2.2. Методы измерения реологических параметров
Известно два основных метода получения реологических характеристик указанных выше типов жидкостей, а именно:
1) непосредственное установление связи напряжения сдвига со скоростью сдвига путем приложения к образцу однородного сдвига в специально сконструированном приборе и измерения соответствующего напряжения сдвига. Вискозиметры, использующие этот принцип, представляют собой обычно ротационные устройства в виде соосных цилиндров или конуса и пластины;
2) установление зависимости между напряжением и скоростью сдвига косвенным способом – по измерениям перепада давления и расходу жидкости в прямолинейном канале или в вискозиметрах с капиллярной трубкой. В таких проборах скорость сдвига непостоянна поперек канала, а изменяется от нуля на оси трубы до максимума на стенке. Следовательно, результаты измерений и их истолкование не столь очевидны и достоверны.
Для определения реологических свойств на ротационных вискозиметрах проводят замеры в указанной последовательности:
устанавливают диапазон скоростей деформации, перекрывающий рабочий диапазон, причем шаг замеров может быть неравномерным – более плотным в области преимущественного использования ВУС;
измеряют напряжения сдвига на всем диапазоне фиксированных настроек скоростей по методике, указанной в паспорте прибора.
Затем, используя численный метод аппроксимации через минимизацию – метод наименьших квадратов, рассчитывают реологические параметры.
2.3. Принцип работы вискозиметра
Ротационные вискозиметры используются для определения вязкости ньютоновских жидкостей и проведения реологических исследований неньютоновских систем. Измерения проводятся по методу коаксиальных цилиндров (возможно также проведение исследований методом конус-плоскость).
Вискозиметр (рис. 2.1) состоит из основного блока 1, включающего измерительное устройство с механико-электрическим преобразователем 2 и коробку передач 3 с двигателем, и блока измерений 4.
Система коаксиальных цилиндров включает внутренний вращающийся измерительный цилиндр 5 и измерительную цилиндрическую емкость (неподвижный внешний цилиндр) 6 со съемной мерной чашечкой 7; на измерительную емкость может надеваться термостатирующее устройство (на рисунке не изображено). Переключатель 8 позволяет в 10 раз менять чувствительность системы измерения усилия вращения внутреннего цилиндра. Рукоятка 9 обеспечивает переключение 12-ступенчатой коробки передач; номер включенной передачи фиксируется в отверстии 10. Переключатель 11 изменяет скорость вращения двигателя ω.
Блок измерения 4 фиксирует усилие вращения α (индикатор 12) и реальную частоту сети n (индикатор 13). При точной работе приведенные в таблице значения ω и γ умножаются на коэффициент n/50, в котором реальная частота сети определяется по резонирующей (размазавшейся) метке индикатора 13. На внешней панели блока измерений находятся также выключатели двигателя 14 и измерительного устройства 15.
Рис. 2.1. Устройство ротационного вискозиметра.
Значения скоростей вращения измерительного цилиндра со (об/мин) при различных положениях переключателя 9 и положении I а! переключателя 11 приведены в таблице 2.1. Также в таблице 1 приведены значения скоростей сдвига у в зазоре между цилиндрами для используемого в практикуме внутреннего цилиндра.
Таблица 2.1 – Значения скоростей вращения и сдвига
N передачи |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
ω, об/мин |
0,56 |
1,0 |
1,7 |
3,0 |
5,0 |
9,0 |
15 |
27 |
45 |
81 |
135 |
245 |
γ, с-1 |
3,0 |
5,4 |
9,0 |
18,2 |
27 |
48,6 |
81 |
146 |
243 |
437 |
729 |
1312 |
Для положения I bI переключателя 11 значения γ и ω вдвое ниже приведенных в таблице 2.1.