Как выбрать лабораторный вискозиметр: начните с материала
Вискозиметр лабораторный подбирают не по названию, а по свойствам материала и требованиям методики. Прежде чем ротационный вискозиметр купить, запишите ответы на пять вопросов.
- Какой порядок вязкости: близкий к воде, как у масла, как у мёда или как у пасты? Достаточно диапазона «от и до» в мПа·с.
- Ньютоновский материал или нет? У красок, суспензий, полимерных растворов, кремов вязкость меняется со скоростью, и прибору нужен ряд скоростей.
- При какой температуре измеряют? Комнатная, строго заданная (например, 25 °C) или высокая: у битумов, расплавов клеев и полимеров.
- Есть ли методика или спецификация заказчика? Она может определять шпиндель, скорость и условия, а значит, и прибор.
- Сколько измерений в день и кто работает на приборе? От этого зависит, нужны ли цифровой дисплей, память результатов, вывод на компьютер.
Если вы ещё не определились, нужен ли именно ротационный прибор, сначала прочитайте статью «Что такое вискозиметр и какие бывают»: ротационные приборы подходят для динамической вязкости, а для кинематической вязкости нефтепродуктов нужны другие аппараты, например из раздела «Аппараты для определения вязкости нефтепродуктов».
Диапазон вязкости: на какой материал рассчитан прибор
Диапазон прибора — это интервал вязкости, который он измеряет с заявленной погрешностью на всех комбинациях шпинделей и скоростей. Широкий диапазон серии (например, от единиц мПа·с до сотен миллионов мПа·с) не означает, что один шпиндель покрывает его целиком: чтобы охватить весь диапазон, меняют шпиндели и скорости.
Практическое правило: вязкость вашего материала должна попадать в среднюю и верхнюю часть шкалы хотя бы на одной связке «шпиндель + скорость». Показания в самом начале шкалы дают большую относительную погрешность, а у предела шкалы возможна перегрузка. Поэтому сравнивайте не крайние значения диапазона серии, а возможность подобрать режим именно под ваш материал. Материал на границе двух серий проще измерять на той, где ваша вязкость лежит ближе к середине.
Ориентиры по нашим сериям: стрелочный КАДАММ ВИС-М работает в диапазоне 10–100 000 мПа·с, цифровые КАДАММ ВИС-Ц — от 1 до 6 млн мПа·с, КАДАММ ВИС-П — от 6 до 320 млн мПа·с. Для материалов с очень малой вязкостью (близкой к воде) подходят коаксиальные системы цилиндров КАДАММ ВИС-КЦ с диапазоном от 1 мПа·с.
Скорости вращения: ступени или плавная регулировка
Скорость вращения шпинделя определяет скорость сдвига, а у неньютоновских материалов от неё зависит вязкость. Поэтому число и диапазон скоростей — важный критерий.
Ступенчатые скорости
У приборов со ступенчатым выбором скоростей фиксированный ряд: например, у стрелочного КАДАММ ВИС-М это 6, 12, 30 и 60 об/мин, у цифровых КАДАММ ВИС-Ц 4, 8, 9 или 11 ступеней в диапазоне 0,1–120 об/мин. Для рутинного контроля партии такого набора достаточно: оператор выбирает ту же скорость, что и в методике, и сравнивает результаты.
Плавная регулировка
Приборы с плавной регулировкой, КАДАММ ВИС-Н и КАДАММ ВИС-П (0,1–200 об/мин), позволяют подобрать режим под показание и пройти ряд скоростей без ступеней. Это нужно при разработке рецептур, при исследовании тиксотропии и в испытаниях, где методика требует определённую скорость, которой нет в ступенчатом ряду. Подробнее о том, как скорость связана со шпинделем и моментом, — в статье «Как работает ротационный вискозиметр».
Рис. 1. Порядок выбора: от свойств материала к параметрам прибора
LV, RV или HB: какой класс пружины нужен
Классы LV, RV и HB задают жёсткость пружины и предельный момент. Выбор прост: LV подходит для жидкостей от близких к воде до умеренно вязких, RV — для средних и густых, HB — для плотных паст, мастик и густых смол. Если материал занимает границу двух классов, смотрите на запас: прибор с более мягкой пружиной точнее на малых вязкостях, но быстрее упирается в предел, а с более жёсткой работает до больших вязкостей, но хуже различает малые.
Подробно классы, шпиндели и методики разобраны в статье «Вязкость по Брукфильду: классы LV, RV, HB, шпиндели, ГОСТ 25271 и ASTM D2196». В серии КАДАММ ВИС-П модели выпускаются во всех трёх классах, поэтому серию можно подобрать под материал, а не материал под прибор.
Если в лаборатории измеряют материалы разных классов вязкости, разумнее брать прибор с плавной регулировкой скорости и несколькими комплектами шпинделей, чем несколько приборов с узким диапазоном.
Шпиндели и объём пробы
Комплект шпинделей определяет, какие материалы вы реально сможете измерять. У разных серий разные наборы: у КАДАММ ВИС-П это L1–L4 и R2–R7, у КАДАММ ВИС-Ц — L1–L4 и №0–№4, у стрелочного КАДАММ ВИС-М — №1–№4, у приборов с нагревом КАДАММ ВИС-ПТ и КАДАММ ВИС-ТУ — 21, 27, 28 и 29. Проверьте, что в комплекте есть шпиндели под ваши вязкости, а недостающие можно докупить.
Учитывайте и объём пробы. Для маленьких образцов подходят шпиндели в узких стаканах и приборы с малым объёмом пробы, а для измерений в производственной таре — шпиндели для широких ёмкостей и штатив с запасом по высоте. Ёмкость, в которой измеряют, влияет на результат, и методика обычно указывает её размеры.
Температура: комнатная, термостатирование или нагрев
Вязкость сильно зависит от температуры, поэтому в большинстве методик её задают и поддерживают. Здесь три варианта.
Комнатная температура
Для материалов, которые измеряют при комнатных условиях, подойдут приборы без нагрева: КАДАММ ВИС-М, КАДАММ ВИС-Ц, КАДАММ ВИС-Н, КАДАММ ВИС-П. Однако даже в этом случае следите за температурой пробы, колебания в несколько градусов заметны на многих материалах.
Термостатирование на заданную температуру
Если методика требует, скажем, 25 или 40 °C, пробу помещают в термостатируемую рубашку или ёмкость и подключают жидкостный термостат. Подбор описан в разделе «Жидкостные термостаты», а чем термостат отличается от криостата, — в статье «Криостат и термостат: в чём разница». Для измерений при температурах ниже комнатной понадобится криостат. Коаксиальные системы КАДАММ ВИС-КЦ в цифровых исполнениях рассчитаны на диапазон температуры 0–100 °C.
Нагрев пробы
Битумы, клеи-расплавы, полимеры и воски измеряют горячими. Для них есть приборы с нагревом КАДАММ ВИС-ПТ и КАДАММ ВИС-ТУ: температура нагрева пробы до 300 °C с точностью поддержания ±0,1 °C. Подробности — в статье «Высокотемпературная вязкость: битумы, клеи-расплавы, полимеры».
Погрешность, повторяемость и вывод данных
Погрешность вискозиметра обычно указывают в процентах от верхнего предела шкалы. Поэтому она растёт в относительном выражении на малых показаниях, и ещё одна причина держать рабочие значения в средней части шкалы. Наши цифровые приборы серий КАДАММ ВИС-Н и КАДАММ ВИС-П имеют погрешность ±1 %, повторяемость ±0,5 %; серия КАДАММ ВИС-Ц выпускается с погрешностью ±1 % или ±5 % по исполнениям, серия с сенсорной панелью КАДАММ ВИС-ЦС — ±1 % или ±2 %; стрелочный КАДАММ ВИС-М — ±5 %. Для рутинного контроля партий достаточно более простого прибора, для испытаний, где результат спорят с заказчиком или поставщиком, берут более точный.
Вывод данных нужен, если результаты надо вести в электронном виде: интерфейс RS232 есть у серий КАДАММ ВИС-Ц и КАДАММ ВИС-Н, а программируемые КАДАММ ВИС-П дополнительно позволяют задавать режимы измерения. Периодическую проверку приборов по стандартным образцам вязкости мы описали в статье «Поверка и калибровка вискозиметра».
Таблица подбора серий ротационных вискозиметров КАДАММ
| Серия | Диапазон вязкости | Скорость, об/мин | Погрешность | Когда выбирать |
|---|---|---|---|---|
| КАДАММ ВИС-М | 10–100 000 мПа·с | 6, 12, 30, 60 | ±5 % | Рутинный контроль, простое управление, стрелочный отсчёт |
| КАДАММ ВИС-Ц | 1–6 млн мПа·с | 0,1–120, 4–11 ступеней | ±1 %, ±2 %, ±5 % | Цифровой дисплей, вывод RS232, широкий выбор исполнений |
| КАДАММ ВИС-Н | 12 мПа·с – 80 млн мПа·с | 0,1–200, плавно | ±1 % | Ряд скоростей без ступеней для неньютоновских материалов |
| КАДАММ ВИС-П | 6 мПа·с – 320 млн мПа·с | 0,1–200, плавно | ±1 % | Классы LV, RV, HB, программируемые режимы, методики Брукфильда |
| КАДАММ ВИС-ПТ | 5 мПа·с – 80 млн мПа·с | 0,1–200 | ±1 % | Нагрев пробы до 300 °C: битумы, клеи-расплавы, полимеры |
| КАДАММ ВИС-ТУ | 50–200 000 мПа·с | 5–100 | ±1 % | Нагрев пробы до 300 °C при умеренных вязкостях |
| КАДАММ ВИС-КЦ | 1 мПа·с – 1 млн мПа·с | 7,5–750 | ±3 %, ±5 % | Малые вязкости, коаксиальные цилиндры, термостатирование |
| КАДАММ ВИС-КУ | 40–141 KU | 200 | ±1 % | Краски и ЛКМ в единицах Кребса |
Все серии собраны в разделе «Ротационные вискозиметры», а приборы типа Брукфильд — в разделе «Вискозиметры Брукфильда (LV, RV, HB)». Если вам нужен ориентир по применению, посмотрите статью «Вязкость красок и ЛКМ: воронка ВЗ-246, Стормер (KU) или ротационный вискозиметр». Если вы хотите сначала купить ротационный вискозиметр взамен существующего, сверьте диапазон, шпиндели и методику по статье «Аналоги вискозиметров Brookfield DV2T и Fungilab».
Ошибки при выборе вискозиметра
Выбор по крайним значениям диапазона
Прибор со «широким» диапазоном не обязан хорошо измерять ваш материал: нужна рабочая связка шпинделя и скорости, где показание попадает в среднюю часть шкалы.
Игнорирование температуры
Прибор без нагрева и термостатирования подходит не для каждой методики. Заложите в бюджет термостат или выбирайте прибор с нагревом заранее.
Единственная скорость для неньютоновского материала
Если материал структурирован, одной скорости мало: вы получите число, но не поймёте, как материал ведёт себя на практике. Берите прибор с рядом скоростей.
Нехватка шпинделей в комплекте
Приобретая прибор, проверяйте, что комплект покрывает не только текущие материалы, но и ближайшие задачи. Докупить шпиндель можно, но на этапе выбора проще заложить запас.
Покупка без согласования методики
Если результаты нужны по определённой методике или для заказчика, заранее уточните требования к шпинделю, скорости и температуре. Мы подберём прибор под методику, но аттестацию и поверку по вашим процедурам обеспечивает ваша лаборатория.
Если выбор по таблице не очевиден, напишите нам название материала, ожидаемую вязкость, температуру и методику, и инженеры КАДАММ предложат серию и комплект. Заявку можно собрать в окне спецификации на странице любого прибора.