Wiskozymetr

Lepkość opisuje płynność płynów, tj. substancji ciekłych i gazowych. Można to określić za pomocą wiskozymetru. Im wyższa lepkość substancji, tym wolniej reaguje. Jeśli substancje o dużej lepkości mają być przemieszczane lub mieszane z innymi substancjami, należy zużyć więcej energii. Aby móc porównywać lepkość próbek, opracowano różne wiskozymetry, które mierzą wielkości związane z płynnością. Podczas korzystania z tych wiskozymetrów należy pamiętać, że nie każda metoda pomiaru jest odpowiednia dla wszystkich zakresów pomiaru lepkości. Należy również wziąć pod uwagę, że lepkość substancji zawsze zależy od temperatury, a także może zmieniać się pod wpływem działania siły.

Lepkość można również opisać jako opór sypkiej substancji na zmianę położenia jej cząstek objętościowych. Cząsteczki mogą mniej lub bardziej przeszkadzać sobie nawzajem przy zmianie lokalizacji. Cząsteczki sferyczne przeszkadzają mniej niż cząsteczki w kształcie dysku lub nieregularne. Cząsteczki ułożone liniowo ślizgają się po sobie łatwiej niż rozgałęzione, a małe cząsteczki łatwiej niż duże. Rosnąca liczba wiązań poprzecznych utrudnia również przemieszczanie się cząstek między sobą.

Za pomocą wiskozymetru można określić lepkość dynamiczną lub kinematyczną. Lepkość dynamiczna jest określona przez naprężenie ścinające i gradient prędkości prostopadły do ​​kierunku przepływu. Mierzy się go w paskalach sekund (Pa s) lub, zgodnie z systemem CGS, w równowadze (P). Jedna puza odpowiada 0,1 paskalo-sekundy. Zamiast paskala sekundy (Pa s) w międzynarodowym systemie jednostek miar można również użyć niutona sekundy na metr kwadratowy (N/m²) lub kilograma na metr i sekundę (kg/(m·s)). Lepkość kinematyczna ν (Ny) wynika z ilorazu lepkości dynamicznej i gęstości substancji. Podawana jest w m² na sekundę (m²/s) lub zgodnie z systemem CGS w Stokes. Jeden skok to 0,0001 m² na sekundę. Na przykład lepkość kinematyczną określa się za pomocą znormalizowanych kubków wypływowych. Lepkość dynamiczną uzyskuje się, mnożąc lepkość kinematyczną przez gęstość substancji.

Aby uprościć planowanie transportu i przetwarzania, płyny można podzielić na substancje o niskiej, średniej i wysokiej lepkości. Ta klasyfikacja ułatwia przypisanie do odpowiednich linii i systemów dozujących. Granice wynoszą około 300 milipaskalowo-sekundowych dla przejścia między substancjami o niskiej i średniej lepkości oraz około 8000 milipaskalowo-sekundowych jako dolna granica dla substancji o wysokiej lepkości. Standaryzowane kubki wypływowe nadają się tylko jako wiskozymetry do substancji ciekłych o niskiej lepkości. Wiskozymetry z obracającymi się wrzecionami pomiarowymi i regulowaną prędkością mogą być stosowane do materiałów lepkich. Wiskozymetry nadają się również do niektórych substancji, w których pomiar odbywa się za pomocą substancji wznoszącej się w cienkich rurkach. Specjalne formy tych wiskozymetrów z kapilarami nazwano imieniem Ubbelohde oraz Cannon i Fenske. Istnieją również wiskozymetry, które rejestrują rozprzestrzenianie się próbki w poziomo ustawionym zbiorniku pomiarowym. Ta metoda mierzy, jak daleko próbka przepływa po dnie tacy z podziałką w określonym czasie. Te wiskozymetry, nazwane na cześć Bostwicka, są używane głównie w przemyśle spożywczym do określania konsystencji, lepkości lub natężenia przepływu sosów, zup, ketchupu lub dżemu. jak daleko próbka przepływa w określonym czasie po dnie tacy z podziałką. Te wiskozymetry, nazwane na cześć Bostwicka, są używane głównie w przemyśle spożywczym do określania konsystencji, lepkości lub natężenia przepływu sosów, zup, ketchupu lub dżemu. jak daleko próbka przepływa w określonym czasie po dnie tacy z podziałką. Te wiskozymetry, nazwane na cześć Bostwicka, są używane głównie w przemyśle spożywczym do określania konsystencji, lepkości lub natężenia przepływu sosów, zup, ketchupu lub dżemu.

Decyzja o wyborze konkretnego typu wiskozymetru powinna zależeć przede wszystkim od celu pomiaru lepkości. W przypadku wielu zastosowań płyny, pasty i żele powinny mieć wysoką lepkość przy niskim ścinaniu, aby zapobiec osadzaniu się składników. Jednak przy dużym naprężeniu ścinającym powinny one stać się cieńsze, aby można je było lepiej wymieszać i nakładać na powierzchnie jako jednolicie cienką warstwę. W przypadku tych substancji wiskozymetr powinien być w stanie określić lepkość przy zmiennych nieprężeniach ścinających i temperaturach. Wiskozymetry cyfrowe z zestawem obracających się wrzecion, regulacją prędkości i pomiaru temperatury pozwalają na tworzenie szczegółowych krzywych rozwoju lepkości.

Kubki wypływowe do pomiaru lepkości to wydrążone korpusy o znormalizowanych kształtach i wymiarach. Przy tym samym kształcie dolny otwór ma zwykle różne standardowe rozmiary. Wiskozymetr tego typu jest często używany do określania czasu płynięcia i lepkości farb, lakierów i innych produktów sypkich. Na przykład farby do obróbki w pistoletach natryskowych można przetwarzać tylko do określonej lepkości. Pomiary można wykonać zarówno na produkcie końcowym, jak i na próbkach z procesu produkcyjnego. Im niższa lepkość, tym szybciej substancja wypływa z kubka wypływowego. Ten czas – czas płynięcia – jest bezpośrednio związany z lepkością. Chociaż ten typ wiskozymetru umożliwia pomiary w różnych temperaturach, ale brak powtarzalnych testów pod wpływem dodatkowo przyłożonych sił ścinających. Lepkość kinematyczna jest obliczana na podstawie czasów przepływu przy użyciu stałych współczynników, a na tej podstawie, przy gęstości właściwej materiału, lepkość dynamiczna.

Wiskozymetr jako kubek wypływowy zgodny z normą DIN 53211 (wycofany w październiku 1996)
Kubki te mają pojemność 100 ml, stożek stożkowy i stały wylot o średnicy 4 mm. Zwykle są wykonane z anodyzowanego aluminium i mają dyszę ze stali nierdzewnej, która jest polerowana od wewnątrz. Kubek jest napełniany po brzegi, a następnie odliczany jest czas do przerwania strumienia spustowego. Pomiary poza zakresem od 25 do 150 sekund nie powinny być liczone. Tabele przeliczeniowe czasów przepływu są dostępne dla użytkowników, którzy przechodzą z pomiaru zgodnie z wycofaną w 1996 roku normą DIN 53211 na obowiązującą normę DIN EN ISO 2431.

Kubek wypływowy zgodny z DIN EN ISO 2431, ASTM D 5125
Międzynarodowa norma ASTM D 5125 (2010) – metoda badania lepkości powłok i materiałów pokrewnych przy użyciu kubków wypływowych ISO – opisuje metodę pomiaru lepkości przy użyciu kubka wypływowego. Zakres pomiarowy jest rozszerzony o różne wymiary wewnętrzne, większy stożek wlotowy i dłuższą dyszę, dla której zdefiniowano cztery różne średnice. Czas wypływu z tych kubków powinien wynosić od 25 do 100 sekund. W przeciwnym razie kubek z kolejnym większym lub mniejszym otworem można zmienić. Jednak czasy wypływu różnych kubków można porównać dopiero po przeliczeniu.
Zlewka ISO z dziobkiem 3 mm dla lepkości od 10 do 40 mm²/s
Zlewka ISO z dziobkiem 4 mm dla lepkości od 25 do 130 mm²/s
Zlewka ISO z dziobkiem 5 mm dla lepkości od 70 do 360 mm²/s
Zlewka ISO z dziobkiem 6 mm dla lepkości 130 do 700 mm²/s

Kubek wypływowy Forda wg ASTM D 1200
W normie ASTM D 1200 (2010) - Oznaczanie lepkości farb i lakierów; Metoda Ford Cup - opisano inną formę kubka wypływowego. Czas wypływu powinien wynosić od 20 do 100 sekund. Mierzalne lepkości kinematyczne są ograniczone w następujący sposób:

#2 Kubek Ford 2,53 mm z wylewką dla lepkości od 25 do 120 mm²/s
#3 Kubek Ford 3,40 mm dla lepkości od 40 do 220 mm²/s
#4 Kubek Ford 4,12 mm Wylot dla lepkości od 70 do 370 mm²/s

W wiskozymetrze obrotowym drążek skrętny lub wrzeciono jest zanurzone w próbce i obracane przez silnik. Im bardziej lepka substancja, tym więcej siły trzeba użyć, aby utrzymać stałą prędkość obrotową. Ponieważ kształt wrzeciona ma również duży wpływ na siłę wymaganą do ruchu obrotowego, opracowano różne kształty wrzeciona dla lepkości różnych substancji. Ze względu na swoje właściwości, te wiskozymetry z obracającym się wrzecionem mogą być wykorzystywane do różnych zadań wyznaczania lepkości dynamicznej.

Przy stałej prędkości i wrzecionach, które wprowadzają do próbki stałą prędkość ścinania, można zbadać, czy lepkość substancji wzrasta, czy maleje, im dłużej obraca się wrzeciono. Substancje tiksotropowe upłynniają się przy dłuższym mieszaniu, substancje rheopex gęstnieją. Jeśli obserwuje się taki zależny od czasu wzrost lub spadek lepkości dynamicznej, należy to wziąć pod uwagę przy ustalaniu procedury badania i ocenie pomiarów. W przeciwnym razie nie można osiągnąć żadnych użytecznych wyników.

Wiele wiskozymetrów obrotowych oferuje możliwość ustawienia różnych prędkości obrotowych wrzeciona. Jeśli mierzysz raz przy małej prędkości, a następnie przy większej, możesz szybko określić, czy lepkość substancji zmienia się, gdy przyłożone są większe siły ścinające.

Nowoczesne wiskozymetry rotacyjne są dostępne z szeroką gamą urządzeń zoptymalizowanych do pomiarów próbek w laboratorium lub na miejscu w zakładach produkcyjnych lub pojemnikach magazynowych lub transportowych. Do pomiarów w laboratorium często stosuje się wiskozymetry ze stojakiem, w których próbka jest napełniana do zlewki. Do pomiarów na miejscu obrotowe wrzeciono wyposażone w elastyczny kabel można umieścić w istniejących pojemnikach. Wiskozymetry te często mają zintegrowany pomiar temperatury lub możliwość podłączenia czujnika temperatury. Wiskozymetr do obszarów zagrożonych wybuchem, np. B. w przemyśle chemicznym oraz w przemyśle olejów mineralnych są specjalnie zabezpieczone i posiadają aprobatę ATEX.