Το ιξώδες των διαφόρων υγρών μετριέται με ειδικές συσκευές - ιξωδόμετρα. Σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά και το σχεδιασμό, διακρίνονται διάφοροι τύποι αυτών των συσκευών. Ένα από αυτά είναι ένα περιστροφικό ιξωδόμετρο ικανό να εκτιμήσει τη διαπερατότητα ενός μέσου.
Ποικιλίες συσκευών
Τα όργανα που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση του ιξώδους ενός υγρού συνήθως χωρίζονται σε τρεις μεγάλες ομάδες:
Ιξωδόμετρο τριχοειδών
Μηχανικό ιξωδόμετρο
Περιστροφικό ιξωδόμετρο
Ας εξετάσουμε κάθε ένα από τα είδη με περισσότερες λεπτομέρειες.
Μηχανικές συσκευές
Η κατηγορία των μηχανικών ιξωδόμετρων είναι μια σειρά διαφορετικών οργάνων που βασίζονται στις μηχανικές ιδιότητες των υγρών. Αυτοί μπορεί να είναι συντονισμένοι, φυσαλίδες, μετρητές τύπου μπάλας. Εάν οι δύο πρώτοι τύποι χρησιμοποιούνται συχνότερα στο εργαστήριο, τότε ο τελευταίος βρίσκεται στην καθημερινή ζωή. Η αρχή λειτουργίας του βασίζεται στην ανακάλυψη του Galileo.
Μέσα στη συσκευή υπάρχει ένα «μπουθ» όπου βρίσκεται η μπάλα. Αφού γεμίσετε τη συσκευή με υγρό,του οποίου το ιξώδες πρόκειται να προσδιοριστεί, η μπάλα πέφτει. Μετράται ο ακριβής χρόνος που απαιτείται για να πέσει η μπάλα στην περιοχή επαφής. Το υπό όρους ιξώδες καθορίζεται από αυτό το χρονικό διάστημα.
Συσκευές τριχοειδούς τύπου
Το τριχοειδές ιξωδόμετρο στη σχεδίασή του έχει ένα λεπτό σωλήνα με γνωστή διάμετρο. Το υγρό δοκιμής ρέει μέσω αυτού του σωλήνα. Το ίδιο υγρό περνάει και από σωλήνα μεγάλης διαμέτρου, μέσα στον οποίο δεν δημιουργείται τριχοειδές φαινόμενο. Τις περισσότερες φορές, το ρευστό ρέει υπό τη δύναμη της βαρύτητας (δηλαδή από πάνω προς τα κάτω). Όμως σε ορισμένες συσκευές δημιουργείται τεχνητή πίεση. Μετράται ο χρόνος που απαιτείται για τη ροή του υγρού και από τους δύο σωλήνες. Στη συνέχεια, υπολογίζεται η διαφορά τους. Η τιμή του ιξώδους θα είναι ανάλογη με την τιμή αυτής της διαφοράς.
Οι συσκευές αυτού του τύπου είναι απλές αλλά μεγάλες. Ένα άλλο μειονέκτημα είναι ότι το ιξώδες του μετρούμενου υγρού δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 12 kPas. Αυτή η τιμή αντιστοιχεί σε υγρά που ρέουν καλά. Τα πιο παχύρρευστα υγρά ή αυτά με σβώλους δεν μπορούν να μετρηθούν σε αυτήν την περίπτωση.
Περιστροφικό ιξωδόμετρο: αρχή λειτουργίας
Ο σχεδιασμός των μετρητών αυτού του τύπου είναι ένας κύλινδρος, μέσα στον οποίο τοποθετείται μια σφαίρα. Η εσωτερική σφαίρα κινείται με συγκεκριμένη ταχύτητα λόγω της συνδεδεμένης ηλεκτρικής κίνησης.
Υπάρχει ένα κενό μεταξύ του κυλίνδρου και της σφαίρας, το οποίο είναι γεμάτο με το υπό έρευνα υγρό. Σε αυτή την περίπτωση, η αντίσταση στην κίνηση της σφαίρας αλλάζει. Σε αυτές τις συσκευές, μετριέται ακριβώς η εξάρτηση της αντίστασηςρευστό και ταχύτητα περιστροφής. Αυτές οι παράμετροι διορθώνονται ως αποτέλεσμα της δοκιμής.
Δεν υπάρχει πάντα μια σφαίρα μέσα σε έναν κύλινδρο. Μπορεί να αντικατασταθεί από δίσκο, κώνο, πλάκα ή άλλο κύλινδρο. Η απόσταση μεταξύ του εξωτερικού και του εσωτερικού σώματος είναι μερικά χιλιοστά προκειμένου να δημιουργηθεί δύναμη τριβής. Η τιμή αντίστασης καθορίζεται από αισθητήρες. Όσο περισσότερο ρυθμίζονται, τόσο πιο ακριβής θα είναι η τιμή. Αντίστοιχα, η τιμή της συσκευής θα αυξηθεί.
Το περιστροφικό ιξωδόμετρο είναι κατάλληλο για υγρά των οποίων το ιξώδες κυμαίνεται από χίλια έως εκατομμύρια Pas. Η ταχύτητα περιστροφής του εσωτερικού σώματος παίζει σημαντικό ρόλο. Εξαρτάται από την ακρίβεια της μέτρησης. Όσο πιο αργή είναι η ταχύτητα, τόσο πιο ακριβής είναι η μέτρηση. Τα όργανα με ελάχιστο ρυθμό περιστροφής είναι πολύ ακριβή, αλλά είναι επίσης ακριβά.
Τύποι περιστροφικών ιξωδόμετρων
Η αρχή λειτουργίας της συσκευής που περιγράφεται παραπάνω είναι χαρακτηριστική για το ιξωδόμετρο Brookfield. Αυτή είναι η απλούστερη συσκευή μετρητή αυτού του τύπου. Όμως το εσωτερικό σώμα δεν κινείται πάντα. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ο εξωτερικός κύλινδρος περιστρέφεται. Γι' αυτό το περιστροφικό ιξωδόμετρο μπορεί να είναι δύο τύπων: με σταθερό κύλινδρο και μετρητές στρέψης.
Το εσωτερικό σώμα των ιξωδόμετρων στρέψης αναρτάται στο κέντρο σε ένα ελαστικό νήμα. Όταν ο εξωτερικός κύλινδρος περιστρέφεται, το υγρό που μετράται αρχίζει επίσης να κινείται. Όταν περιστρέφεται, στρίβει και ο κύλινδρος. Η γωνία συστροφής του εσωτερικού κυλίνδρου εξισορροπείται από τη ροπή τριβής του περιστρεφόμενου ρευστού.
Παρουσιάζεται σφάλμα μέτρησης λόγω του κάτω μέρους του εσωτερικού κυλίνδρου. Διάφοροι επιστήμονες προσπάθησαν να λύσουν αυτό το πρόβλημα με τον δικό τους τρόπο. Τις περισσότερες φορές, το κάτω μέρος ήταν κοίλο. Κατά την πλήρωση του υγρού, ο αέρας παραμένει στην κοιλότητα. Αυτό μειώνει την τριβή στο κάτω μέρος. Οι επιστήμονες Gatchek, Kuett τοποθέτησαν τον εσωτερικό κύλινδρο σε προστατευτικούς δακτυλίους. Αυτό μείωσε τις αναταράξεις των άκρων του. Ο Βολόροβιτς χρησιμοποίησε ένα ψηλό αλλά στενό καπέλο. Σε αυτή την περίπτωση, το σφάλμα λόγω του πυθμένα έγινε ασήμαντο. Ορισμένοι επιστήμονες χρησιμοποίησαν όργανα στα οποία η απόσταση μεταξύ των κυλίνδρων ήταν πολύ μικρή. Ταυτόχρονα, το κάτω μέρος της συσκευής δεν ήταν γεμάτο με υγρό.
Το περιστροφικό ιξωδόμετρο στη σχεδίασή του έχει πολλές επιλογές. Αλλά έχει πάντα τα πλεονεκτήματα της ευελιξίας, του μικρού μεγέθους, του μικρού λάθους και του χαμηλού κόστους. Είναι χάρη σε αυτά τα χαρακτηριστικά που η συσκευή έχει γίνει τόσο δημοφιλής.
