Ротационный метод вискозиметрии

Ротационный метод вискозиметрии заключается в том, что исследуемая жидкость помещается в малый зазор между двумя телами, необходимый для сдвига исследуемой среды. Одно из тел на протяжении всего опыта остаётся неподвижным, другое, называемое ротором ротационного вискозиметра, со­вершает вращение. Очевидно, что вращательное движение ротора вискози­метра передается к другой поверхности (посредством движения вязкой сре­ды; отсутствие проскальзывания среды у поверхностей тела предполагается, таким образом рассматриваются). Отсюда следует тезис: момент вращения ротора ротационного вискозиметра является мерой вязкости

Имеются три различных типа измеряющих систем:

1. коаксиальная цилиндрическая система: состоит в большинстве случа­ев из статической кюветы и измерительного цилиндра вращающегося внутри нее. Система предназначена, в основном, для исследования свободно-текущих образцов.

Реально, в вискозиметрах, течение Куэтта осуществляется между двумя вертикальными соосными (коаксиальными) цилиндрами. Вращению подвер­гается либо внешний цилиндр (собственно течение Куэтта), либо внутренний цилиндр (течениеТейлора). Другой цилиндр неподвижен и служит элементом датчика, измеряющего вращательный момент. В зазор между боковыми стенками помещается исследуемая жидкость. Толщина зазора должна быть не более 0,1 от радиуса цилиндров (условие однородности поля скоростей сдвига). Скорость сдвига вычисляется по формуле:

γ₁=A/T_i где T_i - время одного оборота цилиндра,

где R₁ и R₂ - радиусы внутреннего и наружного цилиндров, или

где R-средний радиус; h - толщина зазора.

2. система «Конус / Плоскость»: измеряющий конус вращается на статической пластине.

Из-за теоретической основы эта система измерения является наиболее точ­ной однако не подходит для веществ с частицами, имеющими диаметр более 10 мкм. Основу составляет неподвижная пластина и перевернутый конус касающийся пластины только вершиной. В зазор между конусом и пластиной помещается исследуемая жидкость. Угол между поверхностями конуса и пластины (φ₀) очень мал и находится в пределах 1-5 град (0,017-0,087 рад), что является условием однородности поля скоростей сдвига во всем объеме исследуемой жидкости. Скорость сдвига вычисляется по формуле: γ=Ω/φ₀, где (Ω - угловая частота вращения конуса и пластины). Зазор у вершины ко­нуса очень мал и соизмерим с размером эритроцита. Малость зазора и суще­ственность эффектов оседания делают, проблематичным использование этих вискозиметров для крови.

3. система «Плоскость /Плоскость»: Вращающаяся верхняя пластина ус­тановлена на заданной высоте относительно статической нижней пластины. Для исследований крови не применяется.

Материал для исследования: Для клинической вискозиметрии использует­ся венозная кровь, стабилизированная гепарином (50-100 ЕД/мл = 0,01 мл раствора гепарина, содержащего 5000ЕД/1мл на 1 мл исследуемой крови или трилоном Б (0,3 мл 7% раствора на 10 мл крови), а также плазма и сыво­ротка крови.

Правило исследования: В клинических исследованиях вязкость крови сле­дует измерять в диапазоне скоростей сдвига от 1 до 500 с^-1 (наиболее целе­сообразно — при скоростях сдвига 1, 5, 10, 25, 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300 и 500 с^-1 для вискозиметров с дискретной установкой скоростей сдвига),

Примечание: Начинать измерение следует с высоких скоростей сдвига.

В системах, в которых задаются напряжения сдвига, следует использовать диапазон от 0,002Н/м² до 2,5Н/м².

Поскольку вязкость крови зависит от скорости сдвига, то для крови ис­пользуется понятие кажущаяся вязкость (viscosity, apparent viscosity) —η_а. Кажущаяся вязкость измеряется с помощью реометра — инструмента, опре­деляющего этот показатель, например, при некоторых напряжениях сдвига или скоростях сдвига.

В целом вязкость крови также представляет собой аномальную вязкость (anomalous viscosity).

Аномальная вязкость - это способность многих комплексных жидкостей (кровь, суспензии, эмульсии) изменять свое внутреннее трение или вязкость в ответ на изменения соответствующих потоковых сил. Т.к. при этом комплексная жидкость не имеет постоянной вязкости, величина ее кажущейся вязкости моет быть выявлена только при точно определенных экспериментальных условиях, а сама эта величина существует только при данных наложенных условиях. Поэтому, представляя величину вязкости крови (реально, кажущейся вязкости крови), следует указывать, при какой скорости сдвига получено это значение.

Одним из традиционных способов графического выражения данных кли­нической вискозиметрии представляет зависимость напряжения сдвига от скорости сдвига.

График начинается не в начале координат, а при некотором предельном значении напряжения сдвига —То, в начальной части график: криволинеен, затем он переходит в прямую.

Другой традиционный способ графического представления вискозиметрических данных выполняется в координатах: вязкость (η, мПа·с), как функция от скорости сдвига (γ, с^-1) - кривая вязкости.

При скоростях сдвига свыше 200-250-300 с^-1 гемореологическая кривая практически выходит на плато, т.е снижение вязкости крови столь мало, что лежит за пределами чувствительности измерительной аппаратуры.