Шариковые вискозиметры

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к практическим занятиям по дисциплине «Реология» студентам очного и заочного отделений направления подготовки 19.03.03 «Продукты питания животного происхождения» профиля подготовки «Технология молока и молочных продуктов»

Симферополь 2014

Составитель Вербицкий А.П., к.т.н., и.о. зав. кафедрой технологии и оборудования производства и переработки продукции животноводства ЮФ НУБиПУ «КАТУ»

Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании кафедры технологии производства и переработки продукции животноводства 29» сентября 2014 г., протокол № 2.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 1

ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

Цель работы: Изучить принцип действия, способы применения и особенности устройства: шариковых, капиллярных, конических и ротационных ;вискозиметров; приборов с плоскопараллельным смещением пластин.

Сдвиговые свойства проявляются при касательном смещении слоев продукта. Приборы для измерения указанных свойств по принципу действия делятся на следующие группы: вискозиметры (с падающим шариком; капиллярные; ротационные); пенетрометры; приборы с плоскопараллельным смещением пластин.

Шариковые вискозиметры

Шариковые вискозиметры относятся к неоднородным методам исследования и широко используются при работе с однородными ньютоновскими или слабоструктурированными (неньюнотовскими) жидкостями. Вязкость определяется по времени прохождения шаром измерительного участка определенной длины. Приборы конструируются по двум основным схемам (рис. 1)

А) шар, свободно падающий в вертикальном цилиндре;

Б) шар, катящийся в наклонном цилиндре.

Недостатком схемы а) является то, что при опускании шара в слабоструктурированной жидкости возможно отклонение его от прямолинейного движения, т.е. проявляется так называемое «витание» шара, что может привести к искажению результатов измерений.

Поэтому более широкое распространение получили вискозиметры с катящимся шаром. Схема такого примера – вискозиметра Гепплера – приведена на рис. 2.

Шарик 2 движется в наклонной трубке 1, образуя узкую серповидную щель с ее стенкой. У структурированной жидкости при проходе через щель структурные связи разрушаются, поэтому точного воспроизведения результатов в двух последовательных замерах может и не быть. Прибор проградуирован для измерения вязкости ньютоновских жидкостей в диапазоне от 3·10^–4 до 60 Па∙с. Паспортная ошибка измерений ньютоновских жидкостей не превышает 0,5% для лабораторной модели. Прибор не применим для систем, имеющих предельное напряжение сдвига.

Для вычисления вязкости используют формулу, полученную на основе закона Стокса:

η = К(ρ_Ш – ρ)t, (1)

где: К – константа прибора, м²/с²;

ρ_Ш – плотность материала шарика, кг/м³;

ρ – плотность жидкости при температуре измерения, кг/м³;

t – время перемещения шарика на участке h, с.

Трудность использования шариковых вискозиметров для реологических исследований структурированных жидкостей, заключается в том, что для получения кривой течения необходимо проведение серии измерений с использованием шаров различного диаметра, а при исследовании тиксотропных жидкостей возможны большие погрешности из-за неравномерности скорости шара по длине измерительного участка.

Одной из трудностей применения шариковых вискозиметров является то, что при воздействии падающего шара на продукт реологические свойства последнего меняются, вследствие чего результат каждого последующего наблюдения отличается от предыдущего. При строгом выполнении требований ГОСТа об окончании измерения судят по достижению разницы между двумя последующими результатами наблюдений не более 1с. Например, для сгущенного молока это достигается после проведения 10 – 15 наблюдений, что говорит о продолжительности испытания.

В силу указанных недостатков шариковые вискозиметры не нашли широкого применения в пищевой промышленности.