Конструкции ротационных вискозиметров с чувствительным преобразователем в виде пары соосных цилиндров

Конструкция и принцип действия таких ротационных вискозиметров проиллюстрированы на рис. 8.10, д. Исследуемый материал 9 помещают в зазор между двумя длинными (вертикально расположенными) соосными цилиндрами 7 и 8. Один из этих цилиндров (ротор) приводится во вращение с определенной угловой скоростью , в то время как второй цилиндр (статор) остается неподвижным и воспринимает вращающий момент, передаваемый на него исследуемой жидкостью. Варьируя угловую скорость вращения подвижного цилиндра, можно изменять величину скорости сдвига в слое исследуемой жидкости 9. Изменение вращающего момента на статоре (неподвижном цилиндре) в зависимости от числа оборотов ротора (подвижного цилиндра) можно интерпретировать [33] как связь между напряжением сдвига и скоростью сдвига .

Возможен вариант осуществления измерений на основе двух соосных цилиндров, когда вращается внутренний цилиндр 8, а наружный цилиндр 7 неподвижен. Однако, чаще всего используют ротационные вискозиметры (см. рис. 8.10, д), у которых вращается наружный цилиндр 7, а вращающий момент, передаваемый исследуемой жидкостью 9, воспринимается неподвижным внутренним цилиндром 8. В этом случае, показанном на рис. 8.10, д, обеспечиваются наилучшие условия для сохранения ламинарного режима сдвигового течения исследуемой жидкости 9 в зазоре между вращающимся цилиндром 7 и неподвижным цилиндром 8.

Примечание. Отметим, что при вращающемся внутреннем цилиндре 8 и неподвижном наружном цилиндре 7, сдвиговое течение исследуемой жидкости 9 (в зазоре между цилиндрами 7 и 8) является значительно менее устойчивым, т.е. возможен переход ламинарного режима течения в турбулентный режим при значительно меньших значениях числа Рейнольдса (по сравнению со случаем, когда вращается наружный цилиндр, а внутренний цилиндр неподвижен).

Данному типу ротационных приборов свойственны концевые эффекты вблизи обоих торцов внутреннего цилиндра 8. В правильно сконструированном ротационном вискозиметре влияние данного эффекта можно существенно уменьшить, но полностью устранить его нельзя. Тем не менее этот эффект можно исключить из результатов путем проведения двух опытов при одинаковых скоростях вращения, но при двух различных уровнях исследуемой жидкости (см. рис. 8.10, д) в кольцевом зазоре [33].

Еще одним недостатком ротационных вискозиметров с преобразователем в виде двух соосных цилиндров является необходимость введения существенной по величине температурной поправки для компенсации тепловыделений, обусловленных диссипацией механической энергии из-за внутреннего вязкого трения при сдвиговом течении исследуемой жидкости в зазоре между цилиндрами [33]. Для уменьшения величины такой поправки, хотя бы один неподвижный цилиндр следует термостатировать за счет пропускания теплоносителя с постоянной температурой через встроенную водяную рубашку. При тонком кольцевом зазоре , выделяющееся при больших скоростях сдвига тепло хорошо передается теплоносителю в водяную рубашку через металлическую стенку неподвижного цилиндра.