Вискозиметры: что это, виды, применение, принцип работы
В этой статье мы узнаем, что собой представляет вискозиметр, рассмотрим его виды, области применения и принцип работы.
Вискозиметры: что это?
В лаборатории вискозиметр используют в качестве измерительного прибора, как, к примеру, и ареометр, пользоваться которым не сложно. Вискозиметр – инструмент для измерения вязкости жидкости. Это необходимо во многих отраслях промышленности. В фармацевтике вязкость необходимо измерять для обеспечения правильной консистенции лекарственных средств, таких как сиропы, что играет ключевую роль в обеспечении качества, безопасности и эффективности лекарственного препарата.
В химической промышленности определение вязкости необходимо для контроля качества и производства химических продуктов. Качество этого свойство также нужно выявлять в пищевой промышленности для контроля консистенции продуктов, таких как соусы, йогурты, мед, где, помимо прочего, широко используют анализатор мяса, купить в Москве который можно в нашем интернет-магазине по приемлемой цене.
Первые попытки измерения вязкости датируются XVIII веком. Английский физик Исаак Ньютон в своей работе «Principia Mathematica» описал вязкость как свойство, которое пропорционально скорости деформации жидкости. Однако практические методы измерения вязкости появились гораздо позже. В 1850 году Огюст Ангель разработал первый вискозиметр, названный в его честь. В конце XIX века Оскар Оствальд предложил новый тип, основанный на измерении скорости течения жидкости через капилляр.
Какие бывают типы вискозиметров?
Как и любой другой лабораторный прибор, к примеру, тос-анализатор, вискозиметр разделяют на несколько функциональных видов, каждый из которых подходит для определенных задач и типов жидкостей. В первую очередь рассмотрим капиллярный вискозиметр. Название говорит само за себя. В основе работы этого прибора лежит измерение времени, за которое определенный объём жидкости протекает через специальную капиллярную трубку.
Ротационный тип использует вращение цилиндра или диска в жидкости, а затем анализирует возникающий крутящий момент. Такие вискозиметры отличаются высокой точностью и позволяют измерять вязкость разных типов жидкостей, в том числе ньютоновских и неньютоновских. Существуют различные варианты ротационных вискозиметров, отличающиеся конструкцией, например, вискозиметры Брукфильда, Реометра.
Основа работы следующего вида – закон Стокса, который описывает скорость падения шара в жидкости. Эта разновидность относительно проста, но требует точного измерения времени падения шара и его размеров. Вискозиметры пузырькового типа измеряет скорость подъёма пузырька воздуха в исследуемой субстанции. Это простой и портативный прибор. Реометры являются наиболее продвинутым типом вискозиметров, позволяющим измерять не только вязкость, но и характеристики течения жидкости (например, вязкость при разных напряжениях сдвига).
Принцип работы вискозиметра
У каждого вида вискозиметра свой собственный принцип работы. Капиллярный вискозиметр работает на основе закона Пуазейля, который описывает течение жидкости в узкой трубе (капилляре). Рассмотрим, как это работает. Сначала жидкость, вязкость которой нужно определить, заливается в прибор. Следом субстанция под действием силы тяжести спускается через капилляр. Время, за которое определенный объём жидкости проходит через капилляр, измеряется с помощью секундомера. Вязкость жидкости рассчитывается по формуле.
Принцип работы роторного вискозиметра основан на измерении крутящего момента, необходимого для вращения цилиндра в жидкости с известной скоростью. Ротор, обычно цилиндрической формы, вращается с постоянной скоростью в жидкости, которая оказывает сопротивление, создавая крутящий момент. Датчик крутящего момента измеряет силу, необходимую для вращения ротора. Вязкость жидкости также рассчитывается по формуле.
Разберёмся, как работает вискозиметр с падающим шариком. В такую модель помещают прозрачную трубку с известной высотой. В трубку заливают жидкость, вязкость которой необходимо определить. В субстанцию опускают шарик определённой массы и диаметра. После этого измеряют время, за которое он проходит заданное расстояние в жидкости. Используя закон Стокса, который описывает силу вязкого трения, действующую на шарик, вычисляется вязкость субстанции.
Сферы применения
Некоторые сферы применения вискозиметра – фармацевтическую, химическую и пищевую – мы уже обсуждали выше. А где же ещё используют этот прибор? В нефтехимической промышленности с помощью этого инструмента осуществляют контроль вязкости нефти, масел, смазочных материалов, что напрямую влияет на добычу, транспортировку, переработку и конечное использование нефтепродуктов. А это в свою очередь может снизить затраты.
В биологии вискозиметр позволяет исследовать свойства биологических жидкостей, таких как кровь, моча, лимфа. В этой области также широко применяется автоматический анализатор осадка мочи, который может диагностировать различные заболевания на ранней стадии. В геологии вискозиметр используют для определения вязкости лавы. Это помогает не только изучать свойства геологических материалов, но и оценить потенциальную опасность для населения.
Данный прибор, как и определённые виды верхнеприводной мешалки, нашли себе «работу» в строительстве для определения вязкости бетона и других жидких материалов. А также в автомобильной промышленности, чтобы узнать вязкость моторных масел и трансмиссионных жидкостей. В целом, вискозиметры являются незаменимыми инструментами для многих отраслей и научных исследований, обеспечивая точное измерение вязкости, что позволяет контролировать качество продукции, оптимизировать процессы и проводить научные исследования.
Как выбрать вискозиметр?
Выбор подходящего вискозиметра – важный шаг для получения точных и достоверных результатов измерения вязкости. В первую очередь надо понимать, для какого типа жидкости вам нужен прибор. Ньютоновские жидкости имеют постоянную вязкость при изменении скорости сдвига. Для них подойдут простые вискозиметры, например, капиллярные или вискозиметры с падающим шариком. У неньютоновских вязкость меняется при изменении скорости сдвига. Здесь подойдут роторные виды или вискозиметры с регулируемым сдвигом.
Перед покупкой определите минимальное и максимальное значение вязкости, которые необходимо измерять. А также, какой уровень точности требуется для ваших исследований. Вискозиметр должен быть способен работать при заданной температуре. Необходимо учитывать давление, при котором будет проводиться измерение. Учитывайте доступный бюджет при выборе прибора. Важно учесть стоимость расходных материалов, калибровки и обслуживания.
Свяжитесь с производителями вискозиметров, чтобы получить подробную информацию о предлагаемых моделях и получить рекомендации по выбору. В принципе, данный совет относится к покупке любого оборудования для лаборатории, например, спектрофотометра, принцип работы которого основывается на преломлении луча света. Также до оформления товара внимательно изучите технические характеристики, чтобы убедиться, что они соответствуют вашим требованиям.