Константы ротационного вискозиметра

Прибор является первичным вискозиметром, не требует калибрования и позволяет вычислять вязкость в абсолютных единицах (пуазах), исходя непосредственно из размеров прибора.

Вязкость h вычисляется по следующей формуле, в пуазах:

,                                                        (7)

где Р - груз, вращающий цилиндр вискозиметра (Р - сумма двух равных грузов, подвешенных на обеих нитях прибора); Р_о - собственное трение подшипников, которое мало и соответствуют грузу 2-3 г; n - число оборотов цилиндра в секунду; К - константа, учитывающая конструктивные размеры прибора и имеющая следующее значение:

                                             (8)

В формуле (8) приняты следующие обозначения:

R - радиус шкива, на который намотана нить;

r₁ - радиус внутреннего цилиндра;

r₂  - радиус внешнего цилиндра;

h – глубина погружения внутреннего цилиндра в жидкость;

g - ускорение свободного падения (9,81м/с²).

n – число оборотов шкива в секунду.

Количество испытуемой жидкости (по объему) следует брать в количестве 60 мл и тогда глубина погружения внутреннего цилиндра в жидкость будет равна 7 см. После окончания опыта, когда цилиндрический сосуд снят, на поверхности внутреннего цилиндра виден уровень погружения в жидкость.

При измерениях вязкости в широком интервале температур, для особо точного определения высоты уровня, следует делать поправку на термическое расширение жидкости. Поправка эта обычно невелика.

Для данной конструкции прибора с радиусами цилиндров r₁=l,065 см, r₂ =1.905 см и радиусом шкива R=2,235 см для случая, когда h=7 см (объем испытуемой жидкости, залитой между цилиндрами» равен 60 мл), константа прибора К=0,393 и формула (4.7) принимает следующий вид:

.                                        (9)

Высота жидкости может быть меньше 7 см, когда испытуемые жидкости имеются в небольшом количестве. Но при высоте уровня менее 3 см производить измерения вязкости не рекомендуется, так как точность отсчета будет невелика.

Константу прибора К можно вычислить для любого значения уровня жидкости по следующей формуле, которая вытекает из уравнения (4.8). Для вискозиметра с указанными выше размерами цилиндров:

.                                        (10)

Практически, константу прибора К, для тех или иных значений уровня жидкости удобно определять из графика зависимости К от h. Такой график, соответствующий формуле (10), изображен на рис. 4.

Предельное напряжение сдвига (предел текучести) дисперсных систем вычисляется в дин/см ² по следующей формуле:

.                                (11)

В этой формуле Р₁ - минимальный груз, при котором начинается, при постепенном увеличении нагрузки, вращение внутреннего цилиндра вискозиметра, когда между цилиндрами прибора помещается пластичная дисперсная масса (например, мазь), обладающая низким пределом текучести; Р₀ - собственное трение подшипников прибора, как и в формуле (7).

K₁ - константа ротационного вискозиметра для предельного напряжения сдвига для высоты уровня дисперсной системы h =7 см - имеет значение К₁ = 16,40 мм и формула (4.10) принимает следующий вид:

.                                      (11)

Как и в случае измерения вязкости, определение предельного напряжения сдвига можно производить при различной высоте уровня в пределах от 7 до 3 см. Тогда константу К ₁  следует вычислять по формуле:

,                              (12)

или определять графически по кривой, аналогичной изображенной на рис. 5.

 5.7. Методика измерений

1. Вискозиметр установить на горизонтальном лабораторном столе высотой 0,8 - 1,0 м.

2. На подвески 4 последовательно поместить грузы 1,5; 2,0 и 2,5 г, клавишей «Пуск» 9 включить прибор и убедиться, что трение подшипников Р₀ не превосходит допустимой величины 2,5 г и внутренний цилиндр 3 вращается.

3. Цилиндр 8 тщательно промыть и высушить, после чего в него налить определенное количество испытуемой жидкости. Затем верхнюю часть цилиндра 8 осторожно вставить и закрепить путем поворота вокруг штифтов 10. 

Если вязкость жидкости достаточно высока, то измерения можно произвести при комнатной температуре. Для этого, подвешивают на нити груз общим весом 5-10 г. Менее 5 г грузы брать не рекомендуется, так как тогда поправка на трение подшипников Р₀ будет относительно велика. С другой стороны, не рекомендуется подвешивать на нити грузы общим весом более 200 г.

4. Подвесить первоначальный груз, запустить прибор клавишей «Пуск» и дать шкиву повернуться на 2 оборота. После чего прибор сразу отключить во избежание запутывания нити. Если шкив не вращается, увеличить груз.

5. Зафиксировать по секундомеру время вращения шкива.

6. Далее пусковой механизм запереть и, вращая шкив в обратную сторону, поднять грузы. Произведя 3-4 повторных отсчета, вычислить среднее значение числа оборотов в секунду (n об/сек).

7. Затем последовательно нагрузить подвески еще 2-3 различными грузами все большего веса и для каждого из них определить n об/сек. В конце опыта, для контроля, вновь произвести наблюдения с первоначальным грузом.

Для измерения вязкости в области низких температур вискозиметр можно снабдить термостатом. в термостат опускают кусочки твердой углекислоты и понижают таким образом температуру до необходимого значения 0° или - 10°С и т.п. При этом термостатирующую жидкость все время перемешивают. После этого выдерживают прибор в течение 0,5 часа для выравнивания температуры. 

При измерениях предельного напряжения сдвига какой-либо дисперсной системы, у которой при низкой температуре в процессе охлаждения образовалась определенная структура, необходимо установить тот минимальный груз Р₁ при котором начинается первоначальное смещение вращающейся системы вискозиметра. Для этого на нити прибора подвешивают постепенно все увеличивающиеся грузы до тех пор, пока не произойдет сдвига шкива вискозиметра, затем уточняют результат путем повторных наблюдений. Предельное напряжение сдвига вычисляют непосредственно по формуле (11), (определив предварительно константу k₁, при известном уровне жидкости h).