Вискозиметр что это такое простыми словами
Если ответить на вопрос «вискозиметр что это такое простыми словами», то это прибор, который показывает, насколько жидкость «густая». Мёд течёт медленнее воды, моторное масло — медленнее бензина, а загущенная краска — медленнее разбавленной. Вязкость выражает это сопротивление числом. Вискозиметр это и есть измеритель такого числа: он создаёт в пробе контролируемое течение и фиксирует, какое усилие или какое время для него потребовалось.
Вязкость измеряют в производстве и в лаборатории по самым разным причинам. Для масел и топлив она входит в паспорт качества, для красок и клеёв определяет, как материал ляжет на поверхность, для косметических эмульсий и кремов — как он будет ощущаться и дозироваться, для пищевых продуктов — текстуру, для полимеров и битумов — режим переработки. Отклонение вязкости от нормы часто первым выдаёт ошибку в рецептуре, старение сырья или нарушение технологии.
Единицы вязкости бывают двух видов. Динамическая вязкость показывает внутреннее трение и измеряется в мПа·с; 1 сантипуаз (сП) равен 1 мПа·с, а вода при комнатной температуре имеет вязкость около 1 мПа·с. Кинематическая вязкость равна динамической, делённой на плотность, и измеряется в мм²/с; 1 сантистокс (сСт) равен 1 мм²/с. Подробно о единицах и пересчёте рассказано в статье «Единицы вязкости: мПа·с, сантипуаз, пуаз, стокс, °ВУ и перевод», а о методах измерения — в статье «Измерение вязкости: методы, динамическая и кинематическая вязкость».
Вязкость — не постоянная величина. Она сильно зависит от температуры, а у многих материалов и от скорости течения. Поэтому число вязкости без температуры и условий измерения почти ничего не говорит.
Виды вискозиметров: сравнение по принципу действия
Виды вискозиметров различаются тем, как создаётся течение и что именно измеряется. Схема ниже показывает три основных принципа.
Рис. 1. Три принципа измерения: что создаёт течение и какая величина фиксируется
| Тип | Что измеряют | Для каких проб | Где смотреть у КАДАММ |
|---|---|---|---|
| Ротационный | Динамическая вязкость, мПа·с | Краски, клеи, пасты, смолы, расплавы, неньютоновские жидкости | Ротационные вискозиметры, вискозиметры Брукфильда |
| Капиллярный | Кинематическая вязкость, мм²/с | Нефтепродукты, масла, топлива, растворы полимеров | Аппараты для нефтепродуктов |
| Условной вязкости | Время истечения или °ВУ | Нефтепродукты, битумы, эмульсии, быстрый контроль | Вискозиметры условной вязкости |
| Воронки (кружки) | Время вытекания, с | Краски и лаки в цехе | Описаны в статье о красках и ЛКМ |
Раздел «Вискозиметры лабораторные» собирает все эти приборы в одном месте. Ниже — о каждом типе подробнее.
Ротационные вискозиметры
Ротационный вискозиметр (по запросам — «ротационные вискозиметры это» и «ротационный вискозиметр») вращает шпиндель или цилиндр в пробе с заданной скоростью и измеряет момент сопротивления вращению. Чем гуще жидкость, тем больший момент нужен для того же числа оборотов. Из момента, формы шпинделя и скорости прибор вычисляет вязкость в мПа·с. Подробно устройство и работа описаны в статье «Как работает ротационный вискозиметр: шпиндель, скорость, крутящий момент».
Шпиндельные приборы типа Брукфильда
Самый распространённый вариант — шпиндельный прибор. Набор шпинделей разной формы и несколько скоростей позволяют покрыть широкий диапазон вязкости на одном приборе: малый шпиндель и малая скорость — для густых проб, крупный шпиндель и высокая скорость — для жидких. В каталоге КАДАММ это серии ВИС-Ц и ВИС-ЦС (цифровые с ЖК-дисплеем и с сенсорной панелью, 8 и 4 модели, верхняя граница диапазона до 6 млн мПа·с, 4–11 ступеней скорости), ВИС-М (стрелочный, 10–100 000 мПа·с), ВИС-Н (плавная регулировка скорости 0,1–200 об/мин, до 80 млн мПа·с) и ВИС-П (программируемый, классы пружины LV, RV и HB). Как выбрать между ними, описано в статье «Как выбрать ротационный вискозиметр».
Высокотемпературные и коаксиальные приборы
Для проб, которые нельзя измерять холодными, применяют приборы с нагревом: ВИС-ПТ и ВИС-ТУ греют пробу до 300 °C и подходят для битумов, клеёв-расплавов и полимеров. Серия ВИС-КЦ использует коаксиальные цилиндры вместо шпинделя: геометрия измерительного узла задаёт скорость сдвига точнее, поэтому такой прибор удобен для сопоставимых измерений. Вязкость при нагреве описана в статье «Высокотемпературная вязкость: битумы, клеи-расплавы, полимеры».
Капиллярные вискозиметры
В капиллярном вискозиметре (вискозиметр Оствальда, Уббелоде, стеклянный вискозиметр типа ВПЖ) проба течёт через узкую трубку под действием собственного веса. Время прохождения между двумя метками пропорционально кинематической вязкости, а коэффициент пропорциональности — постоянная капилляра. Метод даёт высокую точность на прозрачных ньютоновских жидкостях, поэтому на нём построены методики для нефтепродуктов. Капиллярный вискозиметр ставят в термостатируемую баню: температура должна поддерживаться стабильно.
Аппараты для нефтепродуктов
Серия ВИС-КВ — аппараты для кинематической вязкости нефтепродуктов в бане, с погрешностью ±0,05 %; бани работают до 100 °C, у автоматического исполнения — до 150 °C. Для растворов полимеров есть аппарат ВИС-КВП до 135 °C, для низкотемпературных испытаний — ВИС-КВН до −65 °C. Серия ВИС-КВИ дополнительно считает индекс вязкости масла. Подробнее об испытании — в статье «Кинематическая вязкость нефтепродуктов по ГОСТ 33 и ASTM D445».
Кроме того, для холодных испытаний моторных масел есть серия ВИС-НТ, которая определяет кажущуюся вязкость при низкой температуре. Термостатирование бани при низких температурах часто решают отдельным оборудованием — об этом смотрите жидкостные термостаты и криостаты.
Вискозиметры условной вязкости
Если капиллярный и ротационный приборы дают физическую вязкость, то вискозиметр условной вязкости даёт условное число: время, за которое определённый объём пробы вытекает через калиброванное отверстие. У вискозиметра Энглера результат выражают в градусах условной вязкости (°ВУ): это отношение времени истечения пробы ко времени истечения воды. У вискозиметра Сейболта — время в секундах. Метод простой и быстрый, но значения сопоставимы только внутри одной методики.
В каталоге это серии ВИС-УВЭ (вискозиметр Энглера, баня до 100 °C, мерная колба на 200 мл) и ВИС-УВС (вискозиметр Сейболта на 2 пробы, баня до 240 °C). Подробный разбор — в статье «Условная вязкость: вискозиметр Энглера, градусы ВУ и пересчёт в кинематическую».
Воронки для красок и лаков
Родственный метод — воронки и кружки: пробу заливают, открывают выпускное отверстие и считают секунды. Для лакокрасочных материалов часто применяют воронку ВЗ-246 по ГОСТ 9070, а для готовых красок — также вискозиметр Стормера, дающий результат в единицах Кребса (KU): у нас это серия ВИС-КУ. Сравнение воронки, Стормера и ротационного прибора — в статье «Вязкость красок и ЛКМ».
Другие типы вискозиметров
Помимо трёх основных групп, встречаются ещё несколько специальных принципов. Шариковый вискозиметр (по Гепплеру) измеряет время падения шарика в трубке с пробой. Вибрационный вискозиметр оценивает, как жидкость гасит колебания чувствительного элемента, и подходит для непрерывного контроля в потоке. Вискозиметр Муни применяют для каучуков и резиновых смесей. Эти приборы используют под специальные задачи, а в общей лаборатории чаще всего хватает ротационного, капиллярного и условного методов.
Чем вискозиметр отличается от реометра
Вискозиметр обычно измеряет вязкость при одном режиме течения или при нескольких заданных скоростях. Реометр шире: он исследует, как материал деформируется и течёт при меняющихся нагрузках, и может измерять не только вязкость, но и упругость, предел текучести, зависимость от времени. Для ньютоновских жидкостей, у которых вязкость не зависит от скорости, вискозиметра достаточно. Для паст, гелей, эмульсий и суспензий, где вязкость зависит от скорости сдвига, один показатель недостаточен, и тогда нужны измерения на нескольких скоростях — часто это умеет и ротационный вискозиметр с набором скоростей.
Как выбрать тип вискозиметра
Подбор начинается с пробы, а не с прибора. Ответьте на несколько вопросов.
- Прозрачная ли жидкость, течёт ли она одинаково при любой скорости? Для масел, топлив и растворителей подходит капиллярный метод.
- Это паста, краска, клей, полимерный раствор? Лучше ротационный прибор — он измеряет при заданной скорости сдвига и показывает зависимость от неё.
- Нужен быстрый контроль партий по методике условной вязкости? Тогда применяют Энглер, Сейболт или воронку.
- Какая температура измерения? Если выше комнатной или ниже, нужны баня, печь или термостат.
- Какой диапазон вязкости? Ротационные приборы перекрывают его набором шпинделей, а капиллярные — набором капилляров.
Типовой комплект для измерения вязкости
Прибор — не вся система. Для воспроизводимого результата проба должна быть при заданной температуре, свободной от пузырей и воды. Типовые смежные позиции приведены в таблице.
| Задача | Тип прибора | Серии КАДАММ | Что ещё |
|---|---|---|---|
| Вязкость красок, клеёв, паст | Ротационный | ВИС-Ц, ВИС-Н, ВИС-П | Жидкостный термостат для термостатирования пробы |
| Битумы и расплавы | Ротационный с нагревом | ВИС-ПТ, ВИС-ТУ | Подготовка пробы |
| Масла и топлива | Капиллярный | ВИС-КВ, ВИС-КВИ | Центрифуга для нефти |
| Масла на холоде | Низкотемпературный | ВИС-НТ | Криостаты |
| Быстрый контроль | Условной вязкости | ВИС-УВЭ, ВИС-УВС | Ванна, секундомер |
Даже правильно выбранный прибор нужно периодически проверять по стандартным образцам вязкости — об этом написано в статье «Поверка и калибровка вискозиметра, стандартные образцы вязкости». Для типовых проб ориентируйтесь на разделы, а не на отдельные приборы; если сомневаетесь, опишите пробу нашим инженерам. Подбор термостата для проб описан в статье «Криостат и термостат: в чём разница».
Вискозиметры КАДАММ — лабораторное оборудование. Диапазоны, комплекты шпинделей и исполнения уточняйте в карточке серии или у менеджера до заказа.