Градуювання ротаційного віскозиметра – МАНЛаб


Градуювання ротаційного віскозиметра

Чернецький Ігор
Автор Чернецький Ігор
Завідувач відділу створення навчально-тематичних систем знань НЦ «Мала академія наук України», кандидат педагогічних наук, голова Всеукраїнської громадської організації «Асоціація учителів фізики “Шлях освіти – ХХІ”». Наукові інтереси: моделювання освітніх та навчальних середовищ загальноосвітніх і позашкільних навчальних закладів з урахуванням трендів розвитку сучасних засобів навчання.

Завдання роботи:

  1. Ознайомитися з теоретичною частиною роботи.
  2. Побудувати калібрувальний графік для ротаційного віскозиметра.
  3. Визначити в’язкість запропонованої рідини.

Обладнання:

Ротаційний віскозиметр, штатив, магнітна мішалка з підігрівом, термопарний термометр, склянка з гліцерином, водяна баня, склянка з досліджуваною рідиною.

Теоретична частина

У ротаційному віскозиметрі досліджуване в’язке середовище розташовується в зазорі між двома співвісними тілами правильної геометричної форми (циліндри, конуси, сфери або їх поєднання). Одне з тіл, що має назву ротор, приводиться в обертання з постійною швидкістю; інше залишається нерухомим. Принцип дії ротаційного віскозиметра ґрунтується на декількох положеннях. Обертальний рух від одного тіла (ротора) передається рідиною до іншого тіла. Теорія ротаційного методу віскозиметрії передбачає відсутність прослизання рідини поблизу поверхонь тіл. Тому момент обертання, що передається рідиною, є мірою в’язкості рідини.

Сутність досліду при визначенні в’язкості полягає у вимірюванні крутильного моменту при зазначеній кутовій швидкості. Для цього ротаційний віскозиметр має динамометричний пристрій. Пристрої, що застосовуються в ротаційних віскозиметрах для вимірювання моментів і кутових швидкостей, поділяють на механічні та електричні. Подальші розрахунки проводять на підставі теорії методу ротаційної віскозиметрії.

Наразі найбільш поширеними є електроротаційні віскозиметри: внутрішній циліндр, занурений у в’язке середовище, приводиться в обертання електродвигуном. Ротор віскозиметра при зануренні в рідину або розплав зустрічає опір рівномірному обертальному руху; на валу двигуна виникає гальмівний момент, прямо пропорційний в’язкості середовища, що викликає відповідну зміну електричних реєстрованих характеристик двигуна.

Віскозиметр, який використовується в зазначеній роботі, є електроротаційним приладом з дисковими роторами різного діаметра. Він позиціонується як вимірювач консистенції розчинів при їх порівнянні або приготуванні. Гальмівний момент, що залежить від в’язкості рідини, вимірюють в умовних одиницях, відтворених на цифровому табло. Сутність лабораторної роботи полягає в побудові калібрувального графіка залежності вимірюваної в’язкості рідини від кількісного показника цифрової шкали та визначення за побудованим графіком в’язкості невідомої рідини.

Для калібрування віскозиметра обрана рідина з відомою залежністю в’язкості від температури – гліцерин. У роботі будується початкова залежність показника віскозиметра від температури для ротора визначеного радіуса. Для забезпечення плавної зміни температури гліцерину використовується водяна баня, яку підігрівають магнітною мішалкою. Для реєстрації температури використовується цифровий термопарний термометр. Після побудови залежності показника від температури додається колонка значень еталонної в’язкості гліцерину, що відповідає значенню температури. Кінцевий етап калібрування – побудова графіка залежності в’язкості від показів віскозиметра.

Калібрувальний графік надалі можна використовувати для обраного ротора при вимірюваннях в’язкості інших рідин.

 

Залежність в’язкості гліцерину від температури

t°C η·103(Па·с)
0 12,1·103
10 3,95·103
20 1,49·103
25 0,95·103
30 0,63·103
40 330
50 180
60 102

 

Хід роботи

  1. Помістіть склянку з гліцерином у водяну баню та встановіть баню на магнітну мішалку.
  2. Помістіть термопару в склянку з гліцерином.
  3. Увімкніть віскозиметр та за допомогою регулятора на вимірювальній панелі встановіть значення 100.
  4. Підготуйте таблицю для занесення результатів у електронних таблицях Excel, створивши колонку для занесення значень температури та колонку для запису показів віскозиметра.
  5. Увімкніть магнітну мішалку та нагрів.
  6. З інтервалом у 5°С заносьте значення показів віскозиметра до створеної таблиці. Найвища температура – 60°С.

Аналіз даних

  1. Додайте колонку з еталонними значеннями в’язкості, які візьміть з поданої вище таблиці.
  2. Вилучіть з таблиці рядки, що не мають еталонних значень в’язкості.
  3. Побудуйте інструментами електронних таблиць графік залежності в’язкості від показів віскозиметра. Зверніть увагу на нелінійність графіка.
  4. Вимкніть віскозиметр, мішалку та нагрів.
  5. Витягніть віскозиметр з гліцерину та акуратно протріть поверхню диску, звільнивши його від залишків гліцерину.
  6. Помістіть віскозиметр у невідому рідину, увімкніть його та визначте значення в’язкості рідини за калібрувальним графіком.