Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Міністерство освіти і науки України
ІФНТУНГ
Кафедра метрології
Вимірювання в’язкості рідини за допомогою ротаційного віскозиметра ВСМ-3
Виконав: студент групи АКТ-11-1
Слав’як А.О.
Перевірив: Марчук Т.З.
Івано-Франківськ
2013р
Мета роботи: вичення будови та принципу дії ротаційного віскозиметра ВСМ-3, проведення досліду вимірювання за допомогою даного приладу.
Обладнання: віскозиметр ВСМ-3
Загальні теоретичні відомості
При русі шарів рідини з різними швидкостями між ними виникають сили внутрішнього тертя Fтер, або сили в’язкості. Течія ідеально в’язких тіл (рідин) описується законом Ньютона:
(1)
де — модуль градієнта швидкості в напрямі х, перпендикулярному напряму руху u шарів; s — площа зіткнення шарів; η — коефіцієнт внутрішнього тертя, або динамічна в’язкість. Фізичний зміст динамічної в’язкості полягає в такому — вона чисельно дорівнює імпульсу, що переноситься від шару до шару в одиницю часу через одиничну площу при градієнті швидкості, рівному одиниці. В’язкість також можна визначити як силу, яку потрібно докласти до шарів рідини з площею s = 1, щоб створити градієнт швидкості, рівний одиниці. В СІ (system international) одиницею в’язкості є Паскаль-секунда [Па⋅с]. Якщо величина динамічної в’язкості характеризує опір рідини рухові її шарів під дією зовнішніх сил, то величина ν = 1/η характеризує рухливість рідини і називається плинністю (вона є зворотною в’язкості).
Виходячи з того, що напруження, яке викликає деформацію зсуву, визначається відношенням сили F до площі s, тобтоP = Fтер / s , і враховуючи, що градієнт швидкості течії при зсуві дорівнює швидкості деформації , дійдемо до співвідношення:
або (2)
де γ´ — швидкість розвитку деформації (далі — швидкість деформації).
Рівняння (2) є також відображенням закону Ньютона, згідно з яким швидкість деформації пропорційна напруженню зсуву. При дослідженні реологічних властивостей найбільш наочним є графічне представлення результатів у вигляді реограм або кривих течії, які за звичаєм будують у координатах γ´ – P або η — P. Реологічні властивості ідеальних рідин однозначно характеризуються в’язкістю, і в цьому випадку графічна залежність у координатах γ´ – P є прямою, що проходить через початок координат (рис. 2а). В’язкість структурованих рідин, напр. багатоатомних спиртів, залежить від швидкості деформації (рис. 2б). Реологічні властивості таких систем характеризують за допомогою ефективної, або так званої уявної в’язкості ηеф = Р/ γ´.
Рис. 2. Криві течії різних тіл
Рідини та гази здатні текти (деформуватися) під дією дуже малих зовнішніх навантажень доти, поки вони діють, але в’язкість газів значно менше в’язкості рідини. Так, в’язкість повітря при 20 оС становить 0,0181·10–3 Па·с, води — 1·10–3 Па·с, гліцерину — 1499·10–3 Па·с, а у твердих тіл в’язкість може сягати 1015–1020 Па·с. Така значна відмінність в’язкості твердих тіл від газових та рідких систем зумовлена особливостями їх структури, завдяки чому навіть при значних напруженнях зсуву в твердих тілах розвиваються лише пружні деформації. Ф.М. Шведов, а пізніше Е. Бінгам, показали, що за певних умов у деяких твердоподібних тілах (пасти, глини) структура руйнується при досягненні напруження величини Pm, яка зветься межею плинності, і має місце пластична деформація (рис. 2в, г). Межею плинності називається мінімальне напруження зсуву, при досягненні якого починається течія. Так поводять себе ідеально-пластичні тіла. Реологічна поведінка тіл, що виявляють пружні та в’язкі властивості, підпорядковується рівнянню Бінгама:
P = Pm + η*γ´,(3)
де η* — пластична в’язкість, яка характеризує швидкість руйнування структури тіла.
Пластична в’язкість може бути виражена з рівняння (3) як η* = (P – Pm)/ γ´ = ctgβ, де β — кут, створений прямоюв на рис. 2 та віссю абсцис.
За фізичним змістом пластична в’язкість відрізняється від ньютонівської в’язкості тим, що остання враховує всі види опору течії тіла, а пластична в’язкість, що є частиною ньютонівської, не враховує міцності структури, яка характеризується межею плинності.
Ротаційні віскозиметри
Принцип дії цих механічних віскозиметрів побудований на вимірюванні обертального моменту, який виникає на осі ротора (циліндра, диска і т.п.), зануреного у вимірювальне середовище, при взаємному їх переміщенні. Зазначений обертальний момент у загальному випадку описується виразом
, (9.15)
де k — постійний коефіцієнт, що залежить від конструкції ротора віскозиметра;
ω - кутова швидкість обертання ротора (при постійній кутовій швидкості обертальний момент однозначно визначає в'язкість рідини).
З різноманітності конструкцій обертальних елементів ротаційних віскозиметрів в автоматичних аналізаторах найбільше використовуються конструкції, показані на рис.9.8. Дані віскозиметри поєднують загальний принцип дії, відповідно до якого в'язкість визначається за моментом сил тертя, який виникає при обертанні тіла, зануреного в аналізовану рідину. Таким тілом може бути циліндр (рис.9.8 а), кулька (рис.9.8 б) або диски, посаджені на загальний вал і розміщені між нерухомими шайбами (рис.9.8 в). Диску або циліндру обертовий рух передається синхронним двигуном. Обертальний момент, що виникає на диску (циліндрі), а отже, на шківі, розміщеному на одному валу з диском (циліндром), пропорційний динамічній в'язкості.
Рисунок 9.8 - Схеми ротаційних віскозиметрів
Характерною рисою ротаційних віскозиметрів є широкий діапазон вимірюваних значень в'язкості (0,01-1000 Па∙с). Класи точності ротаційних віскозиметрів 1-2,5.
Хід роботи: