Методи, прибори й засоби для вимірювання в'язкості

Перший тип можна використовувати тільки разом із пристроями, що мають подвійний кожух, наприклад з адаптером конус/плита або адаптером SS. Другий тип придатний для всіх пристроїв, тому що крім прокачування через кожух у резервуар термостата можна встановлювати посудини з досліджуваним матеріалом.

Більшість термостатів мають верхню межу температури 120ос (залежно від використовуваного теплоносія). Для роботи при температурі біля кімнатної або нижче необхідно підключення охолодного пристрою, хоча пропонуються також і кріостати. Для правильного вибору рідинного термостата звернетеся до локального представництва Брукфильда. 2. Система Thermosel.

Дана система призначена для виміру в'язкості малої кількості матеріалу при підвищеній температурі, від +40 до +300ос. На відміну від термостатів, система не використовує рідкого теплоносія. Більше докладна інформація наведена в раз. 7.3. Система на базі елементів Пельтье.

Віскозиметр САР 1000, реометр САР 2000 і реометр R/S CPS-P1 мають убудовані елементи Пельтье й дозволяють швидко встановлювати й підтримувати потрібну температуру.

3.5 Малий об'єм різця

Для зразка як правило використовується хімічна склянка Грифина ємністю 600 мол. У багатьох випадках неможливо забезпечити таку кількість проби, тоді варто застосовувати який-небудь із описаних адаптерів. 1. Адаптер SS.

Даний адаптер спеціально сконструйований для роботи з малим об'ємом, має подвійний кожух, коаксіальну геометрію й може використовуватися спільно з усіма віскозиметрами Брукфильда (за винятком моделей з геометрією конус/плита). Необхідний об'єм зразка становить 2.0 - 16.0 мол (залежно від моделі адаптера). Також від моделі залежить діапазон виміру, у цілому від 5.0 до 10000000 саз при швидкостях зрушення від 0.066 до 93 з-1. Подвійний кожух дозволяє підключити циркулятор для контролю температури. 2. Адаптер UL.

Основне призначення даного адаптера - вимір низької в'язкості. Необхідний об'єм зразка - 16 мол. Більше докладна інформація наведена в раз. 6.1. 3. Адаптер DIN.

Даний адаптер (як і UL) призначений для виміру низької в'язкості у відповідності зі стандартом DIN 53019 у діапазоні від 1до 50000 сПз. 4. Система Thermosel.

Дана система дозволяє вимірювати в'язкість при температурі до 300 ос. Коаксіальна геометрії жадає від 8.0 до 13.0 мол проби (залежно від моделі шпинделя). 5. Системи конус/плита.

При дуже низьких об'ємах проби рекомендується використовувати систему конус/плита, у цьому випадку потрібно від 0.5 до 2.0 мол проби (залежно від шпинделя). Для геометрії САР і R/S потрібно менш 1 мол проби.

3.6 Низька в'язкість

Віскозиметри й реометри Брукфильда мають дуже високий діапазон виміру в'язкості, однак у деяких випадках потрібно виконати вимір дуже низької в'язкості, за межами стандартного діапазону. Описані нижче адаптери дозволяють вирішити цю проблему. 1. Адаптер UL.

Даний адаптер спеціально сконструйований для виміру низької в'язкості на віскозиметрах LV, хоча може використовуватися й з іншими моделями. При роботі з віскозиметрами LVF або LVT діапазон виміру становить 1.0 - 10.0 сПз, швидкість зрушення 73.4 з-1 при швидкості обертання 60 про/сек. Для інших моделей віскозиметрів нижня межа виміру становить: RVT - 6.4 сп, НАТ - 12.8 сПз, НВТ - 51.2 сПз.

UL адаптер використовує коаксіальну геометрію зі знімається крив, що, на зовнішньому циліндрі. Із установленою кришкою потрібно 16 мол проби й адаптер можна занурити в рідинної термостат. Зі знятою кришкою можна використовувати посудину практично будь-якого розміру. 2. Адаптер SS.

При деяких комбінаціях шпиндель/камера даний адаптер дозволяє вимірювати в'язкість нижче стандартного діапазону. 3. Система Thermosel.

При деяких шпинделях дана система дозволяє вимірювати в'язкість нижче стандартного діапазону. 4. Система конус/плита.

Система конус/плита дозволяє вимірювати дуже низьку в'язкість, аж до 0.1 сПз.

3.7 Висока температура

Вимір в'язкості при високій температурі може бути простою задачею або дуже складної, залежно від матеріалу або величини температури. Іноді досить збільшити відстань між віскозиметром і розігрітим матеріалом за допомогою спеціальних подовжувачів. Для дуже складних застосувань (наприклад, розплавлене скло) потрібно використовувати спеціальні печі й муфелі й спеціально розроблені шпинделі з тугоплавких матеріалів. Це крайні випадки, між ними лежить більшість реальних застосувань. 1. Система Thermosel.

Дана система призначена для виміру в'язкості малої кількості матеріалу при підвищеній температурі, від +40 до +300ос. Звичайно вона продається в комплекті з віскозиметром, хоча можна замовити її окремо як аксесуар до будь-якої моделі віскозиметра (за винятком геометрії конус/плита).

Система містить у собі камеру й шпиндель із коаксіальною геометрією, електричну апаратуру нагрівання (термоконтейнер) і цифровий пропорційний контролер температури з датчиком RTD. Пропонуються три модифікації системи Thermosel:

ручна система в комплекті з аналоговим віскозиметром;

система з аналоговим виходом для реєстрації температури й в'язкості в комплекті із цифровим віскозиметром;

система із програмувальним контролером температури й з можливістю підключення до персонального комп'ютера.

Для системи Thermosel потрібне невелика кількість зразка, від 8.0 до 13.0 мол залежно від шпинделя. Коаксіальна геометрії дозволяє вимірювати швидкість зрушення в діапазоні від 0.08 до 93.0 сек-1 (залежно від шпинделя й моделі віскозиметра). 2. Рідинні термостати.

Рідинні термостати Брукфильда також можна використовувати для виміру в'язкості при підвищених температурах. Деякі моделі мають робочий максимум 200ос. Більше докладна інформація наведена в разд. 3.3. Система конус/плита з убудованим нагрівачем.

Віскозиметри й реометри серії САР мають високотемпературну плиту, що нагрівається до 325ос, що дозволяє працювати зі смолами й полімерами. Спеціальна модифікація реометра R/S (R/S CPE-E) дозволяє розігрівати плиту до 250оС. Малий розмір зразка забезпечує швидке досягнення робочої температури.

3.8 Швидкість зрушення

У багатьох випадках потрібно виміряти абсолютну в'язкість продукту, для чого потрібно визначити швидкість зрушення. Нижче перераховані моделі приладів і адаптерів, що дозволяють визначити швидкість зрушення, і номера розділів утримуючих більше докладну інформацію.

Циліндричні шпинделі Адаптер UL Адаптер DIN Адаптер SS Система Thermosel Віскозиметри з геометрією конус/плита Віскозиметр САР Реометр R/S

3.9 Висока швидкість зрушення

Більшість моделей віскозиметрів Брукфильда орієнтовано на відносно невисокі швидкості зрушення, звичайно не вище 100 з-1.Деякі моделі віскозиметрів у комплекті з адаптерами UL , SS і системою Thermosel розвивають швидкість зрушення до 300 з-1. Для досягнення більше високих швидкостей зрушення варто використовувати геометрію конус/плита або реометри PVS і R/S. 1. Віскозиметри й реометри з геометрією конус/плита.

Віскозиметри з геометрією конус/плита дозволяють визначити абсолютну в'язкість малої проби продукту при певній швидкості зрушення й напрузі зрушення. Об'єм проби становить усього 0.5-2.0 мол, а швидкість зрушення має діапазон 0.6-1875 сек-1 (залежно від моделі віскозиметра й використовуваного конуса). Вимірювальна частина укладена в подвійний кожух для контролю температури.

Повний діапазон виміру в'язкості становить від 0.1 сПз до 2.6 мільйонів сПз. Хоча окремий прилад не покриває весь діапазон, використання змінних шпинделів забезпечує кожному віскозиметру дуже широкий діапазон виміру.

Геометрію конус/плита можна використовувати з різними моделями цифрових віскозиметрів. Настійно рекомендується також придбати рідинної термостат для точного контролю температури.

Геометрія конус/плита завжди поставляється разом з віскозиметром. ЇЇ не можна придбати окремо як аксесуар або для модифікації наявного віскозиметра. Віскозиметр можна також використовувати й зі звичайними дисковими й циліндричними шпинделями, однак буде потрібно подовжений штатив. 2. Віскозиметри й реометри САР.

Прилади серії САР мають геометрію конус/плита й забезпечують високу швидкість зрушення. Вони розроблені для досліджень і контролю якості таких матеріалів, як фарби, покриття, смоли, чорнило, косметика, фармацевтичні вироби й продукти. Всі прилади серії САР мають убудований контроль температури, об'єм проби не перевищує 1 мол.

САР 1000 являє собою одношвидкісний віскозиметр, 750 про/хв при 50 Гц і 900 про/хв при 60 Гц. Швидкість зрушення становить 12000 сек-1 і 3000 сек-1 при 60 Гц і 10000 сек-1 і 2500 сек-1 при 50 Гц (залежно від шпинделя).

САР 2000 дозволяє міняти швидкість обертанні від 50 до 1000 про/хв. Діапазон виміру в'язкості становить 0.1 - 1500 Пз (0.1 - 1500 Па*с) при швидкостях обертання від 166 до 13300 сек-1. САР 1000 відповідає вимогам стандартів BS 3900, ISO 2884 і ASTM D 4287. 3. Реометр R/S.

Даний реометр забезпечує швидкість обертання 4100 сек-1 при коаксіальній геометрії й 4800 сек-1 при геометрії конус/плита. Максимальна швидкість обертання становить 800 про/хв. 4. Реометр PVS.

Даний реометр призначений для виміру в'язкості при високому тиску й температурі. Діапазон тиску від атмосферного до 1000 psi і діапазон температур від -40 до +200ос дозволяють широко використовувати реометр для дослідження бурових розчинів, пульпи й паперу, пластиків, нафтохімічних продуктів і аерозолів. Реометр має швидкості обертання від 0.05 до 1000 об/хв і відповідні швидкості зрушення від 0.01 до 1700 сек-1 . Датчик крутний моменту розташований у підшипнику й не підданий впливу високого тиску й температури.

3.10 Визначення зрушення напруги

Реометр R/S

Даний реометр відрізняється від всіх інших приладів Брукфильда тим, що задається не швидкість обертання шпинделя, а напруга зрушення. Такий підхід має кілька переваг: дуже широкий діапазон виміру в'язкості, можливість вимірювати границю текучості й можливість вивчати високов'язкі гелі.

Пропонується кілька моделей реометра R/S. Модель із коаксіальною геометрією комплектується шпинделями DIN діаметром 8, 14, 25, 45 і 48 мм. Модель із геометрією конус/плита комплектується конусами з кутом 1 і 2 градуси діаметром 2.5, 5.0 і 7.5 див. Також доступна геометрії плита/плита із плоскими плитами діаметром 2.5, 5.0 і 7.5 див. Дана геометрія оптимальна для екстремальне грузлих речовин або речовин, що містять тверді частки.

Прилад для випробувань м'яких матеріалів R/S SST.

Дана версія реометра призначена для проведення спеціальних досліджень, наприклад вивчення плинності матеріалів. Це відмінний спосіб вивчення продуктів, які не можна піддавати зрушенню перед виміром.

У реометрі використовуються шпинделі з лопатевою геометрією й дуже низькими швидкостями зрушення й напругами зрушення, що дозволяє вивчати в'язко еластичні характеристики таких матеріалів, як пасти, гелі, парафини й глинисті розчини.

3.11 Нетекучі матеріали

Вивчення нетекучих і слаботекучих матеріалів являє собою серйозну проблему. При обертанні шпинделя в продукті прорізаються свого роду канали, у результаті чого прилад показує дуже низьку в'язкість, що не відповідає дійсності. Брукфильд пропонує кілька рішень даної проблеми. 1. Стійка спірального руху.

До цієї стійці можна приєднати будь-який віскозиметр Брукфильда. Стійка повільно рухається нагору й долілиць (зі швидкістю 7/8 дюйма у хвилину), у той час як Т-Образний шпиндель обертається в досліджуваному матеріалі. Поперечина шпинделя, рухаючись по спіралі, постійно попадає в "свіжий" матеріал. Тим самим зникає тунельний ефект, властивим звичайним шпинделям.

У комплект поставки входять 6 Т-Образних шпинделів і спеціальної з'єднання для підключення шпинделя до віскозиметра.

2. Спіральний адаптер

Даний адаптер дозволяє вивчати пасто подібні матеріали, такі як паяльні пасти, продукти, косметику й ліки. Адаптер має внутрішній різьбовий шпиндель, що обертається усередині коаксіального циліндра. При обертанні шпинделя проба постійно подається через адаптер. Вимір виробляється після того, як установився постійний плин. Вимір в умовах постійного плину (у порівнянні з іншими методами) менш відчутно до неоднорідності проби. 3. Лопатеві шпинделі.

Лопатеві шпинделі при зануренні в пробу не порушують структуру зразка. При обертанні шпинделя матеріал захоплюється лопатами й утворить віртуальний циліндр. Дискові шпинделі дозволяють одержати повні реологічні дані, їх можна використовувати з будь-яким віскозиметром Брукфильда й з реометром R/S-SST.

3.12 Спеціальні аксесуари

Наступні аксесуари можна замовити для використання разом з віскозиметрами й реометрами Брукфильда. 1. Швидке з'єднання. Даний пристрій дозволяє швидко приєднати/від'єднати шпиндель. Це заощаджує час і дозволяє уникнути небезпеки зіпсувати різьблення. Швидке з'єднання виконане з нержавіючої сталі й може бути використане з дисковими шпинделями LV, RV, HA, HB і з Т-Образними шпинделями. 2. Подовжувач шпинделя. Подовжувач шпинделя може знадобитися в ситуаціях, коли потрібно збільшити дистанцію між віскозиметром і пробій (максимум 6 футів). Подовжувач типу D установлюється між віскозиметром і шпинделем і використовується в ситуаціях, коли можна спостерігати глибину занурення шпинделя. Тип S містить у собі частину, що занурюється, шпинделя й використовується в ситуаціях, коли не можна спостерігати глибину занурення шпинделя.

3.13 Дими й небезпечні умови

Якщо досліджуваний матеріал утворить дим або пара вони можуть потрапити в прилад, цієї ситуації варто уникати. Якщо ж пари горючі або вибухові, це становить небезпеку не тільки для приладу, але й для персоналу. 1. Штуцер продувки.

Даний аксесуар установлюється на корпус віскозиметра й може використовуватися з будь-якою моделлю. Інертний газ (наприклад, азот) під невеликим тиском подається через корпус віскозиметра, створюючи усередині надлишковий тиск. Тим самим запобігає влучення диму й пари усередину віскозиметра.

Штуцер продувки також можна встановити на корпус системи конус/плита й системи Thermosel, забезпечуючи контрольовану атмосферу над пробій. 2. Викоренення конструкція(тільки аналогова модель).

В умовах небезпеки вибуху варто використовувати викоренення встаткування. Брукфильд пропонує викоренення виконання для аналогового віскозиметра. Даний прилад перевірений у лабораторії Underwriter і відповідає класу 1 групи D. Для цифрових віскозиметрів і реометрів викоренення виконання недоступно.

Також недоступно викоренення виконання для аксесуарів, що мають електричне харчування, наприклад для стійки спірального руху або для системи Thermosel. Ці аксесуари можна використовувати тільки в безпечних умовах.

4. Таблиця конверсії різних величин виміру в'язкості

При використанні різних типів віскозиметрів для виміру в'язкості іноді виникає необхідність перекладу одних одиниць виміру в інші або в одиниці виміру Метричної Системи. Пропонуємо Вам скористатися даною таблицею:

Висновок

Умови вимірів

1. Нормальні умови вимірів;

Умови виміру, які характерні сукупністю значень або областей значень величин, що впливають, при яких зміною результату вимірів зневажають внаслідок малості.

Примітка - Нормальні умови вимірів установлюються в нормативних документах на засоби вимірів конкретного типу або по їхній перевірці (калібруванню)

2. Нормальне значення величини, що впливає;

Значення величини, що впливає, установлене в якості номінального.

Примітка - При вимірі багатьох величин нормується нормальне значення температури 20 °С або 293 К, а в інших випадках нормується 296 К (23°С). На нормальне значення, до якого приводяться результати багатьох вимірів, виконані в різних умовах, звичайно розрахована основна погрішність засобів вимірів

3. Нормальна область значень величини, що впливає;

Область значень величини, що впливає, у межах якої зміною результату вимірів під її впливом можна зневажити відповідно до встановлених норм точності.

Приклад - Нормальна область значень температури при перевірці нормальних елементів класу точності 0,005 у термостаті не повинна змінюватися більш ніж на ±0,05 °С від установленої температури 20 °С, тобто бути в діапазоні від 19,95 до 20,05 °С

4. Робоча область значень величини, що впливає;

Область значень величини, що впливає, у межах якої нормують додаткову погрішність або зміну показань засобу вимірів

5 Робочі умови вимірів

Умови вимірів, при яких значення величин, що впливають, перебувають у межах робочих областей.

Приклади:

1. Для вимірювального конденсатора нормують додаткову погрішність на відхилення температури навколишнього повітря від нормальної.

2. Для амперметра нормують зміна показань, викликана відхиленням частоти змінного струму від 50 Гц (50 Гц у цьому випадку приймають за нормальне значення частоти)

6. Робочий простір

Частина простору (навколишнього засіб вимірів і об'єкт вимірів), у якому нормальна область значень величин, що впливають, перебуває у встановлених межах

7. Граничні умови вимірів;

Умови вимірів, які характерні екстремальними значеннями, які засіб вимірів може витримати без руйнувань і погіршення його метрологічних характеристик

Список літератури

1. Френкель Я.І. Кінетична теорія рідин. - К., 1995

2. Аринштейн А., Порівняльний віскозиметр Жуковського. - К., 2004

3. R.H. Doremus. J. Appl. Phys., 92, 7619-7629 (2002)

4. M.I. Ojovan, W.E. Lee. J. Appl. Phys., 95, 3803-3810 (2004)

5.M.I. Ojovan, K.P. Travis, R.J. Hand. J. Phys.: Condensed Matter, 19, 415107 (2007)

6. Булкин П.С. Попова И.И., Загальний фізичний практикум. Молекулярна фізика. - К., 2005

Страницы: 1, 2, 3