Лекция № 8. Ротационная вискозиметрия проводиться на приборах, где исследуемую массу помещают в зазоре между вращающейся и неподвижной частями

Ротационная вискозиметрия проводиться на приборах, где исследуемую массу помещают в зазоре между вращающейся и неподвижной частями, например, между коаксиальными цилиндрами. Масса, соприкасаясь с вращающейся частью вискозиметра, увлекает за собой всю имеющуюся в зазоре массу. Фиксируя частоту вращения и усилие для его осуществления, определяют напряжение и скорость сдвига. Меняя частоту вращения, можно получить достаточное количество точек для построения кривой теченияДля многих пищевых масс, имеющих высокую вязкость, употребление ротационного вискозиметра не представляется возможным по ряду причин. Например, при использовании прибора типа цилиндр-цилиндр, где исследуемую массу помещают в узком зазоре между наружным и внутренним цилиндрами. Возникают две противоположные задачи: необходимо иметь большой зазор для удобного, равномерного заполнения его довольно густой исследуемой массой, в то же время, зазор должен быть возможно меньшим, так как только при небольшом отношении его толщины к диаметру цилиндров можно считать, что во всех точках находящейся в зазоре массы скорости сдвига одинаковы, что необходимо для простого применяемого метода расчета по экспериментальным данным реологических характеристик массы. Ротационная вискозиметрия широко применяется в исследовании пищевых масс. Например бараночного и хлебопекарного теста, конфетной массы пралине, сливочной помадки, мясного фарша, а также мыла и т. п. Так данные ротационной вискозиметрии можно использовать для определения оптимальной продолжительности перемешивания масс.

Формы воспринимающего элемента (ротора)

Форма зависит от вида исследуемого материала (ньютоновский или неньютоновский) и диапазона измеряемых значений вязкости (см. рис.10).

Рис. 10. – Принципиальные схемы ротационных вискозиметров:

а, б – коаксиальные цилиндры; в – сфера; г – полусфера; д – конус; е – плоскопараллельные пластины; ж – плоские кольца; з – конические кольца;

комбинации: и – цилиндр – диск; к – цилиндр – полусфера; л – конус – диск;

м – цилиндр – конус; н – цилиндр – конус – диск.

При анализе таких жидкостей, как водные растворы, вино, жидкое масло при повышенной температуре, вязкость которых не зависит от скорости сдвига в измерительном зазоре применяют роторы любой формы (наиболее часто цилиндр – цилиндр или конус – конус). Неньютоновские материалы, вязкость которых зависит от скорости сдвига, можно испытывать на ротационных вискозиметрах, имеющих измерительные поверхности типа цилиндр – цилиндр с малым рабочим зазором. Для исследования высоковязких материалов рекомендуется применять измерительные поверхности типа конус – плоскость с рабочим зазором от 0,2 до 0,5 мм. Такие типы роторов позволяют получать в рабочем зазоре равномерное распределение напряжений сдвига. Для измерения очень малых вязкостей ньютоновских жидкостей применяют воспринимающие поверхности колокольного типа.

Наибольшее распространение в пищевой промышленности получили коаксиально – цилиндрические поверхности для измерения характеристик вязких и вязкопластичных продуктов.

Известны два основных варианта прибора с коаксиальными цилиндрами.

В первом испытуемый материал помещается в зазор между роторами, один из которых приводится в равномерное вращательное движение, а другой цилиндр подвешен на упругой нити или упруго связан с измерительной системой. Вязкость вычисляется по скорости первого цилиндра и по углу поворота второго цилиндра относительно его начального положения. Этот метод применяется в основном для исследования маловязких жидкостей и газов.

Во втором варианте внешний цилиндр неподвижен, внутренний приводится во вращение с помощью падающего груза или электродвигателя через силоизмерительную систему.

Классификация роторных визкозиметров:

1. По форме воспринимающего элемента и сосуда с исследуемой жидкостью.

2. По методу измерения момента сопротивления:

W приборы непосредственной оценки (при вращении цилиндра засчет вязкости материала на роторе возникает момент сопротивления);

W приборы нулевого сравнения.(в обмотку управления чувствительного элемента подается напряжение. которое вызывает момент, равный моменту сопротивления на роторе. При равенстве моментов ротор. чувствительный элемент останавливаются.)

Виды воспринимающих элементов:

W Цилиндр (для жидкостей средней и высокой вязкости – от 50 до 10⁶ МПас);

W Колокол (для жидкостей низкой вязкости – от 2 до 10³ МПас, например, масло. фруктовые соки, разбавленные растворы);

W Цилиндр с коническим дном (материалы со средним значением вязкости);

W Конус (для высоковязких материалов. трудноудаляемых после измерения);

W Звездообразный, игольчатый (для грубых дисперсных и негомогенных материалов).

Принцип работы визкозиметров с коаксильными цилиндрами:

W вращается внутренний цилиндр и на нем измеряется момент;

W вращается внутренний цилиндр. а момент измеряется на внешнем;

W вращается внешний цилиндр, а момент измеряется на внутреннем;

W вращается внешний цилиндр и момент измеряется на внешнем.