Dažādu šķidrumu viskozitāti mēra ar īpašām ierīcēm – viskozimetriem. Pēc īpašībām un dizaina izšķir vairākus šo ierīču veidus. Viens no tiem ir rotācijas viskozimetrs, kas spēj novērtēt vides caurlaidību.
Dažādas ierīces
Šķidruma viskozitātes mērīšanai izmantotie instrumenti parasti tiek iedalīti trīs lielās grupās:
Kapilārais viskozimetrs
Mehāniskais viskozimetrs
Rotācijas viskozimetrs
Apskatīsim katru sugu sīkāk.
Mehāniskās ierīces
Mehānisko viskozimetru kategorija ir dažādu instrumentu klāsts, kuru pamatā ir šķidrumu mehāniskās īpašības. Tie var būt rezonanses, burbuļu, lodīšu tipa skaitītāji. Ja laboratorijā visbiežāk tiek izmantoti pirmie divi veidi, tad pēdējie ir sastopami ikdienā. Tās darbības princips ir balstīts uz Galileo atklāšanu.
Ierīces iekšpusē ir "būdiņa", kurā atrodas bumbiņa. Pēc ierīces piepildīšanas ar šķidrumu,kuras viskozitāte ir jānosaka, bumba nokrīt. Tiek mērīts precīzs laiks, kas nepieciešams, lai bumbiņa nokristu līdz kontakta laukumam. Nosacīto viskozitāti nosaka šis laika intervāls.
Kapilārā tipa ierīces
Kapilārā viskozimetra dizainā ir plāna caurule ar zināmu diametru. Testa šķidrums plūst caur šo cauruli. Tas pats šķidrums tiek izvadīts arī cauri liela diametra caurulei, kuras iekšpusē netiek radīts kapilārais efekts. Visbiežāk šķidrums plūst gravitācijas spēka ietekmē (t.i., no augšas uz leju). Bet dažās ierīcēs tiek radīts mākslīgs spiediens. Tiek mērīts laiks, kas vajadzīgs, lai šķidrums izplūst no abām caurulēm. Tālāk tiek aprēķināta to starpība. Viskozitātes vērtība būs proporcionāla šīs starpības vērtībai.
Šāda veida ierīces ir vienkāršas, bet lielas. Vēl viens trūkums ir tas, ka izmērītā šķidruma viskozitāte nedrīkst pārsniegt 12 kPas. Šī vērtība atbilst šķidrumiem, kas labi plūst. Šajā gadījumā nevar izmērīt biezākus šķidrumus vai šķidrumus ar gabaliņiem.
Rotācijas viskozimetrs: darbības princips
Šā tipa skaitītāju dizains ir cilindrs, kura iekšpusē ir ievietota sfēra. Pievienotās elektriskās piedziņas dēļ iekšējā sfēra pārvietojas ar noteiktu ātrumu.
Starp cilindru un sfēru ir atstarpe, kas ir piepildīta ar pētāmo šķidrumu. Šajā gadījumā mainās pretestība sfēras kustībai. Šajās ierīcēs tiek mērīta tieši pretestības atkarībašķidrums un griešanās ātrums. Šie parametri tiek fiksēti testa rezultātā.
Cilindrā ne vienmēr ir sfēra. To var aizstāt ar disku, konusu, plāksni vai citu cilindru. Attālums starp ārējo un iekšējo korpusu ir daži milimetri, lai radītu berzes spēku. Pretestības vērtību nosaka sensori. Jo vairāk tie ir iestatīti, jo precīzāka būs vērtība. Attiecīgi ierīces cena pieaugs.
Rotācijas viskozimetrs ir piemērots šķidrumiem, kuru viskozitāte svārstās no tūkstoš līdz miljoniem Pas. Svarīga loma ir iekšējā ķermeņa rotācijas ātrumam. Tas ir atkarīgs no mērījumu precizitātes. Jo lēnāks ātrums, jo precīzāks ir mērījums. Instrumenti ar minimālo rotācijas ātrumu ir ļoti precīzi, taču tie ir arī dārgi.
Rotācijas viskozimetru veidi
Iepriekš aprakstītais ierīces darbības princips ir raksturīgs Brookfield viskozimetram. Šī ir vienkāršākā šāda veida mērierīce. Bet iekšējais ķermenis ne vienmēr kustas. Dažos gadījumos ārējais cilindrs griežas. Tāpēc rotācijas viskozimetrs var būt divu veidu: ar fiksētu cilindru un vērpes mērītājiem.
Vērpes viskozimetru iekšējais korpuss ir piekārts centrā uz elastīga pavediena. Kad ārējais cilindrs griežas, arī mēramais šķidrums sāk kustēties. Kad tas griežas, cilindrs arī griežas. Iekšējā cilindra griešanās leņķis ir līdzsvarots ar rotējošā šķidruma berzes momentu.
Mērījumu kļūda rodas iekšējā cilindra apakšas dēļ. Dažādi zinātnieki ir mēģinājuši šo problēmu atrisināt savā veidā. Visbiežāk dibens bija ieliekts. Uzpildot šķidrumu, ieliekumā paliek gaiss. Tas samazina berzi uz apakšas. Zinātnieki Gatchek, Kuett ievietoja iekšējo cilindru aizsarggredzenos. Tas samazināja tā galu turbulenci. Volorovičs izmantoja augstu, bet šauru cilindru. Šajā gadījumā kļūda dibena dēļ kļuva nenozīmīga. Vairāki zinātnieki izmantoja instrumentus, kuros attālums starp cilindriem bija ļoti mazs. Tajā pašā laikā ierīces apakšdaļa nebija piepildīta ar šķidrumu.
Rotācijas viskozimetram tā dizainā ir daudz iespēju. Bet tam vienmēr ir priekšrocības: daudzpusība, mazs izmērs, neliela kļūda un zemas izmaksas. Pateicoties šīm īpašībām, ierīce ir kļuvusi tik populāra.
