Erilaisten nesteiden viskositeetti mitataan erityisillä laitteilla - viskosimetrillä. Näiden laitteiden ominaisuuksien ja suunnittelun mukaan erotetaan useita tyyppejä. Yksi niistä on rotaatioviskosimetri, joka pystyy arvioimaan väliaineen läpäisevyyden.
Erilaisia laitteita
Nesteen viskositeetin mittaamiseen käytettävät laitteet jaetaan yleensä kolmeen suureen ryhmään:
Kapillaariviskosimetri
Mekaaninen viskosimetri
Rotaatioviskosimetri
Katsotaan kutakin lajia tarkemmin.
Mekaaniset laitteet
Mekaanisten viskosimetrien luokkaan kuuluu joukko erilaisia laitteita, jotka perustuvat nesteiden mekaanisiin ominaisuuksiin. Nämä voivat olla resonanssi-, kupla-, pallotyyppisiä mittareita. Jos kahta ensimmäistä tyyppiä käytetään useimmiten laboratoriossa, jälkimmäinen löytyy jokapäiväisessä elämässä. Sen toimintaperiaate perustuu Galileon löytämiseen.
Laitteen sisällä on "koppi", jossa pallo sijaitsee. Kun laite on täytetty nesteellä,jonka viskositeetti on määritettävä, pallo putoaa. Mitataan tarkka aika, joka tarvitaan pallon putoamiseen kosketusalueelle. Ehdollinen viskositeetti määräytyy tällä aikavälillä.
Kapillaarityyppiset laitteet
Kapillaariviskosimetrissä on ohut putki, jonka halkaisija tunnetaan. Testineste virtaa tämän putken läpi. Sama neste johdetaan myös halkaisij altaan suuren putken läpi, jonka sisällä ei synny kapillaarivaikutusta. Useimmiten neste virtaa painovoiman alaisena (eli ylhäältä alas). Mutta joissakin laitteissa luodaan keinotekoista painetta. Mitataan aika, joka kuluu nesteen virtaamiseen ulos molemmista putkista. Seuraavaksi lasketaan niiden erotus. Viskositeettiarvo on verrannollinen tämän eron arvoon.
Tämän tyyppiset laitteet ovat yksinkertaisia mutta suuria. Toinen haittapuoli on, että mitatun nesteen viskositeetti ei saa ylittää 12 kPas. Tämä arvo vastaa hyvin virtaavia nesteitä. Paksumpia tai kokkareisia nesteitä ei voida mitata tässä tapauksessa.
Rotaatioviskosimetri: toimintaperiaate
Tällaisten mittarien rakenne on sylinteri, jonka sisään on sijoitettu pallo. Sisäpallo liikkuu tietyllä nopeudella kytketyn sähkökäytön ansiosta.
Sylinterin ja pallon välissä on tila, joka on täytetty tutkittavalla nesteellä. Tässä tapauksessa pallon liikkeen vastus muuttuu. Näissä laitteissa mitataan juuri vastuksen riippuvuusnestettä ja pyörimisnopeutta. Nämä parametrit on vahvistettu testin tuloksena.
Sylinterin sisällä ei aina ole palloa. Se voidaan korvata levyllä, kartiolla, levyllä tai toisella sylinterillä. Ulko- ja sisärungon välinen etäisyys on muutama millimetri kitkavoiman luomiseksi. Resistanssiarvo määritetään antureilla. Mitä enemmän niitä on asetettu, sitä tarkempi arvo on. Vastaavasti laitteen hinta nousee.
Rotaatioviskosimetri sopii nesteisiin, joiden viskositeetti vaihtelee tuhannesta miljooniin Pas:iin. Sisärungon pyörimisnopeudella on tärkeä rooli. Se riippuu mittauksen tarkkuudesta. Mitä hitaampi nopeus, sitä tarkempi mittaus. Instrumentit, joilla on pienin pyörimisnopeus, ovat erittäin tarkkoja, mutta ne ovat myös kalliita.
Pyöritysviskometrityypit
Yllä kuvatun laitteen toimintaperiaate on tyypillinen Brookfield-viskosimetrille. Tämä on yksinkertaisin tämän tyyppinen mittari. Mutta sisävartalo ei aina liiku. Joissakin tapauksissa ulompi sylinteri pyörii. Siksi rotaatioviskosimetriä voi olla kahta tyyppiä: kiinteällä sylinterillä ja vääntömittarilla.
Vääntöviskometrien sisärunko on ripustettu keskeltä elastiseen kierteeseen. Kun ulompi sylinteri pyörii, myös mitattava neste alkaa liikkua. Pyöriessään sylinteri myös vääntyy. Sisäsylinterin kiertymiskulmaa tasapainottaa pyörivän nesteen kitkamomentti.
Mittausvirhe johtuu sisemmän sylinterin pohjasta. Useat tutkijat ovat yrittäneet ratkaista tämän ongelman omalla tavallaan. Useimmiten pohja tehtiin koveraksi. Nestettä täytettäessä koveraan jää ilmaa. Tämä vähentää pohjan kitkaa. Tiedemiehet Gatchek, Kuett asettivat sisemmän sylinterin suojarenkaisiin. Tämä vähensi sen päiden turbulenssia. Volorovich käytti korkeaa mutta kapeaa silinterihattua. Tässä tapauksessa pohjasta johtuva virhe muuttui merkityksettömäksi. Useat tutkijat käyttivät instrumentteja, joissa sylinterien välinen etäisyys oli hyvin pieni. Samaan aikaan laitteen pohja ei ollut täynnä nestettä.
Rotaatioviskosimetrin suunnittelussa on paljon vaihtoehtoja. Mutta sillä on aina etuja: monipuolisuus, pieni koko, pieni virhe ja alhaiset kustannukset. Näiden ominaisuuksien ansiosta laitteesta on tullut niin suosittu.
