Вязкость измеряется в: Измерение вязкости и плотности ЛКМ

Что это — вязкость? Единицы измерения вязкости

Вязкость характеризует способность газов или жидкостей создавать сопротивление между движущимися по отношению друг к другу слоями текучих (не твердых) тел. То есть эта величина соответствует силе внутреннего трения (английский термин: viscosity), возникающей при движении газа или жидкости. Для разных тел она будет различной, так как зависит от их природы. Например, вода имеет низкую вязкость по сравнению с медом, вязкость которого намного выше. Внутреннее трение или текучесть твердых (сыпучих) веществ характеризуется реологическими характеристиками.

Слово вязкость происходит от латинского слова Viscum, что в переводе означает омела. Это связано с птичьим клеем, который делали из ягод омелы и использовали для ловли птиц. Клеящим веществом намазывали ветки деревьев, а птицы, садясь на них, становились легкой добычей для человека.

Что же такое вязкость? Единицы измерения данной характеристики будут приведены, как это принято, в системе СИ, а также в других внесистемных единицах.

Исак Ньютон в 1687 году установил основной закон течения жидких и газообразных тел: F = ƞ • {(v2 – v1) / (z2 – z1)} • S. В данном случае F — это сила (тангенциальная), которая вызывает сдвиг слоев подвижного тела. Отношение (v2 – v1) / (z2 – z1) показывает быстроту изменения скорости течения жидкости или газа при переходе от одного подвижного слоя к другому. Иначе называется градиентом скорости течения или скоростью сдвига. Величина S — это площадь (в поперечном сечении ) потока подвижного тела. Коэффициент пропорциональности ƞ и есть коэффициент вязкости динамической данного тела. Величина, ей обратная j = 1 / ƞ, является текучестью. Силу, действующую на единицу площади (в поперечном сечении) потока, можно рассчитать по формуле: µ = F / S. Это и есть абсолютная или динамическая вязкость. Единицы измерения ее в системе СИ выражаются как паскаль на секунду.

Вязкость является важнейшей физико-химической характеристикой многих веществ. Значение ее учитывают при проектировании и эксплуатации трубопроводов и аппаратов, в которых происходит движение (например, если они служат для перекачивания) жидкой или газообразной среды. Это могут быть нефть, газ или продукты их переработки, расплавленные шлаки либо стекло и прочее. Вязкость во многих случаях является качественной характеристикой полупродуктов и готовых продуктов различных производств, так как она напрямую зависит от структуры вещества и показывает физико-химическое состояния материала и изменения, происходящие в технологии. Часто для оценки величины сопротивления деформации или истечения используют не динамическую, а кинематическую вязкость, единицы измерения которой в системе СИ выражаются в квадратных метрах за секунду. Кинематическая вязкость (обозначается ν) есть отношение вязкости динамической (µ) к плотности среды (ρ): v = µ / ρ.

Кинематическая вязкость — это физико-химическая характеристика материала, показывающая его способность под действием сил гравитации сопротивляться течению.

В системе СИ единицы измерения кинематической вязкости записывают как м2/с.

В системе СГС вязкость измеряют в стоксах (Ст) или сантистоксах (сСт).

Между этими единицами измерения существует следующая связь: 1 Ст = 10-4 м2/с, тогда 1 сСт = 10-2 Ст = 10-6 м2/с = 1 мм2/с. Часто для кинематической вязкости пользуются другой внесистемной единицей измерения — это градусы Энглера, перевод которых в Стоксы можно осуществлять по эмпирической формуле: v = 0,073oE – 0,063 / oE или по таблице.

Для пересчета системных единиц измерения динамической вязкости во внесистемные можно использовать равенство: 1 Па • с = 10 пуаз. Краткое обозначение записывается: П.

Обычно единицы измерения вязкости жидкости регламентируются нормативной документацией на готовый (товарный) продукт или технологическим регламентом на полупродукт вместе с допустимым диапазоном изменения этой качественной характеристики, а также с погрешностью ее измерения.

Для определения вязкости в лабораторных или производственных условиях пользуются вискозиметрами различной конструкции. Они могут быть ротационные, с шариком, капиллярные, ультразвуковые. Принцип измерения вязкости в стеклянном капиллярном вискозиметре основан на определении времени истечения жидкости через калиброванный капилляр определенного диаметра и длины, при этом должна быть учтена постоянная вискозиметра. Так как вязкость материала зависит от температуры (с повышением ее она будет уменьшаться, что объясняется молекулярно-кинетической теорией как результат ускорения хаотического движения и взаимодействия молекул), поэтому испытуемая проба должна быть выдержана некоторое время при определенной температуре для усреднения последней по всему объему пробы. Существует несколько стандартизованных методов испытания вязкости, но наиболее распространенный — это межгосударственный стандарт ГОСТ 33-2000, на основании которого определяется кинематическая вязкость, единицы измерения в данном случае мм2/с (сСт), а динамическая вязкость пересчитывается, как произведение вязкости кинематической на плотность.

Вязкость жидкости — BESA Предохранительные клапаны

жидкостьТемпература (ºF)Температура (ºC)Кинематическая вязкость
СантиСтокс (сСт)
Кинематическая вязкость
Универсальная секундная стрелка Сейболта (SSU)
Ацетальдегид Ch4CHO 6116. 10.30536
Ацетальдегид Ch4CHO 68200.295
Уксусная кислота — уксус — 10% Ch4COOH 59151.3531.7
Уксусная кислота — 50% 59152.2733
Уксусная кислота — 80% 59152.8535
Уксусная кислота — концентрированная ледяная 59151.3431.7
Ангидрид уксусной кислоты (Ch4COO)2O 59150.88
Ацетон Ch4COCh4 68200.41
Алкоголь — аллил 68201.6031.8
Алкоголь — аллил 10440HP 0.90
Спирт — бутил-н 68203.6438
Спирт — этиловый (зерновой) C2H5OH 68201. 5231.7
Спирт — этиловый (зерновой) C2H5OH 10037.81.231.5
Спирт — метиловый (древесный) Ch4OH 59150.74
Спирт — метиловый (древесный) Ch4OH 3201.04
Спирт — пропил 68202.835
Спирт — пропил 122501.431.7
Сульфат алюминия — 36% раствор 68201.4131.7
аммоний 0-17.80.30
анилин 68204.3740
анилин 50106.446.4
Асфальт RC-0, MC-0, SC-0 7725159-324737-1.5M
Асфальт RC-0, MC-0, SC-0 10037.860-108280-500
Масло в картере автомата0-17. 81295-макс6M-макс.
SAE 10 Вт
Масло в картере автомата0-17.81295-25906M-12M
SAE 10 Вт
Масло в картере автомата0-17.82590-1035012M-48M
SAE 20 Вт
Масло в картере автомата21098.95.7-9.645-58
SAE 20
Масло в картере автомата21098.99.6-12.958-70
SAE 30
Масло в картере автомата21098.912.9-16.870-85
SAE 40
Масло в картере автомата21098.916.8-22.785-110
SAE 50
Автомобильное трансмиссионное масло21098. 94.240
SAE 75 Вт
Автомобильное трансмиссионное масло21098.97.0
49
SAE 80 Вт
Автомобильное трансмиссионное масло21098.911.063
SAE 85 Вт
Автомобильное трансмиссионное масло21098.914-2574-120
SAE 90 Вт
Автомобильное трансмиссионное масло21098.925-43120-200
SAE 140
Автомобильное трансмиссионное масло21098.943 — мин200
SAE150
Пиво68201.832
Бензол (бензол) C6H63201.031
Бензол (бензол) C6H668200.
74
Костяное масло13054.447.5220
Костяное масло21210011.665
Бром68200.34
Бутан-н-50-1.10.52
Бутан-н300.35
масляная кислота н68201.6131.6
масляная кислота н320HP 2.3
Хлорид кальция 5%6518.31156
Хлорид кальция 25%6015.64.039
Карболовая кислота (фенол)6518.311.8365
Карболовая кислота (фенол)19490HP 1.26
Четыреххлористый углерод CCl468200.612
Четыреххлористый углерод CCl4 10037. 80.53
Сероуглерод CS23200.33
Сероуглерод CS268200.298
касторка10037.8259-3251200-1500
касторка13054.498-130450-600
Китайское масло для дерева.6920.6308.51425
Китайское масло для дерева.10037.8125.5580
Хлороформ68200.38
Хлороформ140600.35
Кокосовое масло10037.829.8-31.6140-148
Кокосовое масло13054.414.7-15.776-80
Тресковый жир (рыбий жир)10037.832.1150
Тресковый жир (рыбий жир)13054. 419.495
Кукурузное масло13054.428.7135
Кукурузное масло2121008.654
Раствор кукурузного крахмала7021.132.1150
22 Бауме 10037.827.5130
Раствор кукурузного крахмала7021.1129.8600
24 Бауме 10037.895.2440
Раствор кукурузного крахмала7021.13031400
25 Бауме 10037.8173.2800
Хлопковое масло10037.837.9176
Хлопковое масло13054.420.6100
Сырая нефть 48º API6015.63.839
Сырая нефть 48º API13054. 41.631.8
Сырая нефть 40º API6015.69.755.7
Сырая нефть 40º API13054.43.538
Сырая нефть 35.6º API6015.617.888.4
Сырая нефть 35.6º API13054.44.942.3
Сырая нефть 32.6º API6015.623.2110
Сырая нефть 32.6º API13054.47.146.8
декан-н017.82.3634
декан-н10037.8100131
Диэтилгликоль7021.132149.7
Диэтиловый эфир68200.32
Дизельное топливо 2010037.84471432.6-45.5
Дизельное топливо 2013054. 41.-3.97-39
Дизельное топливо 3010037.86-11.7545.5-65
Дизельное топливо 3013054.43.97-6.7839-48
Дизельное топливо 4010037.829.8 макс140 макс
Дизельное топливо 4013054.413.1 макс70 макс
Дизельное топливо 601225086.6 макс400 макс
Дизельное топливо 6016071.135.2 макс165 макс
Этилацетат Ch4COOC2h459150.4
Этилацетат Ch4COOC2h468200.49
Этилбромид C2H5Br68200.27
Этиленбромид68200.787
Этилен хлорид68200.668
Этиленгликоль7021. 117.888.4
Муравьиная кислота 10%68201.0431
Муравьиная кислота 50%68201.231.5
Муравьиная кислота 80%68201.431.7
Муравьиная кислота концентрированная68201.4831.7
Муравьиная кислота концентрированная77251.57cp
Фреон -117021.10.21
Фреон -127021.10.27
Фреон -217021.11.45
фуральдегида68201.4531.7
фуральдегида77251.49cp
Мазут 17021.12.39-4.2834-40
Мазут 110037.8-2.6932-35
Мазут 27021. 13.0-7.436-50
Мазут 210037.82.11-4.2833-40
Мазут 37021.12.69-5.8435-45
Мазут 310037.82.06-3.9732.8-39
Мазут 5А7021.17.4-26.450-125
Мазут 5А10037.84.91-13.742-72
Мазут 5Б7021.126.4-125-
Мазут 5Б10037.813.6-67.172-310
Мазут 61225097.4-660450-3M
Мазут 616071.137.5-172175-780
Газойли7021.113.973
Газойли10037.87.450
Бензин а6015.60.88
Бензин а10037. 80.71
Бензин б6015.60.64
Бензин б10037.8
Бензин с6015.60.46
Бензин с10037.80.40
Глицерин 100%68.620.36482950
Глицерин 100%10037.8176813
Глицерин 50% вода68205.2943
Глицерин 50% вода14060HP 1.85
Глюкоза10037.87.7M-22M35M-100M
Глюкоза15065.6880-24204M-11M
Гептаны-n0-17.80.928
Гептаны-n10037.80.511
Гексан-н0-17.80.683
Гексан-н10037. 80.401
меда10037.873.6349
Чернила, принтеры10037.8550-22002500-10M
Чернила, принтеры13054.4238-6601100-3M
Изоляционное масло7021.124.1 макс115 макс
Изоляционное масло10037.811.75 макс65 макс
Керосин68202.7135
Реактивное топливо-30.-34.47.952
Сало10037.862.1287
Сало13054.434.3160
Сало масло10037.841-47.5190-220
Сало масло13054.423.4-27.1112-128
Льняное масло10037. 830.5143
Льняное масло13054.418.9493
ртутный7021.10.118
ртутный10037.80.11
Метилацетат68200.44
Метилацетат10440HP 0.32
Метил йодид68200.213
Метил йодид10440HP 0.42
Менхаден масло10037.829.8140
Менхаден масло13054.418.290
Молоко68201.1331.5
Патока А, первая10037.8281-50701300-23500
Патока А, первая13054.4151-1760700-8160
Б, второй10037. 81410-13.2M6535-61180
Б, второй13054.4660-3.3M3058-15294
C, черная полоса10037.82630-55M12190-255M
C, черная полоса13054.41320-16.5M6120-76.5M
нафталин176800.9
нафталин212100HP 0.78
Масло для стула Neatstool10037.849.7230
Масло для стула Neatstool13054.427.5130
нитробензол68201.6731.8
нонан-н0-17.8172832
нонан-н10037.80.807
Октан-н0-17.8126631.7
Октан-н10037.80. 645
Оливковое масло10037.843.2200
Оливковое масло13054.424.1
Пальмовое масло10037.847.8
Пальмовое масло13054.426.4
Арахисовое масло10037.842200
Арахисовое масло13054.423.4
пентан-н017.80.508
пентан-н8026.70.342
Вазелин13054.420.5100
Вазелин16071.11577
Петролейный эфир6015.631 (оценка)1.1
Пропионовая кислота320HP 1.5231.5
Пропионовая кислота68201. 13
Пропиленгликоль7021.152241
Закалочное масло100-12020.5-25
Рапсовое масло10037.854.1250
Рапсовое масло13054.431145
Канифольное масло10037.8324.71500
Канифольное масло13054.4129.9600
Канифоль (дерево)10037.8216-11M1M-50M
Канифоль (дерево)20093.3108-4400500-20M
Кунжутное масло10037.839.6184
Кунжутное масло13054.423110
Хлорид натрия 5%6820109731.1
Хлорид натрия 25%6015.62. 434
Гидроксид натрия (едкий натр) 20%6518.34.039.4
Гидроксид натрия (едкий натр) 30%6518.310.058.1
Гидроксид натрия (едкий натр) 40%6518.3
Соевое масло10037.835.4165
Соевое масло1305.419.6496
Сперма масло10037.521-23110
Сперма масло13054.415.278
Серная кислота 100%682014.5676
Серная кислота 100%14060HP 7.2
Серная кислота 95%682014.575
Серная кислота 60%68204.441
Серная кислота 20%3M-8M
Серная кислота 20%650-1400
Смола, коксовая печь7021. 1600-176015M-300M
Смола, коксовая печь10037.8141-3082M-20M
Деготь, газовый дом7021.13300-66M2500
Деготь, газовый дом10037.8440-4400500
Деготь, сосна10037.8559200-300
Деготь, сосна13255.6108.255-60
Толуол68200.68185.7
Толуол14060HP 0.38
Триэтиленгликоль7021.140400-440
Триэтиленгликоль185-205
скипидар10037.886.5-95.21425
скипидар13054.439.9-44.3650
Лак, лонжерон6820313
Лак, лонжерон10037. 8143
Вода дистиллированная68201003831
Вода пресная6015.61.1331.5
Вода пресная13054.40.55
Вода, море1.1531.5
Китовое масло10037.835-39.6163-184
Китовое масло13054.419.9-23.497-112
Ксилол-о68200.93
Ксилол-о10440HP 0.623

6 способов измерения вязкости жидкости

Вязкость является одним из наиболее важных физических свойств промышленных жидкостей, таких как покрытия, краски и клеи.

Реклама

По сути, вязкость указывает на устойчивость жидкости к деформации под действием напряжения сдвига или растяжения. Другими словами, это свойство описывает трение между молекулами жидкости, вызывающее противоположное относительное движение между слоями жидкости, движущимися с разными скоростями. Вязкость может быть подсказкой о том, как жидкость будет вести себя под действием приложенной силы или собственного веса.

Чем более вязкая жидкость, тем «гуще» она кажется. Например, масло или смазка имеют более высокую вязкость, чем вода, и поэтому кажутся более густыми.

Реклама

Производители масел, покрытий, красок и клеев часто сталкиваются с задачей определения оптимальной вязкости своих продуктов для конкретных применений. (Для получения дополнительной информации по этой теме см.: Требования к обслуживанию и факторы окружающей среды для покрытий .)

Жидкости с низкой вязкостью имеют тенденцию к более легкому течению. Поэтому наличие покрытия со слишком низкой вязкостью может привести к растеканию и провисанию. С другой стороны, покрытие со слишком высокой вязкостью может быть «жестким» и трудно наносимым.

В этой статье мы рассмотрим разницу между динамической и кинематической вязкостью, а также различные методы их измерения.

Динамическая вязкость

Динамическая вязкость, также известная как абсолютная вязкость, представляет собой сопротивление жидкости сдвиговому течению из-за приложенной внешней силы. Он описывает величину внутреннего сопротивления, возникающего при движении одного слоя жидкости над другим слоем в горизонтальной плоскости.

Реклама

Динамическая вязкость особенно полезна при описании неньютоновских жидкостей.

Математически динамическая вязкость может быть выражена как:

μ = τdy / dc = τ/γ

Где:

  • τ = напряжение сдвига в жидкости (Н/м 2 909044).
  • μ = динамическая вязкость жидкости (Н с/м 2 ).
  • dc = единица скорости (м/с).
  • dy = единица расстояния между слоями (м).
  • γ = dc / dy = скорость сдвига (с -1 ).

Единицей динамической вязкости в системе СИ является Н·с/м 2 или Паскаль-секунда (Па с). Другой единицей измерения динамической вязкости является пуаз (p), где один пуаз равен одной десятой Н·с/м 2 или 1/10 Па·с.

Единица равновесия иногда может быть слишком большой для практических целей. По этой причине вместо нее часто используется единица сантипуаз (сП). В единицах сантипуаз один сП равен 0,01P, 0,001 Н·с/м 2 или 0,001 Па·с.

Кинематическая вязкость

Кинематическая вязкость — это просто отношение динамической вязкости к плотности жидкости. Он отражает сопротивление жидкости сдвиговому течению под действием силы тяжести, т. е. сдвиговому течению под действием собственного веса жидкости.

Эта вязкость особенно полезна при описании ньютоновских жидкостей. Математически кинематическая вязкость может быть выражена как:

ν = μ / ρ

Где:

  • ν = кинематическая вязкость (м 2 /с).
  • μ = абсолютная или динамическая вязкость (Н с/м 2 ).
  • ρ = плотность (кг/м 3 ).

Единицей динамической вязкости в системе СИ является м 2 /с. Другой единицей измерения этого свойства является Стокс (St), где один St равен 10 9 .0044 -4 м 2 /с равно 1 см 2 /с.

Если значение вязкости в стоках слишком велико, вместо него часто используется меньшая единица сантистокс (сСт). В сантистоксе один сСт равен 10 -6 м 2 /с = 1 мм 2 /с.

Как измеряется вязкость?

Существует несколько различных методов измерения как динамической, так и кинематической вязкости. Вот некоторые из наиболее распространенных методов:

1. Вискозиметры

Вискозиметры используются для определения кинематической вязкости жидкости и обычно изготавливаются из анодированного алюминия с отверстием из нержавеющей стали. (Для получения дополнительной информации по этой теме см. : Понимание коррозии алюминия .)

Этот относительно простой тест включает помещение жидкости в контейнер с небольшим отверстием на дне. Жидкости позволяют протекать через отверстие в точном количестве. Время, необходимое для прохождения жидкости через отверстие, измеряется и коррелируется с вязкостью с помощью диаграмм, поставляемых для данного стакана.

Вискозиметры обычно используются для измерения консистенции красок, лаков и подобных продуктов. Затем таблица используется для преобразования времени истечения (в секундах) в вязкость в сантистоксах (сСт).

Вискозиметры Ford и Zahn являются одними из наиболее часто используемых разновидностей вискозиметров. Дизайн каждой чашки уникален; таким образом, необходимо соблюдать осторожность при сравнении значений вязкости между различными типами чашек. Значения, предоставляемые вискозиметром, являются абсолютными значениями и не включают допустимые допуски, поскольку они значительно различаются между каждым из стандартов.

2. Вибрационные вискозиметры

Вибрационные вискозиметры работают путем погружения колеблющегося электромеханического резонатора в испытательную жидкость и измерения степени демпфирования предложений жидкости. Резонатор обычно колеблется либо крутильными, либо поперечными колебаниями, и демпфирование может быть определено следующим образом:

  • Запись входной мощности, необходимой для поддержания вибрации устройства с постоянной амплитудой.
  • Измерение времени затухания колебаний после отключения вибрации.
  • Измерение частоты резонатора по отношению к различным фазовым углам.

Кварцевый вискозиметр является одним из примеров вибрационного вискозиметра. В этом методе колеблющийся кристалл кварца погружается в жидкость, и специфическое влияние на колебательное поведение определяет вязкость. Электрическое поле, приложенное к осциллятору, заставляет датчик двигаться, что приводит к сдвигу жидкости. (Подробнее по этой теме см.: Коррозия и электрические помехи в подземных металлических конструкциях .)

На движение датчика влияют внешние силы (напряжение сдвига) жидкости, которые влияют на электрический отклик датчика.

3. Ротационные вискозиметры

Ротационные вискозиметры работают путем измерения крутящего момента, необходимого для вращения объекта в тестовой жидкости. Вот как происходит процесс:

  1. Одна из поверхностей неподвижна.
  2. Сопрягаемая поверхность вращается внешним приводом.
  3. Жидкость заполняет пространство между поверхностями. Крутящий момент, необходимый для вращения диска или боба с заданной скоростью, измеряется и записывается.

Крутящий момент, поддерживающий заданную скорость, прямо пропорционален вязкости; следовательно, устройство способно выводить значения вязкости, напряжения сдвига и скорости сдвига. Поскольку к жидкости прикладывается внешняя сила сдвига, ротационные вискозиметры измеряют динамическую вязкость жидкости.

Чашки, поплавки, конусы и пластины относятся ко всем типам ротационных вискозиметров. Чашечный вискозиметр и вискозиметр Боба состоят из коаксиальных цилиндров разного диаметра. Объем образца, подлежащего резке, хранится в испытательной ячейке; крутящий момент, необходимый для достижения определенной скорости вращения, измеряется и отображается на графике.

Конусные и пластинчатые вискозиметры оснащены точным измерителем крутящего момента, который приводится в действие в виде дискретной скорости вращения. Он использует узкоугольный конус в непосредственной близости от плоской пластины. Вязкость рассчитывается по напряжению сдвига и скорости сдвига. (Для получения дополнительной информации по этой теме см.: Влияние коррозии на сдвиговое поведение материалов .)

4.

Капиллярные вискозиметры

Капиллярный вискозиметр является одним из первых известных методов определения вязкости жидкости.

Этот метод измеряет время, необходимое для протекания определенного объема жидкости через U-образную капиллярную трубку известного диаметра и длины. Трубка обычно имеет две метки — верхнюю и нижнюю — которые используются в качестве эталона измерения. Время, необходимое жидкости для прохождения этих отметок, пропорционально кинематической вязкости; следовательно, вязкость можно определить по стандартным формулам.

Капиллярные вискозиметры включают вискозиметры Оствальда и Уббелоде. Оба имеют U-образную форму, имеют две стеклянные колбы и используют капиллярные трубки. (Для получения дополнительной информации о том, как стекло может предотвратить коррозию, см.: A Взгляните на антикоррозионные покрытия для внутренней защиты от коррозии .)

Однако одним из основных преимуществ вискозиметра Уббелоде является то, что общий объем используемой жидкости. Основное различие между вискозиметрами Оствальда и Уббелоде заключается в том, что вискозиметр Оствальда подходит для измерения жидкостей с низкой и средней вязкостью, тогда как вискозиметр Уббелоде подходит для измерения жидкостей с высокой вязкостью.

5. Вискозиметр с падающей сферой

Вискозиметр с падающей сферой используется для определения динамической вязкости прозрачной ньютоновской жидкости.

Концепция включает измерение времени, за которое сфера известной плотности падает через заполненную образцом трубку под действием силы тяжести. Трубка обычно устанавливается на аппарат, который может быстро поворачиваться на 180 градусов, что позволяет проводить повторные испытания. Среднее время трех испытаний регистрируется и используется в формуле преобразования для определения вязкости образца.

Вискозиметры с падающей сферой используются для контроля качества в различных отраслях промышленности, а также в академических учреждениях для иллюстрации научного метода. Простота использования и простой метод записи измерений времени гарантируют значимые результаты испытаний.

6. Консистометры

Консистометр представляет собой прибор, состоящий из металлического желоба с небольшой секцией, запертой за подпружиненным затвором. Вот как это работает:

  1. Испытуемый образец помещается за подпружиненный затвор.
  2. Ворота поднимаются, позволяя образцу свободно течь под собственным весом.
  3. Расстояние, которое проходит жидкость за определенное время, измеряется с помощью градаций прибора.

Консистометр сам по себе не измеряет значения вязкости напрямую; вместо этого он позволяет пользователям разрабатывать свои собственные стандарты для тестируемых продуктов. Этот метод более популярен в пищевой промышленности и обычно используется для измерения вязкости таких продуктов, как кетчуп, майонез, варенье, начинки, супы, детское питание и заправки для салатов. (Подробнее о пищевой промышленности см.: Коррозионные свойства алюминия и его сплавов .)

Факторы, влияющие на вязкость

Существуют различные факторы, от которых зависит вязкость жидкости. Это:

  • Температура жидкости. Обычно вязкость жидкости уменьшается с повышением температуры. Однако вязкость газа обычно увеличивается с повышением температуры.
  • Условия потока. При ламинарном течении вязкость жидкости остается постоянной; тогда как для турбулентного потока вязкость изменяется.
  • Давление. При повышении давления вязкость газа обычно увеличивается. Для жидкостей, поскольку они несжимаемы, давление не имеет большого значения.
  • Многофазный поток. Вязкость многофазного потока зависит от объема каждой фазы.
  • Взвешенные частицы. Взвешенные материалы увеличивают вязкость.

Закон вязкости Ньютона

Связь между напряжением сдвига жидкости и скоростью сдвига под действием механического напряжения определяется законом вязкости Ньютона.

Закон вязкости Ньютона гласит, что при данных температуре и давлении напряжение сдвига между двумя соседними слоями жидкости пропорционально градиенту скорости между этими слоями. Иными словами, отношение напряжения сдвига к скорости сдвига в жидкости является константой и представляет собой коэффициент вязкости.

Однако закон вязкости Ньютона применим только к ньютоновским жидкостям. Неньютоновские жидкости не подчиняются закону вязкости Ньютона; поэтому их вязкость изменяется и зависит от скорости сдвига.

Заключение

Вязкость является важным свойством жидкости, которое необходимо для ряда различных продуктов в различных отраслях промышленности.

Динамическая и кинематическая вязкости описывают разные свойства и могут давать очень разные результаты при тестировании жидкостей. Поэтому важно понимать разницу между типами вязкости и использовать соответствующие тестовые механизмы для пробы.

Реклама

Связанные термины
  • Вязкость
  • Вискозиметр
  • Вискозиметр
  • Кинематическая вязкость
  • Динамическая вязкость
  • Кубок Зана
  • Напряжение сдвига жидкости
  • Резонатор
  • Сила сдвига
  • Физические свойства

Поделиться этой статьей

Измерение вязкости | Натуральные продукты INSIDER

Измерение вязкости

Ричард Кроули
Ответственный редактор

Внешний вид, вкус, питательность и консистенция — четыре основных фактора качества пищи, и каждый из них является важным компонентом удовольствия, которое люди получают от еды. Достижение и поддержание надлежащей текстуры, а также возможность ее количественного определения для целей контроля качества имеют решающее значение. Эти свойства также имеют решающее значение при разработке производственных процессов и оборудования. Хотя некоторые люди проводят различие между текстурой твердых продуктов и вязкостью жидких продуктов, многие продукты обладают как твердыми, так и жидкими свойствами, что затрудняет разграничение между текстурой и вязкостью. Это особенно верно, когда к продукту применяется стресс.

Вязкость – это внутреннее трение жидкости или ее склонность сопротивляться течению, другими словами, сопротивляемость течению и изменениям формы. Хотя имя Исаака Ньютона редко связывают с дисциплиной пищевой науки, этот выдающийся ученый первым изучил течение жидкостей и выдвинул гипотезу о том, что сопротивление, возникающее из-за отсутствия скользкости частей жидкости, при прочих равных условиях , пропорциональна скорости, с которой части жидкости отделяются друг от друга.

Впоследствии он разработал математическое описание сопротивления жидкости деформации или течению при приложении напряжения. Этот принцип был использован для определения класса жидкостей, известных как ньютоновские жидкости (например, вода). В 1800-х годах другие ученые расширили эти знания и разработали методологии для изучения потока жидкости в капиллярных трубках и других отверстиях. Эти достижения привели к разработке первых испарительных и ротационных вискозиметров в конце 1800-х годов. Эти инструменты измеряли вязкость с использованием потока под действием напряжения (силы тяжести) и очень похожи на некоторые инструменты, методы и принципы, которые все еще используются сегодня.

Грунтовка для повышения вязкости

Сопротивление течению математически определяется как напряжение сдвига, деленное на скорость деформации сдвига. Напряжение сдвига — это сила, действующая в плоскости жидкости, а скорость сдвига — это градиент скорости жидкости между пластинами. Скорость сдвига учитывает расстояние между пластинами. Он определяется с точки зрения силы, необходимой для непрерывного перемещения одной плоской поверхности мимо другой в заданных стационарных условиях, когда пространство между ними заполнено определенной жидкостью. Хотя абсолютную вязкость можно измерить непосредственно, если известны точные размеры измерительных приборов, чаще калибруют прибор с помощью жидкости известной вязкости (т. е. эталона) и определяют вязкость неизвестной жидкости путем сравнения с вязкостью известный.

Продукты имеют различные типы текучести. В ньютоновских материалах вязкость не зависит от изменения скорости сдвига и остается постоянной. Однако изменения скорости сдвига влияют на вязкость неньютоновских материалов. Большинство пищевых продуктов попадают в эту категорию и проявляют определенные свойства:

  • Псевдопластичность: по мере увеличения скорости сдвига вязкость уменьшается.
  • Пластичный (также известный как вязкопластичный): предел текучести должен быть достигнут до того, как начнется течение, и жидкость проявит псевдопластическое поведение с уменьшением вязкости и увеличением сдвига.
  • Дилатант: По мере увеличения скорости сдвига вязкость увеличивается, и возникают характеристики вязкости, зависящие от времени или направления.
  • Тиксотропный: Вязкость уменьшается с постоянной скоростью сдвига с течением времени.
  • Реопектический: Вязкость увеличивается с постоянной скоростью сдвига с течением времени.
  • Пластмасса Бингама: напряжение сдвига (т. е. предел текучести) должно быть приложено для инициирования течения, и на течение не влияют изменения скорости сдвига

Неньютоновское течение основано на когезии смеси молекул различной формы и размеры, и какое усилие требуется для их перемещения. При каждой скорости сдвига выравнивание может быть разным, и для поддержания движения может потребоваться большее или меньшее усилие. Поведение потока характеризуется тем, как изменяется вязкость жидкости в ответ на изменение скорости сдвига.

Помимо скорости сдвига и времени, необходимо контролировать несколько других факторов, чтобы обеспечить точность данных. Температура имеет решающее значение, поскольку вязкость уменьшается с повышением температуры. Наиболее очевидным примером является изменение потока от льда к жидкой воде (например, от 1 сП при 20°С до 0,2838 сП при 100°С). Образец должен быть репрезентативным, а однородность обеспечит разделение фаз, а также неравномерное рассеивание воздуха и частиц. В большинстве случаев следует избегать физических или химических изменений (например, затвердевания или гелеобразования), если только данные не предназначены для определения соотношения вязкость/время. Турбулентность может повлиять на напряжение сдвига, поэтому образцы не следует трясти во время измерения. Тип используемого прибора и его параметры должны быть указаны, чтобы иметь связь между показаниями вязкости, особенно при относительных измерениях. В большинстве случаев изменения давления не влияют на пищевые продукты, хотя чрезвычайно высокое давление имеет тенденцию к увеличению вязкости.

Многие вещества имеют переменную вязкость и менее устойчивы к течению при более высоких скоростях потока. В таких случаях для измерения выбирается заданный набор условий, и полученное измерение считается кажущейся вязкостью. Поскольку изменение условий измерения приведет к другому значению кажущейся вязкости таких веществ, необходимо строго соблюдать параметры прибора и условия измерения.

Удержать равновесие

Основной единицей абсолютной вязкости является пуаз, равный 1 г/см-секунду или дин-секунду на квадратный сантиметр. Однако вязкость обычно представляет собой доли пуаза, поэтому общепринятой единицей для выражения абсолютной вязкости является сантипуаз (1/100 пуаза). Измерение вязкости выполняется с использованием уравнения: вязкость (ß) = напряжение сдвига (t), деленное на скорость сдвига (D). Единицы вязкости выражаются либо в паскалях-секундах (Pas), либо в миллипаскалях-секундах (mPas), либо в пуазах (P) и сантипуазах (cP). Один мПа равен одному сП. Вязкость пищевых продуктов обычно выражается в сП или мПа·с. Вода при 20°C имеет абсолютную вязкость один мПас или один сантипуаз.

Кинетическая вязкость иногда используется в качестве единицы измерения ньютоновских жидкостей, измеряемой через капиллярную трубку. Кинетическая вязкость ( v ) = вязкость ( ß ), деленная на плотность жидкости. Единицами кинетической вязкости являются квадратные миллиметры в секунду, стоксы или сантистоксы. Для получения кинематической вязкости из абсолютной вязкости последнюю делят на плотность жидкости при той же температуре (т. е. кинематическая вязкость = абсолютная вязкость/плотность).

Выбор инструмента и метода

Выбор метода и инструментария основан на свойствах матрицы и требуемой степени точности. Метод USP для измерения вязкости включает определение времени, необходимого для того, чтобы заданный объем жидкости протекал через капиллярную трубку. Доступны несколько типов капиллярных вискозиметров. Капиллярные трубки измеряют время, необходимое для прохождения стандартного объема жидкости через трубку определенной длины. Однако онлайновый прибор, используемый для целей контроля качества, может не требовать такой же степени точности, как прибор для лабораторного эксперимента. Повторяемость в пределах определенного диапазона всегда является требованием.

Ротационный вискозиметр — чрезвычайно эффективный прибор, широко используемый в пищевой промышленности. Этот вискозиметр использует груз или шпиндель, погруженный в испытуемый образец, и измеряет сопротивление движению вращающейся части. Доступны различные шпиндели для заданных диапазонов вязкости и несколько скоростей вращения. Цилиндр или другая круглая геометрическая форма используется для создания определенной скорости сдвига в образце и измерения сопротивления потоку за счет создаваемого крутящего момента.

Например, анализ томатного экстракта проводится с использованием ротационного вискозиметра, снабженного шпинделем, имеющим цилиндр диаметром 1,47 см и высотой 0,16 см, прикрепленным к валу диаметром 0,32 см. Расстояние между вершиной цилиндра и нижним концом вала 3,02 см. Шпиндель вращается с соответствующей скоростью и глубиной погружения, чтобы получить показания шкалы от 10% до 90% полной шкалы. Вязкость рассчитывается путем умножения показания шкалы на постоянную для используемого шпинделя и скорости.

Эти приборы производят точные измерения абсолютной вязкости для широкого спектра матриц. Поскольку скорость сдвига может варьироваться, можно строить кривые течения неньютоновских жидкостей, а влияние времени можно изучать либо вручную, либо автоматически.

Эти инструменты измеряют скорость сдвига в зависимости от постоянного крутящего момента или измеряют крутящий момент с определенной скоростью сдвига. Калибровка вискозиметров производится путем определения постоянной вискозиметра х для каждого вискозиметра с использованием масла известной вязкости. Константа ( k ) рассчитывается вискозиметром по уравнению: k = v/d t , где v — известная вязкость жидкости в сантипуазах, d — удельный вес испытуемой жидкости, а t время в секундах, за которое жидкость проходит от верхней отметки до нижней отметки.

Также доступны другие методики. Например, эмпирические консистометры измеряют расстояние потока определенного объема продукта за определенное время. При использовании вискозиметра Оствальда трубку наполняют точным количеством образца, а мениск столба жидкости в капиллярной трубке доводят до уровня верхней градуировки с помощью давления или отсоса. И наполнительная, и капиллярная трубки открыты, что позволяет жидкости течь в резервуар против атмосферного давления. Время истечения жидкости от верхней метки до нижней метки в капиллярной трубке регистрируют в секундах. Производные целлюлозы обычно используются в качестве текстуризаторов, а измерение вязкости растворов высоковязких типов метилцеллюлозы слишком вязко для общедоступных вискозиметров. Вискозиметр Уббелоде можно приспособить для измерения диапазонов вязкости растворов метилцеллюлозы.

В вискозиметрах с падающим шариком стандартная трубка заполняется измеряемым продуктом и измеряется время прохождения шарика между двумя указанными точками. Время при заданной вязкости зависит от плотности шарика, а также от диаметра трубки и шарика. Осциллирующие вискозиметры используют вибрирующий стержень, шар или пластину, колеблющиеся с контролируемой амплитудой. Вискозиметры с отверстием состоят из капельницы с отверстием определенного размера на дне. Вискозиметр Зана, который обычно используется в пищевой промышленности, часто называют чашечным вискозиметром. Многие из этих мер являются относительными и не связаны с единицами абсолютной вязкости.

Вся правда

Анализ вязкости является важным компонентом контроля качества многих продуктов. Однако следует помнить, что сенсорные и органолептические свойства в значительной степени зависят от личного восприятия и не могут быть измерены с помощью аналитических приборов. Достижения в области инструментов будут и впредь обеспечивать расширенный контроль свойств текстуры с использованием специальных устройств для количественного определения вязкости.

Автор: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *