01/2008:20210

2.2.10. DOLOČANJE VISKOZNOSTI Z ROTACIJSKIM VISKOZIMETROM

2.2.10. Viscosity – Rotating viscometer method

Metoda temelji na merjenju sile, ki deluje na rotor (navor), ko se rotor v tekočini vrti s stalno kotno hitrostjo (hitrost vrtenja). Rotacijske viskozimetre uporabljamo za merjenje viskoznosti newtonskih (strižno neodvisna viskoznost) ali ne-newtonskih tekočin (strižno odvisna ali navidezna viskoznost). Rotacijske viskozimetre lahko razdelimo v 2 skupini, na absolutne in relativne viskozimetre. V absolutnih viskozimetrih je pretok v merilnem področju natančno definiran. Rezultat meritev je absolutna vrednost viskoznosti, ki jo lahko primerjamo z drugimi absolutnimi vrednostmi. V relativnih viskozimetrih pretok v merilnem področju ni definiran. Rezultat so relativne vrednosti viskoznosti, ki jih ne moremo primerjati z absolutnimi vrednostmi ali drugimi relativnimi vrednostmi, če niso določene z isto metodo merjenja relativne viskoznosti.

Na voljo so različni merilni sistemi za različna območja viskoznosti in z različnimi hitrostmi vrtenja.

naprava

Najpogostejši so sledeči tipi instrumentov.

KONCENTRIČNI CILINDRIČNI VISKOZIMETRI (ABSOLUTNI VISKOZIMETRI)

V koncentričnem cilindričnem viskozimetru (koaksialni viskozimeter z dvojnim cilindrom ali preprosto koaksialni cilindrični viskozimeter) viskoznost določimo tako, da tekočino nanesemo v režo med notranjim in zunanjim valjem. Merjenje viskoznosti izvedemo z vrtenjem notranjega (viskozimeter tipa Searle) ali zunanjega valja (viskozimeter tipa Couette), kot je predstavljeno na slikah 2.2.10.-1 in 2.2.10.-2. Pri laminarnem toku viskoznost (ali navidezno viskoznost) η, izraženo v pascal sekundah, podamo z naslednjo enačbo:

M = navor v newton metrih, ki deluje na površino valja,
ω = kotna hitrost v radianih na sekundo,
h = višina potopitve notranjega valja v tekočem mediju v metrih,
R_i = polmer notranjega valja v metrih,
R_o = polmer zunanjega valja v metrih,
k = konstanta naprave, izražena v radianih na kubični meter.

Za ne-newtonske tekočine moramo določiti strižno napetost (τ) ali strižno hitrost (γ), pri kateri merimo viskoznost. V pogojih majhne širine rež (pogoji, ki jih izpolnjujejo absolutni viskozimetri) obstaja sorazmerje med M in τ in tudi med ω in γ:

 

kjer sta A and B konstanti naprave in ju izračunamo po sledečih enačbah:

–  za koncentrično površino:

–  za stožčaste plošče:

 

M = navor v newton metrih, ki deluje na stožec ali valj,
ω = kotna hitrost v radianih na sekundo,
R_i = polmer notranjega valja v metrih,
R_o = polmer zunanjega valja v metrih,
R = polmer stožca v metrih,
h = višina potopitve notranjega valja v tekočem mediju v metrih,
α = kot med ravnim diskom in stožcem v radianih,
τ = strižna napetost pri pascalih (Pa),
γ = strižna hitrost v recipročnih sekundah (s-1).

VISKOZIMETRI SISTEM STOŽEC-PLOŠČICA (absolutNI visKoZImetRI)

V viskozimetrih sistema stožec-ploščica tekočino vnesemo v režo med ravnim diskom in stožcem, ki tvorita definiran kot. Viskoznost izmerimo z vrtenjem stožca ali ravnega diska, kot je predstavljeno na slikah 2.2.10.-3 in 2.2.10.-4. Pri laminarnem toku se viskoznost (ali navidezna viskoznost) η, izražena v pascal sekundah, poda z naslednjo enačbo:

M = navor v newton metrih, ki deluje na ravni disk ali površino stožca,
ω = kotna hitrost v radianih na sekundo,
α = kot med ravnim diskom in stožcem v radianih,
R = polmer stožca v metrih,
k = konstanta naprave, izražena v radianih na kubični meter.

Konstanti naprave A, B (glej pod koncentrični cilindrični viskozimetri).

VISKOZIMETRI Z VRETENOM (RELATIVNI visKoZImetRI)

Pri viskozimetrih z vretenom določamo viskoznost z vrtenjem vretena (na primer v obliki valja ali diska, kot je predstavljeno na slikah 2.2.10.-5 in 2.2.10.-6), potopljenega v tekočino. Relativne vrednosti viskoznosti (ali navidezne viskoznosti) lahko neposredno izračunamo s pretvorbenimi faktorji iz odčitkov merilne skale pri določeni hitrosti vrtenja.

Na splošno lahko konstanto k aparata določimo pri različnih hitrostih vrtenja z uporabo potrjene tekočine za umerjanje viskozimetra. Viskoznost η nato ustreza enačbi:

METODA

Izmerimo viskoznost (ali navidezno viskoznost), skladno z navodili za delovanje rotacijskega viskozimetra. Temperatura za merjenje viskoznosti je navedena v monografiji. Za ne-newtonske sisteme monografija navaja tip viskozimetra, ki se uporablja; če pa uporabljamo absolutne viskozimetre, je navedena kotna ali strižna hitrost, s katero izvajamo meritev. Če ni mogoče natančno določiti navedene strižne hitrosti, uporabite nekoliko višjo in nekoliko nižjo strižno hitrost in interpolirajte.

Pri relativnih viskozimetrih strižna hitrost ni enaka v celotnem vzorcu, zato je ni mogoče določiti. V teh pogojih je viskoznost ne-newtonskih tekočin, določena po prejšnji enačbi, relativna. Odvisna je od vrste vretena in kotne hitrosti, pa tudi od dimenzij vsebnika za vzorce (Ø = najmanj 80 mm) in globine potopitve vretena. Dobljene vrednosti so primerljive le, če se metoda izvaja v eksperimentalnih pogojih, ki so popolnoma enaki.