Вискозиметрия

ВИСКОЗИМЕТРИЯ (от латинского viscosus - клейкий, вязкий и ...метрия), совокупность методов измерения вязкости жидкостей и газов. Приборы, используемые в вискозиметрии, называются вискозиметрами. Большой диапазон значений динамической вязкости η (от 10^-6 Па·с для газов до 10¹² Па·с для расплавов полимеров) и свойств исследуемых сред обусловили разнообразие методов вискозиметрии и вискозиметров, позволяющих измерять η при температурах от нескольких К до свыше 1500 К и давлениях до 1 ГПа, а также η сжиженных газов и расплавленных металлов, агрессивных, ядовитых или нестабильных сред, η жидкостей в живом организме или в аппаратуре непосредственно в ходе технологического процесса и др.

Классификация методов вискозиметрии основана на геометрических особенностях ламинарного течения, создаваемого для измерения η. Определение вязкости капиллярным вискозиметром основано на Пуазёйля законе и состоит в измерении времени протекания известного количества жидкости или газа через калиброванный капилляр при заданном перепаде давления. Капиллярная вискозиметрия растворов полимеров используется для определения формы и размеров изолированных макромолекул. При ротационной вискозиметрии исследуемое вещество помещают в зазоре между двумя соосными телами (цилиндры, конусы, сферы или их сочетание), причём одно из тел вращается, а другое неподвижно. Вязкость определяется по крутящему моменту при заданной угловой скорости или по угловой скорости при заданном крутящем моменте. Ротационная вискозиметрия применяется для изучения вязкоупругих свойств растворов и расплавов полимеров.

Вязкость измеряют также по сдвигу параллельных пластин, между которыми помещено исследуемое вещество. В этом случае η определяется скоростью движения одной из пластин относительно другой под действием заданной силы. В методе падающего шарика, основанном на Стокса законе, измеряют скорость установившегося движения шарика в исследуемой среде под действием силы тяжести. Вибрационные методы вискозиметрии основаны на измерении сопротивления исследуемой среды периодическим колебаниям твёрдого тела либо скорости затухания колебаний выведенного из равновесия твёрдого тела, закреплённого на упругом подвесе и помещённого в исследуемую среду.

Ультразвуковая вискозиметрия основана на измерении скорости затухания колебаний пластинки из магнитострикционного материала, погружённой в исследуемую среду. Колебания возбуждаются короткими (длительностью около 10-30 мкс) импульсами тока в катушке, намотанной на пластинку. При колебаниях пластинки в этой катушке наводится эдс, пропорциональная скорости пластинки, колебания которой затухают тем быстрее, чем больше вязкость среды. При уменьшении эдс до некоторого порогового значения в катушку поступает новый возбуждающий импульс. Вязкость среды определяют по частоте следования импульсов.

Особую группу образуют методы измерения вязкости в малых объёмах среды (микровязкость). Они основаны на наблюдении броуновского движения, подвижности ионов, диффузии частиц.

Лит.: Голубев И. Ф. Вязкость газов и газовых смесей. М., 1959; Ферри Д. Вязкоупругие свойства полимеров. М., 1963; Малкин А. Я., Чалых А. Е. Диффузия и вязкость полимеров. Методы измерения. М., 1979; Шрамм Г. Основы практической реологии и реометрии. М., 2003.