Вискозиметр — это прибор, используемый для измерения вязкости жидкостей и свойств текучести жидкостей. Давайте обсудим различные типы вискозиметров, их внутренние характеристики и факторы, влияющие на выполнение точных и воспроизводимых измерений вязкости.
В исследованиях в области трибологии и смазок вязкость часто называют наиболее важным свойством базового масла. Почему вязкость так важна для машинной смазки? С одной стороны, слишком низкая вязкость может вызвать межфазный контакт между внутренними компонентами во время движения, что приведет к износу.
С другой стороны, слишком высокая вязкость заставляет машину работать усерднее, чтобы преодолеть внутреннее сопротивление смазочного материала течению. Поэтому важно понимать не только вязкость базового масла, но и то, как она может меняться из-за колебаний условий эксплуатации или окружающей среды.
Вискозиметр и реометр
Вязкость — это мера сопротивления жидкости течению (напряжение сдвига) при данной температуре. Не все жидкости сохраняют постоянную вязкость при изменении условий течения. Жидкости, вязкость которых меняется в зависимости от условий течения, называются неньютоновскими жидкостями. Вязкость этих типов жидкостей измеряется реометром. Вискозиметр измеряет вязкость ньютоновской жидкости.
Кинематика и абсолютная вязкость
Среди различных методов вискозиметрии есть два разных способа выражения вязкости: кинематическая вязкость и абсолютная вязкость. Основное различие между ними заключается в том, что кинематическая вязкость измеряется путем наблюдения за сопротивлением жидкости течению под действием силы тяжести, а абсолютная вязкость измеряется путем наблюдения за сопротивлением жидкости течению под действием внешних и контролируемых сил. либо капиллярами, либо движением жидкости по организму.
Кинематическая вязкость измеряется в сантистоксах (сСт), а абсолютная вязкость измеряется в сантипуазах (сП). В целях сравнения абсолютную вязкость обычно преобразуют в кинематическую вязкость путем деления ее на удельный вес (SG) жидкости.
cSt=cP/SG или обратное уравнение: cP=cSt x SG
Метод испытания вязкости
Было разработано несколько методов измерения вязкости, каждый из которых имеет свои преимущества. Ниже приводится список наиболее часто используемых методов тестирования вязкости базового масла.
Испытание капиллярным (стеклянным) вискозиметром
Основным устройством, используемым при испытаниях капиллярного вискозиметра, является стеклянная трубка U-образной формы, что дало ей обычное название U-образная трубка. Процедура U-образной трубки требует погружения трубки в ванну с контролируемой температурой (обычно 40 или 100 градусов по Цельсию) и снятия точных показаний (в секундах) времени, необходимого для прохождения фиксированного количества жидкости внутри трубки. Трубку извлекают из трубки под действием всасывания или силы тяжести. Один маркер к другому маркеру.
Это измеренное время затем умножается на константу (относящуюся к конкретной трубке) для расчета абсолютной вязкости (всасывание) или кинематической вязкости (сила тяжести).
Тест на ротационном вискозиметре
Ключевой особенностью ротационного вискозиметра является наличие вращающегося устройства, называемого шпинделем, которое погружается в испытательную жидкость. Крутящий момент на вращающемся валу затем используется для измерения сопротивления жидкости потоку.
Ротационный вискозиметр рассчитывает абсолютную вязкость жидкости, поскольку это измерение не связано с силой тяжести, а является функцией напряжения сдвига внутри жидкости. Распространенный вариант этого вискозиметра называется вискозиметром Брукфилда.
Вискозиметр Штабингера представляет собой модифицированную версию ротационного вискозиметра. В нем используется улучшенный независимый плавающий шпиндель, который управляется электромагнитной силой, создавая вращение жидкости. Это выгодно, поскольку исключает сложную задачу учета трения подшипников дополнительного двигателя с главным валом.
Испытание вискозиметра с падающим шариком и падающим поршнем
Менее распространенные альтернативы для измерения вязкости включают вискозиметры с падающим шариком и падающим поршнем. В этих испытаниях шарик или поршень опускают в жидкость и измеряют время между одной отмеченной точкой и второй отмеченной точкой. Чтобы рассчитать вязкость по закону Стокса, необходимо знать известную конечную скорость, размеры и плотность шарика или поршня.
Другие методы тестирования
В определенных ситуациях, которые обычно не встречаются при тестировании вязкости масла, можно использовать пузырьковый метод. Этот тест обычно включает в себя измерение времени, которое требуется пузырю, чтобы подняться на определенное расстояние. Это время измерения может быть пропорционально связано с вязкостью жидкости. Другой вариант включает измерение устойчивости зонда к вибрации.
Типы вискозиметров
Хотя существует несколько методов определения вязкости, большинство вискозиметров продаются в коммерческих целях и наилучшим образом подходят для их предполагаемого использования. Ниже приведен список этих категорий вискозиметров.
Портативный вискозиметр
Как следует из названия, портативные вискозиметры подходят для использования везде, где лабораторная среда непрактична. Во многих полевых условиях вискозиметры должны обеспечивать быстрые и приблизительные показания вязкости, часто для того, чтобы гарантировать дальнейший анализ.
Малый полевой вискозиметр
Для более точных измерений вязкости для лабораторных условий подходят небольшие полевые вискозиметры, но они доступны по цене. К таким вискозиметрам относятся разновидность вискозиметров с U-образной трубкой или вискозиметр Брукфилда.
Вискозиметр с полным спектром услуг
Для достижения максимальной точности измерения вязкости необходимо использовать вискозиметр с полным спектром услуг. Эти устройства часто способны автоматически измерять кинематическую и абсолютную вязкость в широком диапазоне температур и обеспечивать расчеты плотности и удельного веса. Распространенной проблемой, с которой сталкиваются лаборатории по анализу нефти, которым требуется многократное тестирование образцов, является возможность проводить эти тесты с как можно меньшим количеством образцов.
Некоторые из более сложных вискозиметров с полным спектром услуг могут выполнять точные измерения с объемом пробы менее 0,1 мл с повторяемостью в пределах 0,1%. В крупных лабораториях, проверяющих сотни образцов в день, это необходимое преимущество вискозиметра с полным спектром услуг.
Онлайн/Онлайн Вискозиметр
Хотя большинство испытаний на вязкость нефти проводятся после получения содержащейся пробы, некоторые вискозиметры могут обеспечивать непрерывные измерения вязкости в активных поточных линиях. Обычно это делается с помощью датчиков или преобразователей либо непосредственно на линии (часть трубопровода), либо на линии (обходной поток или датчик). Измеряется вязкость, а затем отправляется в виде электронного сигнала на компьютер или другое устройство мониторинга.
Факторы, влияющие на измерение вязкости
Хотя вязкость жидкости кажется легко анализируемой, точные измерения таких жидкостей могут оказаться сложной задачей. Чтобы измерение было достоверным, необходимо знать и поддерживать постоянными несколько факторов, в том числе:
температура
С точки зрения важности, соотношение температуры и вязкости аналогично соотношению вязкости и базового масла. Единственная обязанность термостатирующей ванны — обеспечить поддержание точной температуры в ходе всего эксперимента по измерению вязкости (обычно 40 или 100 градусов Цельсия) с точностью до 0,02 градуса Цельсия. Управление ванной в такой степени может оказаться затруднительным, поэтому более сложные вискозиметры включают в себя систему ванны с контролем температуры как часть устройства.
стекло вискозиметра
Точность капиллярного вискозиметра зависит не только от температуры, но и от точного внутреннего диаметра трубки. По этой причине эти стеклянные трубки изготавливаются из полностью отожженного боросиликатного стекла с низким расширением и часто имеют константу вискозиметра, связанную с трубкой, в качестве поправочного коэффициента. Обычной практикой является ежегодная повторная калибровка констант вискозиметра в зависимости от температуры, при которой он будет использоваться, чтобы обеспечить как можно меньшую погрешность.
Размер вискозиметра
Размеры вискозиметров различаются из-за широкого диапазона вязкостей, которые можно протестировать. Во избежание человеческой ошибки рекомендуется, чтобы вискозиметру требовалось не менее 200 секунд (при ручных измерениях с помощью секундомера) для прохождения испытательной жидкости от одной отмеченной точки к другой.
Промывайте между измерениями.
Другим важным фактором тестирования вискозиметра является качество промывки трубки между измерениями. Обычно на этапах очистки, ополаскивания и сушки используются различные безостаточные растворители. В лабораториях, которые непрерывно отбирают образцы на вискозиметрах большого объема, эффективность очистки обеспечивает встроенная система очистки. Тем не менее, визуальный осмотр необходим, чтобы определить, нужен ли второй цикл промывки, особенно отработанным маслом.
Другие важные факторы, которые могут повлиять на измерения вязкости, включают метод и точность устройства измерения времени, правильное обращение с пробами, а также тщательный и постоянный контроль качества.
С годами измерение вязкости развивалось с использованием различных стилей и методов. К чести ASTM и Международной организации по стандартизации (ISO), были также разработаны методы, процедуры тестирования вискозиметров, калибровка, очистка и другие факторы, обеспечивающие точность и согласованность результатов различных вискозиметров.
В конце концов, вязкость является наиболее важным физическим свойством базового масла, и усилия по измерению вязкости с помощью тщательных методов и строгих стандартов могут привести к более надежной смазке машины и, в конечном итоге, к увеличению срока ее службы.
