Тема 4. измерение плотности и вязкости

Прин­цип действия капиллярных вискозиметров основан на законо­мерности истечения жидкости через капилляр, описываемой зако­ном Пуазейля:

, (4.1)

где Q – объемный расход жидкости; R и L – внутренний радиус и длина капилляра; η – динамическая вязкость; P₁, Р₂ – давление до и после капилляра по потоку.

При постоянном объемном расходе жидкости выражение (4.1) можно преобразовать к виду

, (4.2)

где k = 8LQ/πR⁴– постоянный коэффициент для принятого расхода жидкости.

Таким образом, для определения динамической вязкости жидкости достаточно при постоянном объемном расходе измерять перепад давлений на капилляре.

Принцип действия шариковых вискозиметров основан на измерении скорости (или времени) движения шарика под действием сил тяжести и трения в анализируемой жидкости. Это движение описывается законом Стокса:

, (4.3)

где V – скорость равномерного падения шарика; ρ_ши ρ_ж – плотности материала шарика и жидкости; g – ускорение свободного падения; R – радиус шарика; η – динамическая вязкость. Учитывая, что плотность анализируемой жидкости изменя­ется незначительно и что она в несколько раз меньше плотности шарика, выражение (4.3) можно преобразовать к виду

, (4.5)

где – постоянный коэффициент. Обычно измерение скорости V сводится к измерению отрезка времени τ, за который шарик, падая с постоянной скоростью, проходит некоторый постоянный отрезок пу­ти L между двумя при­нятыми отметками. В этом случае

, (4.6)

где k = L/k₁ – постоян­ный коэффициент.

Принцип действия вибрационных плотномеров основан на зависимости частоты колебаний, сообщаемых камере с анализируемым веще­ством или телу, размещенному в нем, от плотности этого вещества. Камера с анализируемым веще­ством или тело, размещенное в нем, называется резонатором. Часто­та собственных колебаний f резонатора, заполненного анализируемым веществом с плотностью ρ или находя­щегося в нем, описывается выражением

, (4.7)

где f₀ – частота колебаний резонатора при начальном значении плотности анализируемого вещества; k – константа, зависящая от конструкции резонатора.

Вопросы по теме 4

4-1. Какому значению плотности контролируемой среды – минимальному, среднему или максимальному – должна соответствовать плотность жидкости, заполняющей компенсационный цилиндр вибрационного плотномера? Почему?

4-2. Как изменится диапазон измерения капиллярного вискозиметра при увеличении диаметра капилляра в 2 раза?

4-3. Всегда ли при хроматографическом анализе газовой смеси, все компоненты которой имеют одинаковую концентрацию, площади хроматографических пиков также будут одинаковы?

4-4. Термохимический газоанализатор настроен на определение в воздухе метана. Пороговая концентрация составляет 5%. Надо ли изменять настройку при переходе на другой горючий газ (пороговая концентрация не меняется)?

4-5. Как зависит диапазон измерения вискозиметра с падающим шариком от диаметра последнего?

4-6. Почему для питания датчиков термокондуктометрических и термохимических газоанализаторов необходим источник стабилизированного тока?

4-7. Можно ли использовать термокондуктометрический газоанализатор для контроля содержания горючих газов, а термохимический газоанализатор – для контроля содержания негорючих газов?

4-8. Измерительная схема диэлькометрического гигрометра представляет собой неуравновешенный мост. Возможна ли работа этого прибора по схеме уравновешенного моста? Если да, то что в этом случае надо изменить в схеме?

4-9. Если в диэлькометрическом влагомере отключить сравнительный конденсатор, в какой части диапазона измерения – начальной, средней или максимальной – погрешность от влияния сорта нефти будет больше?

4-10. Как изменится чувствительность вискозиметра с падающим шариком при уменьшении диаметра последнего?

4-11. Вискозиметр с падающим шариком снабжен шариками трех различных диаметров, выполненных из одинакового материала. Какой из них соответствует наименьшему диапазону измерений?

4-12. Как изменяется емкость диэлькометрического гигрометра – увеличивается или уменьшается – при увеличении влажности газа? Нарисуйте примерный вид статической характеристики гигрометра.

4-13. Зависит ли чувствительность оптико-акустического газоанализатора от абсолютного значения интенсивности светового потока?

4-14. Зависит ли чувствительность оптико-акустического газоанализатора от длины волны светового излучения?

4-15. В капиллярном вискозиметре вышел из строя термостат, поэтому измерение производится при температуре окружающей среды. Изменятся ли показания вискозиметра? Если да, то в какую сторону – завышения или занижения действительного значения вязкости?

4-16. Влияет ли на чувствительность оптико-акустического газоанализатора длина измерительной камеры?

4-17. Нарисуйте примерный вид статической характеристики вибрационного плотномера. С какого значения частоты она будет начинаться?

4-18. Изменится ли диапазон измерения оптико-акустического газоанализатора, если уменьшить толщину измерительной и сравнительной камер?

4-19. Вискозиметр с падающим шариком снабжен тремя шариками одного диаметра, выполненными из материала с различной плотностью. Какой из них соответствует наибольшему диапазону измерений?

4-20. Как изменится диапазон измерения капиллярного вискозиметра при одновременном увеличении в два раза его длины и диаметра?