Капиллярный и ротационный вискозиметр

В технологических процессах многих отраслей промышленности важным показателем качества является вязкость жидких веществ. Вязкость жидкостей измеряется вискозиметрами.

Типы вискозиметров

По методам измерения вискозиметры можно разделить на следующие:

• капиллярные (измерение перепада давления на капилляре, через который пропускается жидкость с постоянным расходом);
• ротационные (измерение усилия, возникающего при вращении твердого тела в жидкости);
• с падающим телом (измерение времени падения твердого тела в слое жидкости заданной высоты);
• вибрационные (измерение скорости затухания упругих колебаний пластины в исследуемой жидкости).

Рис. 1. Методы и средства измерения вязкости жидких тел: а — схема капиллярного вискозиметра (1 — точка отбора пробы; 2 — насос; 3 — змеевик; 4 — электродвигатель; 5 — регулятор расхода; б — капилляр; 7 — дифференциальный манометр; 8 — вторичный прибор; 9 — термостат; 10 — термометр; 11- регулятор; 12 — нагреватель; 13 — мешалка); б- схема ротационного вискозиметра (/ — точка отбора пробы; 2 — насос; 3 — электродвигатель; 4 — измерительный блок; 5 — показывающее устройство; 6 — рабочая камера; 7 — ротор; 8 — термочувствительный элемент; 9 — термостат; 10 — регулятор; 11 — нагреватель; 12- мешалка; 13 — змеевик); в — схема автоматического вискозиметра с падающим телом U и 9 — катушка; 2 — насос; 3 и 8 — ограничивающая сетка; 4 — вторичный прибор; 5 -релейный блок; 6 — усилитель; 7 — шарик; 10 — мерная трубка; 11 — резервуар)

Капиллярный вискозиметр

Схема капиллярного вискозиметра представлена на рис. 1, а. Продукт от точки отбора пробы 1 подается насосом 2 через змеевик 3 и регулятор расхода 5 в капилляр б. Основные части прибора помещены в термостат 9 с мешалкой 13, обычно заполняемый маслом. Привод мешалки осуществляет электродвигатель 4. Температура в ванне поддерживается постоянной с помощью регулятора 11, управляющего нагревателем 12. Дифференциальный манометр 7 измеряет перепад давления на капилляре и осуществляет передачу показаний на вторичный прибор 8, градуированный в единицах вязкости.

Погрешность прибора определяется в основном точностью поддержания расхода и температуры исследуемой жидкости (изменение температуры на 1 °С может дать погрешность в 10%).

Капиллярные вискозиметры широко используются для анализа дистиллятных продуктов и масел в диапазоне вязкости до 0,12 м2/с (15° ВУ) при 150 °С. Погрешность таких приборов составляет 1…2% от измеряемого диапазона вязкости.

Ротационные вискозиметры

Ротационные вискозиметры различаются в зависимости от используемой формы вращающегося элемента и способа измерения крутящего момента. В качестве вращающегося элемента применяют пластины, цилиндры, лопасти, набор дисков и др.

Крутящий момент определяют следующими способами:

• силой тока, потребляемой электродвигателем привода вращающегося элемента;
• углом поворота уравновешивающей торсионной пружины;
• реактивным моментом вращения статора приводного электродвигателя.

На рис. 1, б изображена схема ротационного вискозиметра. Термочувствительный элемент 8 располагается непосредственно в рабочей камере 6. Измерительный блок 4 содержит узел привода ротора 7 и устройства для измерения крутящего момента и передачи показаний на показывающее устройство 5.

Вискозиметры с падающим телом

Схема одного из них представлена на рис. 1, в. Измерение проводится циклично. Подъем шарика 7 в исходное положение происходит за счет восходящего потока исследуемой жидкости, который создается шестеренчатым насосом 2. Проба жидкости отбирается насосом из резервуара 11 в мерную трубку 10. Шарик, находясь в нерабочем положении у нижней ограничивающей сетки 8, при включении насоса поднимается до верхней ограничивающей сетки 3. В момент касания шарика с сеткой 3 насос автоматически отключается и шарик падает в неподвижной среде исследуемой жидкости.

На мерную трубку 10, выполненную из немагнитного материала, установлены катушки 1 и 9, первичные и вторичные обмотки которых соединены по дифференциально-трансформаторной схеме. При прохождении шарика через катушки на входе контрольной схемы возникает сигнал разбаланса, который усиливается электронным усилителем 6. Автоматическое включение шестеренчатого насоса и отсчет времени падения шарика осуществляют релейным блоком 5 и вторичным прибором 4. Пределы измерения вискозиметра можно менять установкой различных расстояний между катушками и подбором размера шарика.