный эффект. Чаще всего жидкость течет под силой тяжести (то есть сверху вниз). Но в некоторых приборах создается искусственное давление. Измеряется время, за которое жидкость вытечет по обеим трубкам. Далее высчитывается их разность. Значение вязкости будет пропорционально значению данной разности.

Приборы данного типа просты, но имеют большие размеры. Еще один их недостаток заключается в том, что коэффициент вязкости измеряемой жидкости не должен превышать 12 кПа*с. Это значение соответствует жидкостям, которые хорошо текут. Более густые жидкости, или имеющие комки, в данном случае измерить нельзя.

Ротационный вискозиметр: принцип работы

Конструкция измерителей данного типа представляет собой цилиндр, внутрь которого помещена сфера. Внутренняя сфера движется с определенной скоростью за счет подключенного электропривода.

Между цилиндром и сферой остается пространство, которое заполняется исследуемой жидкостью. При этом сопротивление движению сферы изменяется. В данных приборах измеряется именно зависимость сопротивления жидкости и скорости вращения. Эти параметры и фиксируются в результате испытания.

Внутри цилиндра не всегда находится сфера. Она может быть заменена диском, конусом, пластиной или еще одним цилиндром. Расстояние между наружным и внутренним телом составляет несколько миллиметров, чтобы создалась сила трения. Значение сопротивления определяется датчиками. Чем больше их установлено, тем точнее будет значение. Соответственно, цена прибора будет увеличиваться.

Вискозиметр ротационный подходит для жидкостей, коэффициент вязкости которых находится в пределах от тысячи до миллионов Па*с. Скорость вращения внутреннего тела играет важную роль. От нее зависит точность измерения. Чем меньше скорость, тем точнее измерение. Приборы с минимальной скоростью углового вращения очень точны, но и стоят они дорого.

Виды ротационных вискозиметров

Описанный выше принцип работы прибора характерен для вискозиметра Брукфильда. Это наиболее простое устройство измерителя данного типа. Но не всегда движется внутреннее тело. В отдельных случаях вращается внешний цилиндр. Именно поэтому вискозиметр ротационный может быть двух видов: с неподвижным цилиндром и торсионные измерители.

Внутреннее тело торсионных вискозиметров подвешено в центре на упругой нити. При вращении внешнего цилиндра начинает двигаться и измеряемая жидкость. При ее вращении закручивается и цилиндр. Угол закручивания внутреннего цилиндра уравновешивается моментом сил трения вращающейся жидкости.

Погрешность измерения возникает из-за дна внутреннего цилиндра. Различные ученые пытались решить эту проблему по-своему. Чаще всего дно делали вогнутым. При заполнении жидкости в вогнутости остается воздух. Тем самым трение о дно снижается. Ученые Гатчек, Куэтт внутренний цилиндр помещали в охранные кольца. Это снижало турбулентность его концов. Волорович использовал высокий, но узкий цилиндр. При этом погрешность из-за дна становилась незначительной. Ряд ученых использовали приборы, в которых расстояние между цилиндрами было очень мало. При этом дно прибора не заполнялось жидкостью.

Вискозиметр ротационный по своей конструкции имеет очень много вариантов исполнения. Но он всегда обладает такими преимуществами, как универсальность, небольшой размер, малая погрешность и низкая стоимость. Именно благодаря этим характеристикам прибор и стал столь популярным.

Вискозиметр брукфильда принцип работы

Ротационные вискозиметры Брукфильда являются самыми популярными вискозиметрами в мире, благодаря простоте использования, универсальности, надежной работе и качеству обслуживания. Все вискозиметры компании Brookfield имеют точность не хуже ±1,0% от используемого диапазона и воспроизводимость не хуже ±0,2%. Затем результаты испытания можно воспроизвести в любом месте мира, где используется прибор такой же модели. Возможность сбора данных о поведении вязкости материала дает изготовителям важное «знание продукта». Информация о реологических характеристиках материала ценна для предсказания его текучести, его характеристик при операциях погружения или покрытия, или простоты, а также удобства обработки или использования.

Ротационный вискозиметр Брукфильда RVDV-Е

Ротационный вискозиметр Брукфильда DV-Е (RVDV-E) — простейший цифровой прибор с ЖК дисплеем и отображением текущего значения вязкости (cP или mPa s), крутящего момента (%), скорости (об/мин), типа измерительной системы.

Цена вискозиметра зависит от выбора модели. Для получения коммерческого предложения, пожалуйста, направьте нам заявку любым удобным способом.

Описание

Вискозиметр Брукфильда включен в большое количество международных стандартов и используются для определения динамической вязкости по ГОСТ 1929-87.

Различные модели вискозиметров Брукфильда предназначены для решения широкого спектра задач, связанных с измерением вязкости сред: для низкой (серия LV), средней (серия RV) и высокой (серия HA/HB) вязкости.

Благодаря простоте использования, универсальности, надежной работе и качеству обслуживания вискозиметры компании Brookfield – самые популярные во всем мире. Все вискозиметры компании Brookfield имеют точность не хуже ±1,0% от используемого диапазона и воспроизводимость не хуже ±0,2%. Затем результаты испытания можно воспроизвести в любом месте мира, где используется прибор такой же модели.

Каждый вискозиметр поставляется с набором шпинделей для рабочего диапазона вязкостей, 4 шпинделя для серии LV и 6 шпинделей для серии RV/HA/HB. Все шпиндели выполнены из нержавеющей стали, по запросу возможно изготовление из других материалов.

Дисковые шпиндели (LV №2,3 и RV/HA/HB №1-6) предназначены для точного и воспроизводимого измерения вязкости. Цилиндрические шпиндели (LV №1, 4 и RV/HA/HB №7), наряду с определением вязкости, позволяют также измерять напряжение и скорость сдвига. Цилиндрические шпиндели особенно полезны при работе с неньютоновскими жидкостями.

Типичные области применения вискозиметров Брукфильда:

Вискозиметр Брукфильда RVDV-E

Модели серии DVE

Устройство вискозиметра Брукфильда

* С использованием шпинделей, входящих в комплект поставки. Диапазон может быть расширен или сужен при использовании различных принадлежностей

** 1сПз достигнут с помощью адаптера UL. 15 сПз – на LV со стандартными шпинделями

*** Минимальная вязкость достигается с опционным шпинделем RV/HA/HB-1.

ВОЗМОЖНОСТИ И ПРЕИМУЩЕСТВА

• Дешевый цифровой вискозиметр

• Легкость в использовании

• 18 скоростей обеспечивают широкий диапазон возможностей

• Не требуется вычислений – показания вязкости непосредственно в сПз или мПа·с

• Поставляется в комплекте со шпинделями (комплект из 4 или 6 шт. в зависимости от рабочего диапазона LV; RV/HA/HB), штативом (Model A) для вискозиметра, защитной рамкой для шпинделя (кроме моделей HA и HB) и чемоданчиком для переноски

• Точность ±1.0% диапазона

Примечание: Измерения на DV-E выполняются 4 раза за оборот. Для приложений, которые требуют непрерывного измерения при низких скоростях (от 0,3 до 6,0 об/мин) предпочтительнее приборы DV-I+ или DV-II+.
Прибор Brookfield DV-E – это недорогое решение для тех заказчиков, которым необходим рассчитывающий цифровой вискозиметр. Это хороший выбор для замены ранее использовавшегося аналогового стрелочного вискозиметра.

Что следует учитывать при выборе вискозиметра

Диапазон вязкости исследуемого материала: низкая, средняя или высокая.
Предпочтительные скорости вращения или скорости сдвига.
Доступное для испытаний количество пробы.
Необходимость измерения температуры или управления ею.
Потребность в записи данных вязкости.

Интерфейс для подключения компьютера и принтера.
Специализированное программное обеспечение «RheocalcT» (опционально).

Вискозиметры

Дополнительные принадлежности (Адаптеры)

Шпиндели

Стандарты

Типовые применения

Термостаты

Ротационные вискозиметры Брукфильда

Вискозиметры Брукфильда включены в большое количество международных стандартов и используются для определения динамической вязкости по ГОСТ 1929-87.

Различные модели вискозиметров Брукфильда предназначены для решения широкого спектра задач, связанных с измерением вязкости сред: для низкой (серия LV), средней (серия RV) и высокой (серия HA/HB) вязкости.

Читать еще: Как вязать сети вручную

Типичные области применения вискозиметров Брукфильда:

Что следует учитывать при выборе прибора

• Диапазон вязкости исследуемого материала: низкая, средняя или высокая.

• Предпочтительные скорости вращения или скорости сдвига.

• Доступное для испытаний количество пробы.

• Необходимость измерения температуры или управления ею.

Ротационный вискозиметр – измеряем вязкость правильно!

Для измерения вязкости различных жидкостей используется вискозиметр ротационный и другие приборы для оценки проницаемости среды. Измерениям подлежит как динамическая, так и кинематическая вязкость различных текущих веществ и даже газов.

Разновидности вискозиметров

Для вискозиметрии используются следующие виды приборов:

Капиллярные устройства. Обычно снабжены высокоточным таймером, принцип работы связан с фиксацией времени протекания жидкости через тонкую трубку известного диаметра. Рядом располагается широкая трубка, по которой жидкость перемещается без капиллярного эффекта. Как правило, вытекание по обеим трубкам происходит под действием силы тяжести (то есть выпускные патрубки располагается внизу емкости), но возможно и искусственное нагнетание давления. Измеренная капиллярными вискозиметрами вязкость точно пропорциональна разнице скорости истечения среды по капилляру и широкому патрубку. Данные приборы сравнительно просты, но громоздки. Их с успехом применяют для замеров коэффициентов вязкости от 8-10 мкПа∙с (что соответствует газам) до 10-12 кПа∙с (текучие жидкости). Для вязких жидкостей и смесей с комками капиллярное измерение не годится – краска или густая известковая побелка попросту не вытекут через тонкую трубку. Наиболее известный прибор капиллярного типа – вискозиметр Уббелоде.
Механические вискозиметры. Представляют целый набор оригинальных и даже остроумных устройств с различным принципом работы. Например, измерители пузырькового типа функционируют на основе всплывающих в жидкости пузырьков газа, причем замерам подлежит не только время «всплытия», но и траектория движения. Интересны приборы с вибрирующим зондом – подбирая колебания лопастей зонда, можно ввести их в резонанс с собственной частотой среды. Тем самым снимаются значения как вязкости, так и плотности жидкости. Механическое оборудование пузырькового и резонансного типа для измерения вязкости применяется в точных лабораторных исследованиях и в быту практически не встречается. Более простые и доступные устройства для оценки вязкости работают на основе принципа, изобретенного еще великим Галилеем. Внутри емкости с жидкостью имеется своеобразная кабинка-лифт, в которую помещен обычный шарик. При отвесном падении этого шарика время его погружения до контактной площадки можно вычислить с высокой точностью, что равноценно измерению вязкости среды. Наиболее известным «шариковым» прибором является вискозиметр Гепплера.

Однако наибольшее распространение за счет малой погрешности, компактности, универсальности и бюджетной доступности получил ротационный прибор. Принцип его действия и популярные модификации этого прибора опишем отдельно.

Ротационный вискозиметр – принцип работы и разновидности прибора

В приборах ротационного типа имеется два тела вращения – корпус в виде цилиндра и встроенный в него конус или сфера. Внутренняя часть прибора (сфера или конус) движется с известной скоростью, для чего служит электропривод. Пространство между двумя телами вращения заполняется исследуемой жидкостью. Существует четкая зависимость между сопротивлением измеряемой среды и достигаемой скоростью углового вращения, эта зависимость фиксируется приборами и может сразу же выводиться на контрольную панель.

Именно так устроен наиболее простой ротационный вискозиметр Брукфильда. Его ротор сопряжен с асинхронным электродвигателем, закрепленным на станине снаружи. Конструктивное решение схоже с обыкновенной самодельной бетономешалкой – причем вполне допустимо измерять ротационными приборами вязкость таких тяжелых и густых субстанций, как цементный раствор или густая побелка. Известны вискозиметры с различными телами для внутреннего вращения. Ими могут служить не только классические конусы и сферы, но и диски, пластины и цилиндры.

Величина оставляемого зазора между телом вращения и неподвижной стенкой варьируется в пределах нескольких миллиметров для ощутимой силы трения между жидкостью и корпусом. Точно градуированный электродвигатель вращает внутренний ротор, специальные датчики измеряют силу сопротивления этому вращению. Как правило, фиксирующая аппаратура размещается на внутренней стороне неподвижного корпуса. Чем больше датчиков, тем точнее прибор и выше его стоимость.

Диапазон измерений у ротационных вискозиметров начинается от тысяч [Па*сек] и достигает миллионов [Па*сек]. Важным параметром является допустимая скорость вращения ротора – она может быть ничтожно малой, от 1 полного оборота за две минуты, и достигать двойного умножения частоты стандартной электросети (то есть 100 оборотов в минуту). Если верхний предел в 100 Герц реализуется достаточно просто, то миниатюрная скорость углового вращения свойственна вискозиметрам высокого класса точности и весьма ощутимой стоимости.

Из недостатков ротационных конструкций можно отметить неизбежный износ вращающихся частей, который накладывает отпечаток на корректность снимаемых показаний.

Именно поэтому приборы с медленным вращением ценятся выше – они медленнее изнашиваются и дольше служат по назначению без замены роторов и осей. Кроме того, приводимая в движение жидкость в зазоре должна обладать ламинарным течением. Когда ее течение становится турбулентным (опять же, при высоких скоростях вращения внутреннего конуса или сферы), фиксируемые показатели вязкости будут совершенно неточными.

Как корректируется измеренная вязкость?

Мало выяснить вязкость жидкости посредством ротационного, механического или капиллярного вискозиметра. Данная характеристика субстанции вполне подлежит корректировке, что известно любому отделочнику или ремонтнику. Излишне жидкий раствор для штукатурки «течет» и не держится на вертикальных поверхностях, а слишком «крутой» не сможет проникнуть в глубокие трещины и выбоины.

Если штукатур устраняет такие проблемы самостоятельно и без всяких приборов (попросту добавляя в раствор цемент, гипс или алебастр), то для модификации показателей вязкости красок, лаков, грунтовок, трансмиссионных и гидравлических масел ремонтных жидкостей используются иные методы:

Полибутен – классическая присадка для уменьшения густоты, сейчас почти не используется;
Полиметилакрилатные добавки эффективно препятствуют образованию кристаллов воска, поэтому их применяют для достаточной текучести масел и смазок, в том числе в условиях низких температур;
Олефиновые полимеры используются в формулах моторных масел, выгодны низкой стоимостью и совместимостью с высокими температурами;
Стирольные эфиры актуальны для трансмиссионных масел, в том числе для энергосберегающих двигателей внутреннего сгорания и автоматических коробок передач;
Стирол-диеновые полимеры отличаются максимальной широтой температурного диапазона – их присутствие позволяет составу не застывать в мороз и не разжижаться в жару.

Разумеется, все перечисленные модификаторы применяются для корректировки вязкости в заводских условиях, при наличии лабораторных комплексов и испытательных стендов в химико-лакокрасочном производстве. Однако само наличие в составе приобретаемой продукции модификаторов вязкости может быть действенной подсказкой при разбавлении ценной акриловой краски или дорогостоящего лака. В других же случаях собственноручного ремонта лучше не играть в «юного химика» и купить новую банку масла или гидравлической жидкости вместо экспериментов со старой упаковкой. Токсичность и взрывоопасность таких «игр» могут быть куда реалистичнее, чем виртуальная экономия.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИЕМЫ РАБОТЫ НА ВИСКОЗИМЕТРЕ BROOKFIELD DV2T

Транскрипт

1 МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Юго-Западный государственный университет» (ЮЗГУ) Кафедра нанотехнологий и инженерной физики ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИЕМЫ РАБОТЫ НА ВИСКОЗИМЕТРЕ BROOKFIELD DV2T Методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине «Микро- и наносистемы в технике и технологии» для студентов направлений подготовки и Курск 2015 г.

2 УДК Составители: И.А.Шабанова, А.Е. Кузько, Г.Н. Бельских Рецензент Директор РИЦ, д.ф.-м.н., профессор А.П. Кузьменко Практические приемы работы на вискозиметре Brookfield DV2T: методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине «Микро- и наносистемы в технике и технологии» / Юго-Зап. гос. ун-т; сост.: И..А.Шабанова, А.Е. Кузько, Г.Н. Бельских. Курск, с.36: ил. 7. Библиогр.: с. 36. Излагаются методические рекомендации по выполнению лабораторной работы, в которой приведен краткий обзор теоретических основ реологии вязких, вязкоупругих, пластичных жидкостей и тел. Изложены основы ротационной вискозиметрии. Приведена методика измерения динамической вязкости на ротационном вискозиметре Brookfield RVDV-II+ Pro. Методические указания соответствуют требованиям Федеральных государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования и учебных планов направлений подготовки и Нанотехнологии и микросистемная техника, степень (квалификация) бакалавр и магистр. Предназначены для студентов всех форм обучения. Материал также будет полезен студентам других направлений подготовки, изучающим дисциплины нанотехнологического цикла. Текст печатается в авторской редакции Подписано в печать. Формат 60 x 84 1/16. Усл. печ. л. 2,15. Уч.-изд. л. 1,95. Тираж экз. Заказ. Бесплатно. Юго-Западный государственный университет Курск, ул. 50 лет Октября, 94. 2

3 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА Практические приемы работы на вискозиметре Brookfield DV2T Цель работы: освоить навыки работы на вискозиметре Brookfield RVDV-II+ Pro. Приборы и принадлежности: ротационный вискозиметр Brookfield RVDV-II+ Pro, лабораторный штатив. КРАТКАЯ ТЕОРИЯ Введение Изучение свойств объектов и зависимостей изменения количественной характеристики этих свойств под влиянием различных факторов является одним из наиболее распространенных экспериментальных методов исследования. В зависимости от объектов и целей исследования изучению подвергаются различные свойства. В отдельную группу можно выделить реологические свойства материалов, дающие информацию об объемно-структурных свойствах объектов исследования. Реология (от греч. rheos — течение, поток и logos — слово, учение) — это наука о деформациях и текучести веществ. В общенаучном плане реологию, по мнению М. Рейнера, следует рассматривать как раздел физики, который ближе всего примыкает к механике, а, по мнению П.А. Ребиндера — к физико-химической механике. Идеальная жидкость, т.е. жидкость, движущаяся без трения, является абстрактным понятием. Всем реальным жидкостям и газам в большей или меньшей степени присуща вязкость или внутреннее трение. Вязкость проявляется в том, что возникающее в жидкости или газе движение после прекращения действия причин, его вызвавших, постепенно прекращается. Для измерения вязкости (вискозиметрии) применяют ряд экспериментальных методов, основанных на различных принципах [1, 2]. Каждый их этих методов обладает особым диапазоном условий его применения. 3

Читать еще: Как должен заряжаться аккумулятор автомобиля

4 Независимо от применяемого вискозиметрического метода для корректных измерений вязкости необходимо соблюдение следующих требований: 1) результат измерений не должен зависеть от линейных размеров рабочих элементов вискозиметра; 2) не должно иметь место пристеночное скольжение в жидкости; 3) поток жидкости в вискозиметре должен быть ламинарным, т.е. в капиллярах необходимо выполнение условия, что значение числа Рейнольдса Re 1 вязкость жидкости повышается при приложении напряжения сдвига. Большое значение τ 0 означает, что жидкость будет течь только при приложении большого напряжения сдвига. Такое поведение характерно для бингамовских систем. По этой модели программа Rheocalc V 3.2 рассчитывает индекс течения, индекс консистенции, предельное напряжение сдвига и степень сходимости экспериментальных данных с расчетными значениями, полученными по модели (в %). Модель отображается в виде графика зависимости логарифма разности напряжения сдвига и сдвигающего напряжения (сдвигающей прочности) от логарифма скорости сдвига. 26

27 3 Процедуры определения динамической вязкости на вискозиметре Brookfield RVDV-II+ Pro с помощью адаптеров Компания Brookfield производит несколько адаптеров для вискози-метра Brookfield RVDV-II+ Pro, которые используются для решения специальных задач. Измерение динамической вязкости за пределами минимального значения вязкости можно осуществить с помощью адаптера для измерения низкой вязкости (UL-адаптер, Ultra Low Adapter). Определение вязкости образцов малых объемов можно провести с помощью SS-адаптера (Small Sample Adapter). Вязкость систем, не способных к быстрому «залечиванию» бороздки (при проведении палочкой по поверхности образца остается медленно зарастающий след) в диапазоне мпа с, целесообразно измерять с помощью стойки спирального движения (Helipath Stand) и Т-образных шпинделей (T-Bar шпиндели). 3.1 Поверка калибровки вискозиметра Точность вискозиметра Brookfield RVDV-II+ Pro можно поверить с помощью стандартов вязкости, поставляемых компанией Brookfield. Стандарты представляют собой ньютоновские жидкости. Для процедуры поверки калибровки вискозиметра необходимо следовать следующим правилам: 1. Размеры контейнеров для измерения вязкостей стандартных жидкостей должны удовлетворять следующим условиям: для измерения динамической вязкости стандартов с вязкостью менее спз используйте химические стаканы Гриффина вместимостью 600 см3 (рабочий объем 500 см3); для стандартов с вязкостью более спз используйте стандартные контейнеры. Внутренний диаметр контейнера 8,25 см, высота 12,1 см. Контейнер может быть несколько большего размера, но не меньшего. 2. Для всех стандартов аттестованные значения вязкости получены при температуре 25 С. Поддерживайте температуру, указанную в сертификате стандарта вязкости, с погрешностью ± 0,1 С. 27

28 Поверка калибровки вискозиметра со шпинделями RV 1. Поместите стандарт вязкости (в подходящем контейнере) в водяной термостат. 2. Отрегулируйте положение вискозиметра для измерений (выставить вискозиметр по горизонтальному уровню). Защитная скоба должна быть опущена. 3. Установите на вискозиметр нужный шпиндель. Шпиндели, имеющие форму диска, погружайте в жидкость под углом, чтобы исключить образование воздушного пузыря под шпинделем, и лишь затем прикрепляйте шпиндель. 4. Приступать к измерениям можно только после того, как жидкость приобрела нужную температуру (25±0,1 С). 5. Перед снятием показаний шпиндель должен выполнить не менее 5 оборотов. Поверка калибровки вискозиметра с адаптером для измерения низкой вязкости (UL- адаптер) Адаптер для измерения низкой вязкости используется для измерения динамической вязкости образцов в диапазоне от 3,2 мпа с до 2000 мпа с (для вискозиметров модели RVDV-II+ Pro). При использовании UL-адаптера к адаптеру должен быть подключен водяной термостат, поддерживающий заданную температуру. Процедура работы с данным адаптером заключается в следующем: 1. Установите крепежную скобу на вискозиметре. Нижним концом считается винт, находящийся рядом со штырьком. 2. Соберите шпиндель ULA-15 (левая резьба на вискозиметре и накидной гайке). 3. Закройте дно измерительной ячейки пластиковым колпачком и поместите внутрь образец (16 см3). 4. Поместите ячейку в рубашку нагрева/охлаждения ULA-40Y, подсоединенную к циркуляционной бане. 5. Погрузите шпиндель в ячейку, после чего прикрутите нижний винт крепежной скобы к рубашке нагрева/охлаждения, затем соедините шпиндель с вискозиметром. 6. Выставите вискозиметр по горизонтальному уровню. Прибор готов к измерениям. Вязкость измеряемого образца не должна превышать 2000 спз (мпа с). 28

29 Поверка калибровки вискозиметра с адаптером малого объема (SS-адаптер) Адаптер для измерения малых образцов очень удобен для проведения серии измерений (например, в рамках исследовательских работ), т.к. в данном случае необходимо небольшое количество образца (объем одной пробы 13,5 см3), а также имеется возможность быстрого термостатирования ячейки. Диапазон измеряемой вязкости составляет от 500 до мпа с. Данный адаптер хорошо подходит для измерения (эффективной) динамической вязкости концентрированных дисперсных систем, изучение реологических свойств которых интересно и с теоретической и с практической точки зрения. При использовании адаптера для пробы малого объема его водяная рубашка должна быть подсоединена к термостату, и температура внутри адаптера должна стабилизироваться. Затем нужно выполнить следующие шаги: 1. Прикрепите установочный швеллер к вискозиметру с помощью верхнего монтажного винта. 2. Прикрепите рубашку нагрева/охлаждения к установочному швеллеру. Штырек на установочном швеллере должен коснуться верхней пластины рубашки нагрева/охлаждения. 3. Аккуратно наполните съемную измерительную ячейку образцом (13,5 см3) так, чтобы не образовывались пузырьки воздуха. 4. Осторожно вставьте (снизу вверх) измерительную ячейку в рубашку нагрева/охлаждения. 5. Соберите измерительный шпиндель, соединительный крючок и накидную гайку. Медленно опустите шпиндель в пробу. Ввинтите накидную гайку (левая резьба) в шпиндельную муфту вискозиметра. 6. Выдержите адаптер с погруженным в жидкость шпинделем при заданной температуре (25 С) не менее 30 минут. 7. После достижения заданной температуры приступайте к измерениям. Перед снятием показаний шпиндель должен выполнить не менее 5 оборотов. 29

30 Интерпретация результатов проверки калибровки При проверке калибровки вискозиметра RVDV-II+ Pro необходимо вычислить суммарную допускаемую погрешность измерения стандарта вязкости. Относительная погрешность вискозиметра составляет ± 1 % от верхнего предела диапазона измерения вязкости, зависящего от применяемого шпинделя и скорости вращения. Пример. Вычислим допускаемое отклонение измеренного значения вязкости при использовании вискозиметра DV-II+ Pro со шпинделем RV-3 при скорости вращения 2 об/мин. Измеряется стандарт с аттестованным значением вязкости мпа с при температуре 25 С. 1. Определим верхний предел диапазона вязкости при использовании конкретного шпинделя при заданной скорости вращения. Верхний предел можно определить: а) автоматически; (для этого необходимо нажать и удерживать кнопку ENTER I AUTO RANGE во время работы прибора) б) рассчитать по формуле (19). Тогда полный диапазон измерения вязкости составит ( )/2=50000 мпа с. Погрешность измерения вязкости вискозиметром RVDV-II+ Pro составляет 1 % этого значения, т.е. ± 500 мпа с. 2. Погрешность аттестации стандарта вязкости мпа с составляет 122,57 мпа с (± 1 % от заявленного значения). 3. Суммарная относительная ошибка составляет (122, ) мпа с = 622,57 мпа с. 4. Следовательно, измеренное значение вязкости может принимать любые значения от 11634,4 до 12879,6 мпа с. В этом случае можно считать, что погрешность вискозиметра соответствует заявленному значению. 3.2 Измерение динамической вязкости с помощью стойки спирального движения (Helipath Stand) и Т-образных (T Bar) шпинделей Данный адаптер предназначен для измерения вязкости систем, не способных к быстрому «залечиванию» (затягиванию или зарастанию) бороздки, образуемой при механическом нарушении целостности образца (например, при проведении палочкой по поверхности образца образуется незарастающая бороздка). В таком 30

31 случае при вращении шпинделя в образце между поверхностью шпинделя и образцом образуется зазор, искажающий результаты измерений. При использовании стойки спирального движения происходит поступательное движение вращающегося шпинделя в вертикальной плоскости. Таким образом, при каждом обороте шпиндель врезается в новый слой исследуемой системы. Устройство состоит из стойки спирального движения и набора Т образных шпинделей. Порядок работы заключается в следующем: 1. Установить стойку спирального движения и с помощью зажима держателя закрепить на ней вискозиметр. 2. Выбрать Т образный шпиндель и закрепить его на оси вискозиметра. 3. Опустить шпиндель в образец, предварительно ослабив зажим держатель на стойке спирального движения. Шпиндель должен быть погружен так, чтобы его поперечина была на 6 мм ниже поверхности образца. 4. Для регулировки длины хода выставить на необходимое расстояние упоры, находящиеся на штативе стойки спирального движения. Рекомендуемая глубина погружения мм. 5. Включить вискозиметр и, подождав, когда шпиндель сделает приблизительно 2 оборота, включить привод стойки спирального движения (горит желтый индикатор на приводе). 6. Записать необходимые значения, помня, что лучшие результаты получаются при низких скоростях вращения (компания Brookfield не рекомендует проводить измерения при скорости более 12 оборотов в минуту). Следует снять несколько показаний, т.к. движение Т шпинделя происходит по спирали. Цикл спирального движения повторяется примерно каждые секунд. Для Т-образных шпинделей невозможно точно рассчитать скорость сдвига, поэтому построение описанных выше математических моделей для образцов, вязкость которых измерена с помощью Т-образных шпинделей, невозможно. В результате таких измерений можно сравнивать значения единичных измерений (при условии неизменности комбинации шпиндель/скорость вращения), а также получать графики зависимости кажущейся динамической вязкости от скорости вращения шпинделя (в об/мин). Несмотря на такую ограниченность математического аппарата, применение Т-образных шпинделей и стойки спирального 31