Для определения вязкости жидкостей применяют вискозиметры различных систем, в частности вискозиметр Гепплера, реовискометр по Гепплеру, вискозиметр Энглера и Оствальда. Ниже описано их устройство и работа с этими приборами, за исключением вискозиметра Оствальда, описание которого рассмотрено в специальной части при определении вязкости молока.
Вискозиметр Гепплера. Этим прибором определяют абсолютную вязкость жидкостей в пределах 0,3—80 000 сантипуазов. Под абсолютной (или динамической) вязкостью понимают силу, которая может переместить слой жидкости поверхностью 1 см2 со скоростью 1 см/сек через такой же слой, отстоящий от первого на расстоянии 1 см. Эту единицу абсолютной вязкости называют пуазом.
Существует две модели вискозиметра Гепплера: прецизионный (рис. 26) с точностью измерения ±0,5—2% и промышленный— с точностью измерения ±0,8—2 %.
К прибору прилагается комплект из шести шаров с различной точностью измерения, указываемой в наставлении к пользованию прибором.
Установка температуры жидкости в бане. При температуре исследуемой жидкости от 1 до 98° С применяют дистиллированную воду. Баню 3 наполняют через отверстие для термометра или через выводную трубку 8 прибора, установленного вверх дном.
Для достижения постоянной температуры в вискозиметре удобно пользоваться термостатом, который присоединяют посредством резиновых трубок к штуцерам вводной и выводной трубок вискозиметра. Если нет термостата, поступают следующим образом. Ослабляют винт 15 для удаления воздуха, к вводному штуцеру присоединяют резиновую грушу. Выводной штуцер закрывают запорным капсюлем 16. Водяная баня не должна быть наполнена до верхнего края. Вискозиметр посредством шнура присоединяют к осветительной сети. Нагревательный элемент применим как для постоянного тока, так и для переменного. Дистиллированную воду нагревают до необходимой температуры при постоянном пневматическом размешивании, наблюдая за показанием термометра. Требуемую температуру поддерживают, включая и выключая ток.
Подготовка к измерению. Внутренняя трубка вискозиметра, ее крышки и шары, особенно первый и второй, перец измерением должны быть тщательно очищены. Для обезжиривания применяют горячий содовый раствор, добавляя 5%-ный раствор аммиака, после чего ополаскивают дистиллированной водой. Вода должна равномерно обтекать внутреннюю поверхность трубки.
Наполнение внутренней трубки. Внутреннюю трубку закрывают снизу резиновой пробкой 12. Шары большего размера сильно реагируют на механические примеси, поэтому маловязкие жидкости предварительно фильтруют через стеклянный фильтр, прилагаемый к прибору. Наполняют внутреннюю трубку испытуемой жидкостью так, чтобы уровень ее был ниже края трубки примерно на 25 мм, а с помощью пинцета для шаров вводят в трубку шар. Если ниже шара находятся пузырьки воздуха, то для удаления их толкают шар стеклянной палочкой. Чтобы расширить область измерения, применяют одновременно два шара, при этом необходимо вводить в трубку вначале меньший шар. Закрывают внутреннюю трубку полой пробкой 9 и заглушкой 11, на которую навинчивают с легким надавливанием верхнюю крышку 13.
Введенная в трубку жидкость не должна содержать никаких газов, так как при повышении температуры образуются пузырьки, затрудняющие измерение вязкости. Поэтому исследуемую жидкость кратковременно нагревают до температуры примерно на 10е С выше температуры измерения и в нагретом состоянии заливают в трубку. Если, несмотря на это, все же по окончании наполнения внутренней трубки пузырьки газа или воздуха окажутся ниже шара, то их удаляют легкими ударами по верхней крышке, прежде чем шар приблизится к первой кольцевой отметке. Пузырьки удаляются через капилляр поллй трубки.
Шары, применяемые для определения вязкости исследуемого, продукта, выбирают по табл. 1.
Во избежание турбулентного движения жидкости, вызывающего повышение вязкости, продолжительность падения шара на отрезке пути 100 мм не должна быть меньше 25 сек.
Для отличия шаров в наборе имеется цилиндрический калибр. Шар 1 не проходит через отверстие калибра, все же остальные шары в зависимости от их величины проходят через отверстие с большим или меньшим зазором.
Определение абсолютной вязкости по продолжительности падения шара. Шарик во внутренней трубке падает эксцентрически, под определенным углом. Перед определением вязкости вискозиметр устанавливают перед белым, освещенным экраном. Вводят выбранный шар во внутреннюю трубку вискозиметра и закрывают ее.
Освободив запорный винт на штативе, перевертывают вискозиметр верхней частью вниз, вследствие чего шар перемещается в верхнюю часть трубки. Затем вискозиметр снова устанавливают в нормальное, ранее найденное по уровню положение и наблюдают за движением шара.
В момент соприкосновения нижнего края шара с верхней кольцевой отметкой 17 секундомер включают, а в момент соприкосновения с нижней кольцевой отметкой 18 — выключают. Перевернув вискозиметр, шар вновь перемещают в верхнюю часть трубки и измерение повторяют. Чтобы получить средний результат, производят несколько повторных измерений, точно соблюдая температуру измерения, так как изменение температуры даже на несколько сотых градуса может влиять на продолжительность падения шара.
С целью лучшей фиксации момента, когда нижний край шара коснется кольцевой отметки, следует позади прибора, несколько выше кольцевой отметки, держать черный картонный экранчик (прилагается к прибору), если применяют стеклянные шары, и несколько ниже отметки — при использовании металлических шаров. В этом случае контуры шара резко очерчены.
При исследовании темных и мутных жидкостей, например молока, пользуются прилагаемой наблюдательной ширмой, держа ее перед глазом, повернув черной полосой к прибору и направив ее параллельно кольцевой отметке. При прохождении шара отражается черная полоса. Совмещение черной полосы с кольцевой отметкой используют для пуска и остановки секундомера.
Абсолютную вязкость х вычисляют в сантипуазах по следующей формуле:
х = а (б — в) г,
где: а — продолжительность падения шара в сек;
б — плотность материала, из которого изготовлен шар; в — плотность испытуемой жидкости при температуре измерения;
г — константа шара.
Плотность материала, из которого изготовлен шар, и константа шара указаны в поверочном свидетельстве, прилагаемом к прибору.
Для стеклянных шаров плотностью ~ 2,5 необходимо определять плотность испытуемой жидкости с точностью до 0,002. При пользовании шарами из металла с средней плотностью 8,1 достаточна точность до 0,008, которая может быть достигнута ареометрическим определением.
Если не требуется точность результатов измерения более ±1%, зная плотность испытуемой жидкости и номер шара, применяемого при исследовании, по табл. 2 находят коэффициент (фактор шара) и, умножая его на продолжительность падения шара в секундах, определяют абсолютную вязкость жидкости в сантипаузах. Интерполируя промежуточные значения плотности, можно установить коэффициент с необходимой точностью.
Для перевода абсолютной вязкости в сантипуазах в градусы Энглера пользуются следующей формулой: