Mjerenjekinematička viskoznost(ν), definirana kao dinamička viskoznost (μ) podijeljena s gustoćom tekućine (ρ) (ν =} μ ρ), obično uključuje vrijeme protoka tekućine pod gravitacijom kroz kalibriranu staklenu kapilarnu cijev. Najčešće i standardizirane metode koristestakleni kapilarni viskometeri. Evo raščlanjivanja procesa i ključnih metoda:
Primarna metoda: kapilarna viskometrija (tempirana metoda protoka)
Načelo:Vrijeme koje je potrebno da fiksni volumen tekućine teče kroz kalibriranu kapilarnu cijev pod gravitacijom izravno je proporcionalno njegovoj kinematičkoj viskoznosti.
Ključni standardi:ASTM D445, ISO 3104, IP 71.
Aparat:
Viscometer:Precizno proizvedena staklena cijev s kapilarnim dijelom i specifičnim žaruljama rezervoara. Uobičajene vrste uključuju:
Ostwald Viscometer:Jednostavan dizajn, dobar za prozirne tekućine.
Ubbelohde Viscometer (suspendirana razina):Ima dodatni rezervoar ("Bulb C") osiguravajući da je glava tekućine neovisna o volumenu, što ga čini idealnim za precizan rad i lakše čišćenje. Najčešći tip za moderne laboratorije.
Cannon-Fenske rutina/neprozirno:Modificirano za neprozirne tekućine gdje je meniskus teško vidjeti.
Fitzsimons viscometer:Dizajniran za vrlo viskozne tekućine.
Kupanje stalne temperature:Visoko stabilna kupka (obično unutar ± 0,01 stupnja ili bolje) napunjena prozirnom tekućinom (voda, ulje ili silikon) koja okružuje viskometer. Kontrola temperature jeKritičan(uobičajena temps: 25 stupnjeva, 40 stupnjeva, 100 stupnjeva).
Termometar:Visoko precizni, kalibrirani termometar.
Timer:Timer visoke preciznosti (točnost ± 0,1 sekundi ili bolje).
Oprema za čišćenje i sušenje:Otapala, pećnice za sušenje, vakuumske linije.
Postupak:
Čisto i suho:Temeljito očistite i osušite viskometer pomoću odgovarajućih otapala i metoda (sušenje pećnice, vakuum).
Naplatiti:Uvedite točan volumen uzorka tekućine u rezervoar Viscometer (obično putem pipete u žarulju A za Ubbelohde).
Ravnoteža:Viscometer montirajte okomito u kupaonicu konstantne temperature. Dopustite dovoljno vremena (često 30+ minute) da uzorak dosegne preciznu temperaturu kupke.
Izmjerite vrijeme protoka:
Za Ubbelohde: primijenite usisavanje (ili pritisak) kako biste uzorak povukli pokraj gornjeg vremenskog oznaka u žarulju B. Otpustite usisavanje/tlak.
Dopustite da uzorak slobodno teče natrag kroz kapilaru pod gravitacijom.
Pokrenite tajmer upravo dok meniskus prolazi gornju oznaku vremena.
Zaustavite tajmer upravo dok meniskus prolazi donji vremenski znak.
Zabilježite vrijeme protoka (t) u sekundi. Ponovite nekoliko puta (npr. 4 trčanja) osiguravajući da se rezultati mogu ponoviti unutar specifikacije (npr. ASTM zahtijeva uzastopne trke unutar 0,1% relativnog).
Izračunajte kinematičku viskoznost:
ν = C * t
ν=kinematička viskoznost (mm²/s ili cst, gdje je 1 cst=1 mm²/s)
C=konstanta viskometera (konstanta kalibracije, jedinice mm²/s²)
t=srednje vrijeme protoka (sekunde)
Važni čimbenici i razmatranja:
Temperatura:Viskoznost je visoko ovisna o temperaturi. Precizna i stabilna kontrola temperature ne može se pregovarati.
Konstanta kalibracije viscometera (c):Svaki viskometer je jedinstveno kalibriran pomoću tekućine poznate viskoznosti (standardna referentna ulja koja se mogu pratiti na NIST ili slične nacionalne laboratorije). C određuje: c=ν_Standard / t_Standard. Kalibracija se mora obaviti na istoj temperaturi i korištenjem istog postupka kao i mjerenje uzoraka.
Čistoća:Bilo koji ostatak ili kontaminacija u kapilarnoj drastično utječe na vrijeme protoka.
Okomiti poravnanje:Viscometer mora biti savršeno vertikalan.
Vremenske oznake:Meniskus se mora točno čitati na tragovima.
Kinematski raspon:Različite vrste viskometra i kapilarne veličine pokrivaju različite raspone viskoznosti. Odaberite odgovarajući viscometer tako da vrijeme protoka spada u optimalni raspon (obično 200-1000 sekundi, iako standardi često omogućuju 150-1000s).
Mjehurići:Mjehurići zraka zarobljeni u kapilaru ili žaruljama uzrokovat će značajne pogreške.
Alternativne/srodne metode:
Pretvorba iz dinamičke viskoznosti:
Izmjerite dinamičku viskoznost (μ) pomoću metode poput rotacijskog viscometera (npr. Brookfield) koja primjenjuje stres smicanja.
Izmjerite gustoću tekućine (ρ) pomoću piknometra ili mjerača digitalne gustoće.
Izračunajte kinematičku viskoznost: ν=μ / ρ.
Automatizirani viscometers:Moderni instrumenti automatiziraju kapilarnu metodu. Oni precizno kontroliraju temperaturu, otkrivaju meniskus (često optički), vremenski protok, izračunavaju viskoznost i čak mogu očistiti viskometer između uzoraka. Slijede isti temeljni princip, ali nude visoku propusnost i smanjenu pogrešku operatora.
Pad sfera Viscometer:Mjeri vrijeme koje je potrebno da se sfera poznate gustoće i promjera padne na fiksnu udaljenost kroz tekućinu u cijevi ispod gravitacije. Prvenstveno mjeri dinamičku viskoznost (putem Stokesovog zakona), ali kinematička viskoznost može se izračunati ako je poznata gustoća. Manje uobičajeno za standardno mjerenje kinematičke viskoznosti u usporedbi s kapilarnim metodama.
Ukratko:
UStandardna, primarna metodaza mjerenje kinematičke viskoznosti uključuje korištenje aKalibrirani stakleni kapilarni viskometer(poput ubbelohde) uronjen u avisoko stabilna kupka konstantne temperature, točno mjerenjevrijemePotrebno je da fiksni volumen tekućine teče između dvije marke pod gravitacijom i množenje ovog vremena s viscometeromkonstanta kalibracije. Strogo pridržavanje postupaka navedenih u standardima (ASTM D445, ISO 3104) i pažljiva pažnja na čistoću, kontrolu temperature i točnost vremena su ključni za pouzdane rezultate.