ZmierzenieLepkość kinematyczna(ν), zdefiniowane jako lepkość dynamiczna (μ) podzielona przez gęstość płynu (ρ) (ν=μ / ρ), zwykle obejmuje czas przepływu płynu pod grawitacją przez skalibrowaną szklaną rurkę kapilarną. Najczęstsze i znormalizowane metody stosująSzklane wróżki kapilarne. Oto podział procesu i kluczowe metody:
Metoda pierwotna: wiskozymetria naczyń włosowatych (metoda przepływu czasu)
Zasada:Czas potrzebny na przepływ stałej objętości płynu przez skalibrowaną rurkę kapilarną pod grawitacją jest bezpośrednio proporcjonalny do jej lepkości kinematycznej.
Kluczowe standardy:ASTM D445, ISO 3104, IP 71.
Aparat:
Viskometer:Precyzyjnie wyprodukowana szklana rurka z odcinkiem kapilarnym i specyficznymi żarówkami zbiornikowymi. Typy typowe obejmują:
Ostwald Viskometer:Prosta konstrukcja, dobra na przezroczyste płyny.
Viskometer Ubbelohde (poziom zawieszony):Ma dodatkowy zbiornik („żarówka C”), upewniając się, że głowa płynu jest niezależna od naładowanej objętości, dzięki czemu idealnie nadaje się do precyzyjnej pracy i łatwiejszego czyszczenia. Najczęstszy typ dla nowoczesnych laboratoriów.
Cannon-Fenske Rutyna/nieprzezroczystość:Zmodyfikowane w przypadku nieprzezroczystych płynów, w których menisk jest trudny do zobaczenia.
Viskometer Fitzsimons:Zaprojektowany do bardzo lepkich płynów.
Kąpiel stała temperatura:Wysoce stabilna kąpiel (zazwyczaj w granicach 0,01 stopnia lub lepsza) wypełniona przezroczystym płynem (woda, olej lub silikon) otaczającego wiskozymetr. Kontrola temperatury jestKRYTYCZNY(Wspólne temperatury: 25 stopni, 40 stopni, 100 stopni).
Termometr:Dysponujący, skalibrowany termometr.
Regulator czasowy:Wysokiej precyzji zegar (dokładność ± 0,1 sekundy lub lepsza).
Sprzęt do czyszczenia i suszenia:Rozpuszczalniki, suszące piekarniki, linie próżniowe.
Procedura:
Czyste i suche:Dokładnie wyczyść i wysuszyć wiskozymetr za pomocą odpowiednich rozpuszczalników i metod (suszenie piekarnika, próżnia).
Opłata:Wprowadź dokładną objętość próbki płynów do zbiornika wisiennego (zwykle przez pipetę do żarówki A dla ubbelohde).
Równoważyć:Zamontuj wiskozymetr pionowo w łaźnie stałej temperatury. Pozwól wystarczająco dużo czasu (często 30+ minuty), aby próbka osiągnęła precyzyjną temperaturę kąpieli.
Zmierz czas przepływu:
W przypadku Ubbelohde: Zastosuj ssanie (lub ciśnienie), aby wyciągnąć próbkę w górę obok górnego znaku czasu na żarówkę B. Ssanie/ciśnienie uwalniania.
Pozwól, aby próbka swobodnie przepływać przez kapilarę pod grawitacją.
Rozpocznij timer dokładnie, gdy menisk przekazuje górny znak czasu.
Zatrzymaj timer dokładnie, gdy menisk przekazuje niższy znak czasu.
Zapisz czas przepływu (t) w kilka sekund. Powtórz kilka razy (np. 4 przebiegi), zapewniając powtarzalne wyniki w ramach specyfikacji (np. ASTM wymaga kolejnych przebiegów w granicach 0,1% względnych).
Oblicz lepkość kinematyczną:
ν = C * t
ν=lepkość kinematyczna (mm²/s lub cst, gdzie 1 cst=1 mm²/s)
C=stała wisiejsca (stała kalibracji, jednostki mm²/s²)
T=średni czas przepływu (sekundy)
Ważne czynniki i rozważania:
Temperatura:Lepkość jest bardzo zależna od temperatury. Precyzyjna i stabilna kontrola temperatury nie podlega negocjacji.
Stała kalibracji wiskozymetru (c):Każdy wiskozymetr jest wyjątkowo kalibrowany przy użyciu płynów o znanej lepkości (standardowe oleje odniesienia identyfikowalne do NIST lub podobnych krajowych laboratoriów). C jest określane przez: C=ν_standard / t_standard. Kalibracja musi odbywać się w tej samej temperaturze i stosując tę samą procedurę co pomiar próbki.
Czystość:Wszelkie pozostałości lub zanieczyszczenie w kapilary drastycznie wpływają na czas przepływu.
Pionowe wyrównanie:Wiskakier musi być idealnie pionowy.
Znaki czasowe:Meniscus należy dokładnie odczytać w znakach.
Zakres kinematyczny:Różne typy wiskoziarniste i rozmiary naczyń włosowatych obejmują różne zakresy lepkości. Wybierz odpowiedni wiskoziarnistość, aby czas przepływu mieścił się w optymalnym zakresie (zwykle 200-1000 sekund, chociaż standardy często pozwalają 150-1000).
Pęcherzyki:Pęcherzyki powietrza uwięzione w kapilary lub żarówki spowodują znaczne błędy.
Metody alternatywne/powiązane:
Konwersja z lepkości dynamicznej:
Zmierz lepkość dynamiczną (μ) za pomocą metody takiej jak wiskozymetr obrotowy (np. Brookfield), która stosuje naprężenie ścinające.
Zmierz gęstość płynu (ρ) za pomocą pyknometru lub miernika gęstości cyfrowej.
Oblicz lepkość kinematyczną: ν=μ / ρ.
Zautomatyzowane wróżki:Nowoczesne instrumenty automatyzują metodę kapilarną. Dokładnie kontrolują temperaturę, wykrywają łąkotkę (często optycznie), czas przepływu, obliczają lepkość, a nawet mogą oczyścić wiskozymetr między próbkami. Postępują zgodnie z tą samą zasadą podstawową, ale oferują wysoką przepustowość i zmniejszony błąd operatora.
Wisiknięcie do kuli kuli:Mierzy czas potrzebny na to, że kula o znanej gęstości i średnicy spada na stałą odległość przez płyn w rurce pod grawitacją. Przede wszystkim mierzy lepkość dynamiczną (poprzez prawo Stokesa), ale lepkość kinematyczna można obliczyć, jeśli znana jest gęstość. Rzadziej dla standardowego pomiaru lepkości kinematycznej w porównaniu z metodami naczyń włosowatych.
Podsumowując:
.Standardowa, podstawowa metodado pomiaru lepkości kinematycznej obejmuje stosowanieskalibrowane szkła naczyń włosowatych(jak ubbelohde) zanurzony wWysoce stabilna stała kąpiel temperatury, precyzyjnie mierzącczasPotrzeba stałej objętości płynu, aby przepływać między dwoma znakami pod grawitacją i pomnożyć tym razem przez Viskometerstała kalibracji. Ścisłe przestrzeganie procedur opisanych w standardach (ASTM D445, ISO 3104) i skrupulatna dbałość o czystość, kontrolę temperatury i dokładność czasu są niezbędne dla wiarygodnych wyników.