Вискозиметр

Полезная модель относится к области измерительной техники и предназначена для определения кинематической вязкости жидкостей путем измерения времени истечения определенного объема испытуемой жидкости под влиянием силы тяжести при постоянной температуре, и может быть использована в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности на любых предприятиях и заводах, где вязкостные свойства изготавливаемых или используемых жидкостей являются основным показателем их качества.
В настоящее время для измерения кинематической вязкости применяются следующие типы вискозиметров: ротационные, вибрационные, капиллярные, а также вискозиметры с падающим телом. Данные вискозиметры отличаются усложненной конструкцией.
Известен вискозиметр типа ВЗ-246 (ГОСТ 9070-75), использующийся для измерения условной вязкости жидкостей и представляющий собой чашу со сменными соплами диаметром 2, 4, 6 миллиметров, устанавливаемую в треногу.
Недостатком указанного вискозиметра является то, что с его помощью измеряется условная вязкость, и для вычисления кинематической вязкости необходимо использовать график зависимости истечения жидкости от вязкости, приведенный в приложении к ГОСТ 9070. Данный график ограничен временем истечения жидкости в 700 секунд через сопла диаметром 2 и 4 миллиметра и 400 секунд для сопла диаметром 6 миллиметров, что не позволяет измерить кинематическую вязкость для медленно текучих жидкостей.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности является вискозиметр, состоящий из стеклянного вискозиметра типа ВПЖ-4 с отсеченными по диагонали коленом и отводной трубкой, герметично соединенного с ним двухходового крана, также герметично соединенного со стеклянным шприцем, и выполненного с возможностью переключения системы на стеклянный шприц либо на атмосферу (RU №2612049, G01N 11/00).
Недостатком данного вискозиметра является то, что он хрупок (выполнен из стекла), сложен в изготовлении и эксплуатации, а также обладает значительной продолжительностью измерений (около 40 мин) и довольно сложной процедурой его наполнения испытуемой жидкостью, а также очистки между проводимыми испытаниями.
Задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, заключается в создании надежного, несложного и удобного в работе вискозиметра.
Технический результат полезной модели - сокращение времени определения кинематической вязкости с одновременным упрощением процедуры измерения, а также повышение надежности устройства.
Технический результат достигается тем что, в вискозиметре, представляющем собой емкость, в нижней части которой расположено отверстие, емкость выполнена в форме параллелепипеда, отверстие расположено в одной из ее вертикальных стенок, наклонено к основанию и имеет форму прямолинейного канала с прямоугольным поперечным сечением.
На фигуре представлен общий вид предлагаемого вискозиметра.
а
Вискозиметр представляет собой емкость, выполненную в форме параллелепипеда 1. В нижней части одной из его вертикальных стенок 2 расположено отверстие 3, ось которого наклонена к основанию 4 на угол α и имеет форму прямолинейного канала прямоугольного поперечного сечения с размерами сторон  и b.
В основу полезной модели положена зависимость расхода жидкости от ее вязкости, которая выводилась из уравнений Навье-Стокса при исследовании устойчивости течения тонкого слоя вязкой жидкости по склону под действием сил тяжести в работе авторов Звягина А.В., Колпакова В.П. «Течение вязкой жидкости по склону» (Вестник московского университета, серия 1, математика, механика, 2011, №5, УДК 532.5).
В соответствии с указанной статьей и выведенной в ней зависимостью расхода жидкости от ее вязкости, получаем:
а
где Q - расход жидкости,  и b - стороны прямоугольного поперечного сечения отверстия, α - угол наклона оси отверстия к основанию емкости, ν - кинематическая вязкость, g - ускорение свободного падения.
Из уравнения (1) можно выразить кинематическую вязкость через зависимость расхода жидкости через отверстие с определенными геометрическими параметрами, наклоненное к горизонтальной поверхности под известным углом:
.
Определение кинематической вязкости с применением предлагаемого к защите вискозиметра происходит следующим образом:
Исследуемая жидкость в объеме 100 мл наливается в емкость 1, отверстие 3, расположенное внизу одной из его вертикальных стенок 2 открывается и с помощью секундомера засекается время начала истечения жидкости через отверстие и время полного ее истечения. Разделив объем (100 мл) на время истечения (с), находится расход жидкости Q, а вычисление кинематической вязкости производятся по формуле (2).
Предлагаемое выполнение емкости 1 в форме параллелепипеда, дает возможность изготовить ее из металлических пластин и провести сборку с использованием, например, резьбовых соединений, что позволяет исключить легко бьющееся стекло для стенок вискозиметра, кроме того, облегчается процесс очистки емкости от остатков испытуемой жидкости перед последующими измерениями. А также появляется возможность замены пластины с отверстием на другую, имеющую другие размеры прямоугольного отверстия, что позволит производить исследование жидкостей с повышенной вязкостью, сократив при этом время измерений.
С использованием предлагаемого вискозиметра было произведено определение кинематической вязкости эпоксидных смол, а также лаков. Измерив время истечения жидкости и зная геометрические параметры вискозиметра (а, b, α), легко получить искомую величину кинематической вязкости. Кроме того, после проведенных измерений, не представляет большого труда провести разборку и протирку вискозиметра ветошью, пропитанной растворителем.
Предлагаемый вискозиметр надежен, несложен и удобен в работе, его применение позволит сократить время определения кинематической вязкости любой жидкости, значительно упростит процедуру измерения, а также повысит надежность.