Поверхностные и компрессионные характеристики

Особое место среди структурно-механических свойств занимают поверхностные свойства (адгезия, когезия, коэффициент трения). Они характеризуют усилие взаимодействия между рабочими поверхностями оборудования и перерабатываемого продукта при отрыве или сдвиге.

В процессе технологической обработки пищевые материалы находятся в контакте с поверхностями различных рабочих органов машин, транспортирующих устройств и т.п. Характер течения массы по каналам формующих машин разных типов (шнековых, валковых, шестерённых и др.), а также по технологическим трубопроводам определяется как её структурно-механическими свойствами, так и силами сцепления с поверхностями контакта.

Адгезия – это слипание поверхностей двух разнородных материалов. Это явление часто встречается в природе и широко используется в технике. Под когезией понимают сцепление частиц внутри рассматриваемого тела. Для пищевых материалов характерны разные виды отрыва (рис. 1.7): а) адгезионный; б) когезионный; в) смешанный – адгезионно-когезионный.



а) б) в)

Рис. 1.7. Виды отрыва материала:

а) адгезионный; б) когезионный;

в) смешанный – адгезионно-когезионный
В ряде случаев для двух или более фазовых систем установить границу разрушения сложно. Поверхность пластины после отрыва может быть смочена дисперсионной средой или покрыта тончайшей плёнкой тонкодисперсной фракции исследуемого продукта.

Общей количественной теории адгезии пока нет, хотя весьма плодотворны попытки комплексного объяснения адгезии на основе различных механизмов взаимодействия. В этом смысле для разработки теоретических представлений об адгезии перспективны фундаментальные работы академика П.А. Ребиндера об адсорбции и поверхностной активности тонких плёнок. В результате остроумных и тонких экспериментов В.А. Пчелин установил для растворов белковых веществ поверхностное натяжение, диэлектрическую постоянную, поверхностный потенциал и др. В явлении адгезии белковых веществ, как следует из теоретических представлений Б.В. Дерягина, участвуют, кроме Ван-дер-Ваальсовых сил притяжения, электростатические силы, обусловленные возникновением двойного электрического слоя на поверхности.

Величину адгезии двух тел принято характеризовать: силой отрыва; удельной работой отрыва, отнесённой к единице площади; временем, необходимым для нарушения связи между субстратом и адгезивом под действием определённой нагрузки. Наиболее распространёнными методами испытания являются:

1. 
   неравномерный отрыв, который позволяет выявить изменения в значениях адгезионной прочности на отдельных участках испытуемого образца;
   
2. 
   равномерный отрыв, при котором измеряют значение усилия, необходимого для отделения адгезива от субстрата одновременно по всей площади контакта;
   
3. 
   сдвиг одного материала относительно другого.
   

Часто адгезию характеризуют минимальной силой, необходимой для отрыва. Эту величину называют адгезионной прочностью, адгезионным давлением (напряжением), давлением прилипания или удельным прилипанием.

На формирование адгезионной связи большое влияние оказывают реологические свойства адгезива, чистота поверхности подложки и её топография, продолжительность контактирования адгезива и субстрата, давление при контакте, температура адгезива и подложки, скорость отрыва от подложки.

При эксплуатации оборудования, а также при проектировании и создании новых машин необходимо учитывать адгезионные явления, для того чтобы правильно выбрать материал деталей или покрытий, установить оптимальный режим работы. Например, при производстве мягких сортов конфет из пралиновых масс, сливочной помадки и ряда других в зависимости от назначения тех или иных органов машины приходится или увеличивать их адгезионное взаимодействие, или добиваться минимального прилипания. Так, если в питающей зоне формующей машины прилипание массы к стенкам должно быть наименьшим, то в шнековой камере – наибольшим. Поверхность же шнека в противоположность выше сказанному должна быть гладкой, выполненной из материала, наименее прилипающего к массе. Для валкового нагнетателя характерно максимальное увеличение сил взаимодействия массы с поверхностью валков, что повышает эффективность работы машины.

Хотя до настоящего времени природа адгезии не выявлена, известно несколько теорий, объясняющих физико-химическую сущность адгезионных явлений:

1. 
   по адсорбционной теории Дебройна и Мак-Ларена, адгезия связана с действием межмолекулярных сил: физических – Ван-дер-Ваальсовых или химических, например ковалентно-ионных;
   
2. 
   по электрической теории Б.В. Дерягина и Н.А. Кротовой – с разностью потенциалов на границе разнородных тел, т.е. с возникновением в зоне контакта своеобразного электрического молекулярного конденсатора, обусловленного двойным электрическим слоем;
   
3. 
   по электромагнитной – с электромагнитным взаимодействием, т.е. излучением и поглощением электромагнитных волн атомами и молекулами, что может реализоваться в конденсированных телах;
   
4. 
   по электрорелаксационной теории Н.М. Москвитина – с двойным электрическим слоем и скоростью отрыва, измерение которой вызывает появление деформационной составляющей силы или работы разрушения, связанной со скоростью протекания релаксационных процессов в разрушенном соединении;
   
5. 
   по диффузионной теории С.С. Воюцкого и Б.В. Дерягина – с диффузией концов макромолекул через границу первоначального контакта, в результате чего в предельном случае граница раздела фаз может исчезать; подобна этой механическая теория, согласно которой адгезионный контакт образуется за счёт механического зацепления молекулярных или надмолекулярных образований с микронеровностями поверхности;
   
6. 
   по термодинамической теории – с поверхностным натяжением, которое обуславливает, по правилу Дюпре, работу по замене поверхности раздела «твёрдое тело – жидкость» поверхностью «твёрдое тело – газ», что реализуется при отрыве диска от продукта.
   

Формально адгезия определяется как удельная сила нормального отрыва пластины от продукта:

р₀ = F₀ / A₀, (1.18)

где: F₀ – сила отрыва, Н;

A₀ – геометрическая площадь пластины, м².

Трудно разделить силы трения и адгезии, возникающие при относительном смещении соприкасающихся поверхностей двух тел. Связь сил трения и адгезии определяется уравнением Дерягина:

, (1.19)

где: F – сила внешнего трения, Н;

μ – истинный коэффициент трения;

N – нормальная нагрузка, Н;

А₀ – площадь истинного контакта, м²;

р₀ – удельное прилипание, действующее на участках

площади A₀, Па.

Внешнее трение – взаимодействие между телами на границе их соприкосновения, препятствующее относительному их перемещению вдоль поверхности соприкосновения. Оно зависит от усилия нормального контакта и липкости, определяется по двучленному закону Б.В. Дерягина:

F_ТР = f ∙ (F_К + р₀ ∙ A₀), (1.20)

где: f – истинный коэффициент внешнего трения;

F_К – сила, пропорциональная поверхности сдвига.

Если величины в уравнении (1.20) разделить на площадь истинного контакта А₀, то мы получим следующие уравнения:

F_ТР = f ∙ (F_К + р₀), или F_ТР = f ∙ F_К + θ^*₀. (1.21)

В ряде случаев удобнее оперировать эффективным коэффициентом внешнего трения, который вычисляется по зависимости:

f_ЭФ = F_ТР / F_К, (1.22)

и может быть связан с величиной истинного коэффициента трения:

f_ЭФ = f ∙ (1 + р₀ / р_К). (1.23)

Уравнение (1.23) можно применить для вычисления как чистого трения, так и трения по поверхностной плёнке материала. Тогда θ^*₀ можно отождествить с предельным напряжением сдвига в плёнке, f∙F_К представляет собой касательное напряжение, вызванное внешним давлением F_К; коэффициент трения f характеризует скольжение в сдвигаемой плёнке.

Компрессионные свойства используются для расчета рабочих органов машин и аппаратов и для оценки качества продукта, например, при растяжении – сжатии. К ним относятся коэффициент бокового давления, коэффициент Пуансона, модули упругости и д.р. Кроме того, ряд механических моделей, приведенных выше (Максвелла, Кельвина и д.р.) описывают поведение продукта при осевом или объемном деформировании.

Плотность, как одно из компрессионных свойств, является существенной характеристикой при расчете ряда машин и аппаратов и при оценке качества продукта. Среднюю плотность ρ, кг/м³, для сравнительно небольшого объема определяют из соотношения:

ρ = М / V, (1.24)

где: М – масса продукта, кг;

V – объем продукта, м³.

Истинная плотность равна пределу отношения массы к объему, когда последний стремится к нулю.

Между плотностью ρ и удельным весом γ [Н/м³] существует простая зависимость:

γ = ρ ∙ g, (1.25)

где: g – ускорение свободного падения, м/с².

Плотность смеси из нескольких компонентов, когда они не вступают во взаимодействие, при котором меняется состав или объем смеси, можно вычислить по зависимости:

или , (1.26)

где: с_i – концентрация одного из компонентов в смеси, кг на 1 кг смеси;

ρ_i – плотность компонента, кг/м³;

i – число компонентов.

2. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ РЕОМЕТРИИ

ПИЩЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ
2.1 Методы измерений
Совокупность объектов реологических исследований в пищевой промышленности охватывает широкий диапазон агрегатных состояний материалов, начиная от твёрдых тел и кончая маловязкими жидкостями. Это, а также разнообразие целей реологических исследований, требует применения исключительного разнообразия приборов, как по принципу действия, так и по конструктивным особенностям.

Методы физико-химической механики находят все большее применение в различных областях производства пищевых продуктов. Определение структурно-механических свойств (СМС) пищевых масс связано с необходимостью постоянного технологического контроля производства. Существенные отклонения СМС от принятых норм могут сказаться не только на снижении качества готовых изделий, но и на снижении производительности оборудования при проведении отдельных технологических процессов. Поэтому, основной задачей реометрии является определение изменений свойств материала, происходящих под влиянием тех или иных факторов.

Методы измерения СМС весьма многочисленны, что обусловлено с одной стороны, огромным разнообразием реальных жидкостей и дисперсных систем, а с другой стороны, широким кругом практических условий их течения.

По виду измеряемой величины реологические методы делятся на четыре группы (таблица 2.1). Эта классификация в определённой мере условна, так как некоторые приборы позволяют варьировать две величины при постоянной третьей.

Первые два метода получили наибольшее распространение, особенно в вискозиметрии. Первый метод – метод постоянной скорости сдвига – реализуется обычно путём применения электромеханического или гидравлического привода. При этом сила сопротивления среды измеряется различными динамометрами.

Второй метод – метод постоянной нагрузки или – конструктивно значительно проще, так как скорость перемещения или вращения измерительного тела легко измерить обычным секундомером или записать на диаграммной ленте.

Таблица 2.1. Классификация методов измерения реологических

характеристик

Измеряемая величина	Постоянные величины	Пример прибора
Динамическая (сила, момент, напряжение)	Геометрические, кинематические	Вискозиметр "Reotest"; универсальный прибор ВНИИМПа; сдвигометр Симоняна
Кинематическая (время, скорость)	Динамические, геометрические	Вискозиметры: РВ – 8, Оствальда, Уббелоде, Гепплера
Геометрическая (длина, площадь, объём)	Динамические, кинематические (время)	Пенетрометры (конический пластометр КП – 3 и др.)
Энергия (мощность)	Геометрические, кинематические	Фаринограф Брабендера, прибор Большакова – Фомина; приборы, дающие диаграмму сила – расстояние

При третьем методе измерения постоянная сила нагружения обусловлена неизменной массой подвижной части прибора. Время измерения обычно постоянно (180 – 300 с) и принимается несколько больше, чем период релаксации. На приборах измеряют глубину погружения в материал индентора специальной формы при уменьшающейся скорости, которая в пределе достигает нуля.

Четвёртый метод позволяет по площади диаграммы, получаемой в координатах «сила – перемещение», определить энергию деформирования, а ордината на диаграмме показывает усилие. Кроме того, в приборах этой группы энергия может быть вычислена по мощности, если прибор снабжён самопишущим или показывающим ваттметром или счётчиком.

По классификации М.П. Воларовича реологические методы исследования и приборы можно разделить на интегральные, дающие возможность определять суммарный эффект течения, и на дифференциальные, позволяющие непосредственно наблюдать деформацию во времени в каждой точке дисперсной системы при ее течении.

Дифференциальные методы позволяют наблюдать изменение поля напряжений и деформаций во времени при исследовании сложных случаев течения структурированных систем. При этом наблюдения могут вестись визуально, а также с помощью рентгеноскопии, микрокиносъемки и т. д. Дифференциальные методы позволяют получить лишь качественную характеристику исследуемого явления. Например, при исследовании течения вязкопластичного материала в зазоре между двумя цилиндрами М.П. Воларович с сотрудниками перед исследованием нанесли на поверхность материала алюминиевую пудру. При деформировании (при вращении внутреннего цилиндра) на поверхности материала четко обозначились две зоны: а) зона пластического течения; б) зона упругого состояния (рис 2.1).

Интегральные методы позволяют наблюдать суммарный эффект течения. В зависимости от условий исследования при помощи модельного анализа в каждом отдельном случае определяют число независимых характеристик механических свойств изучаемой системы, необходимых для решения поставленной задачи. Наиболее совершенными являются методы капиллярной и ротационной вискозиметрии, внедрения конуса, продольного смещения пластинки, а также шариковые вискозиметры.

2.2 Классификация реометров
При планировании и организации реометрических исследований большое значение имеет классификация приборов и методов исследований. М. Рейнер делит реометры на три типа:

1. 
   Приборы, на которых реализуется однородная деформация. Например, машины для испытания твердых тел на растяжение и сжатие.
   
2. 
   Приборы ламинарного полуоднородного сдвига, обработка данных на которых вследствие неоднородного поля деформаций требуют интегрирования или дифференцирования эмпирических результатов. Это, например, ротационные и капиллярные вискозиметры.
   
3. 
   Приборы, на которых реализуется ламинарное течение более сложного вида. Например, вискозиметры с падающим шариком.
   

Приборы для изучения реологических свойств по их физико-математической обоснованности можно подразделить на абсолютные, относительные и условные.

На приборах первой группы получают значения исследуемых характеристик в абсолютных единицах.

При работе на приборах второй группы осуществляют их предварительную тарировку на эталонных материалах, характеристики которых в условиях проведения опыта заведомо известны. В результате экспериментов получают относительные значения, которые с учетом тарировочных графиков легко пересчитываются в абсолютные.

На приборах третьей группы получают некоторые условные величины, характерные для данного прибора. Эти условные характеристики могут быть использованы для сравнения различных масс, а также для изучения влияния на испытуемые материалы технологических и других факторов в процессе производства. Условные показатели имеют лишь качественный характер и не могут быть использованы для расчета машин и оборудования.

Данные, полученные на приборах первых двух групп, являющихся теоретически обоснованными, могут быть применены, как для оценки качества пищевых продуктов, так и для расчета рабочих узлов машин и выбора оптимальных режимов их работы.

Условия, при которых проводятся исследования на производстве, а также используемые методы и приборы определяются поставленной задачей. В соответствии с этим приборы, предназначенные для измерения СМС пищевых материалов, могут быть разделены на четыре группы:

1. 
   промышленные приборы, устанавливаемые непосредственно на технологических машинах и регистрирующие свойства масс в потоке;
   
2. 
   лабораторные приборы массового назначения для проведения ускоренного контроля за ходом технологического процесса;
   
3. 
   приборы, позволяющие проводить более углубленные испытания в лабораториях предприятий;
   
4. 
   приборы, предназначенные для исследовательских целей, для измерения некоторых специфических физических свойств материалов.
   

При выборе метода исследования и приборов для определения реологических свойств какого-либо материала необходимо помнить об условиях, в которых последний находится в перерабатывающих машинах.

В некоторых случаях измерение реологических параметров одного продукта различными методами дает неодинаковые результаты. Это объясняется тем, что каждый метод измерения характеризуется определенными геометрическими, кинематическими и динамическими параметрами прибора и условиями проведения опыта. Указанные параметры и условия обусловлены теоретическими положениями, при разработке которых всегда вводятся определенные допущения. При научно обоснованной методике эксперимента измеряемые величины должны иметь одинаковые значения независимо от способов измерения и конструкции прибора.

2.3 Приборы для измерения сдвиговых характеристик
Сдвиговые свойства проявляются при касательном смещении слоев продукта. Приборы для измерения указанных свойств по принципу действия делятся на следующие группы: вискозиметры (ротационные; капиллярные; с падающим шариком); пенетрометры; приборы с плоскопараллельным смещением пластин.
2.3.1 Ротационные вискозиметры
Ротационные вискозиметры широко применяются во многих отраслях пищевой промышленности в технологических лабораториях предприятий, в научно-исследовательских организациях. Вискозиметры служат для контроля качества исходного сырья, полуфабрикатов и готового продукта, а также для контроля технологических процессов.

Идея ротационных вискозиметров заключается в том, что меру сопротивления сдвиговому течению можно определить, измеряя крутящий момент и угловую скорость при относительном вращении, например, коаксиальных (соосных) цилиндров, в зазоре между которыми находится вязкая жидкость. Схема ротационного вискозиметра с коаксиальными цилиндрами изображена на рис. 2.2, где для определенности внутренний цилиндр неподвижен, а наружный вращается с угловой скоростью ω.

В вискозиметрах с вращающимися цилиндрами, в особенности при малом зазоре между ними, характер течения продукта близок к простому сдвигу, что упрощает обработку опытных данных. Диапазон материалов, свойства которых контролируются на ротационных вискозиметрах, достаточно широк: сиропы, молоко, молочные консервы, творожные массы, бражки, кремы, шоколад и конфетные массы при повышенной температуре, фарши и др.

Рис. 2.2. Схема течения в ротационном вискозиметре

с коаксиальными цилиндрами
При коэффициент динамической вязкости определяется по формуле Маргулеса:

, (2.1)

где: R_В – радиус внутреннего цилиндра, м;

R_Н – радиус внутреннего цилиндра, м;

М – крутящий момент, приложенный к внешнему

цилиндру, об/мин;

ω – угловая скорость наружного цилиндра, рад^–1;

L – высота слоя между цилиндрами, м.

При расчетная формула вискозиметра имеет вид:

, (2.2)

где: α – геометрический симплекс.

. (2.3)

Между формулами (2.1 и 2.2) существует следующая связь:

. (2.4)

По форме измерительных поверхностей различают ротационные приборы с системами: коаксиальные цилиндры, сферы или полусферы; два конуса, две плоскопараллельные пластины, два плоских кольца или два конических кольца; цилиндр – диск; цилиндр – полусфера; конус – диск; цилиндр – конус; цилиндр – конус – диск. Некоторые из них представлены на рис. 2.3.

а) б) в)

г) д)
Рис. 2.3. Схемы измерительных поверхностей

ротационных вискозиметров:

а) коаксиальные цилиндры; б) две полусферы; в) два конуса,

г) две плоскопараллельные пластины, д) два плоских кольца
Форма воспринимающего органа (ротора) зависит от вида исследуемого материала (ньютоновский или неньютоновский) и диапазона измеряемых значений вязкости. Наибольшее распространение в пищевой промышленности получили вискозиметры с коаксиально-цилиндрическими измерительными поверхностями.

Известны два основных варианта прибора с коаксиальными цилиндрами. Первый из них заключается в следующем: испытуемое вещество помещается в наружный цилиндр, приводимый во вращательное равномерное движение, т.е. при постоянной скорости сдвига (), а крутящий момент на внутреннем цилиндре, переданный через испытуемый материал, замеряется по закручиванию упругого элемента, на котором подвешен этот цилиндр (вискозиметр Куэтта, Мак-Майкеля и др.).

При втором варианте прибора: внешний цилиндр неподвижен, а внутренний цилиндр крепится на оси, установленной на шарикоподшипниках и приводится во вращение под действием постоянного крутящего момента (). Замеряется угловая скорость цилиндра ω, зависящая от вязкости жидкости (вискозиметр М.П. Воларовича).

Таким образом, в приборах реализуются, соответственно, два метода исследования:

а) метод постоянства скорости деформации = const (рис. 2.4,а);

б) метод постоянства крутящего момента М = const (рис. 2.4,б).

Очень эффективно сочетание обеих методов при реологических исследованиях. Сочетание методов целесообразно осуществлять так, чтобы вязкоупругие свойства материалов с неразрушенной структурой изучались методом М = const, а процессы разрушения и режим установившегося течения – методом = const.

Методика расчёта реологических характеристик имеет специфические особенности для каждой из двух основных областей состояния структуры продукта.

В области неразрушенной структуры определяют модули упругости, наибольшую вязкость и характер развития деформаций. Измерения начинают после тиксотропного восстановления структуры. Величины деформаций отсчитывают по показаниям прибора. Опыт проводят при усилиях, меньших, чем предельное напряжение сдвига, с интервалом записи деформаций 10 – 20 с.

При переходе к области лавинного разрушения структуры по кривой течения определяют статическое τ_С и динамическое θ₀ предельное напряжения сдвига, пластическую вязкость η_ПЛ и зависимость эффективной вязкости η_ЭФ от градиента скорости или напряжения сдвига τ. Обсчёт результатов проводят по равновесной кривой течения, проходящей через все точки. Вращение ротора вызывает появление внутренних напряжений в продукте, который находится между ротором и стаканом. Эти касательные напряжения пропорциональны сдвигающим усилиям, поэтому графическую и математическую обработку опытов можно проводить в консистентных переменных (τ), или пользуясь первичными зависимостями, полученными непосредственно из опыта.

Модули упругости при сдвиге G [Па], определяют используя закон Гука и графические зависимости относительной деформации ε от времени действия постоянного напряжения τ:

, (2.5)

где: τ – напряжение сдвига, Па;

ε – относительная деформация продукта;

; (2.6)

δ – отклонение стрелки прибора, м;

ΔR – толщина слоя продукта между стаканом и ротором, м;

l – длина стрелки, м;

ε / τ – относительная деформация, приведённая к единице

напряжения сдвига, 1/Па.

Наибольшую эффективную вязкость [Па·с], соответствующую началу пластично-вязкого течения, находят по уравнению Ньютона:

, (2.7)

или

, (2.8)

где: Δt – интервал времени, с;

Δε / Δt – скорость деформации для прямолинейного участка кривой или аппроксимированного к прямой криволинейного участка с небольшой выпуклостью.

Расчёт ньютоновской и эффективной вязкости η_ЭФ для любого напряжения можно проводить по формуле (2.8), но при большом количестве экспериментов удобнее пользоваться зависимостью, предложенной М.П. Воларовичем, при использовании вискозиметра, работающего по методу :

, (2.9)

где: К – постоянная прибора;

N – частота вращения ротора вискозиметра, с^–1;

m – масса вращающих ротор грузов, кг (за вычетом величины, компенсирующей трение в подшипниках).

Наиболее распространенным ротационным вискозиметром, работающим с использованием метода = const, является вискозиметр «Reotest» (Германия) и его модификации. Помимо основного набора цилиндрических измерительных элементов, этот прибор снабжен устройством типа конус – плоскость, предназначенным для измерения вязкости при повышенных скоростях сдвига для средне- и высоковязких продуктов. Угол между плоскостью и образующей конуса составляет 0,3^о. Прибор позволяет измерять скорость сдвига от 0,56 до 4860 с^–1, напряжение сдвига τ – от 40 до 2,2 · 10⁵ Па. Величина измеряемой вязкости η находится в пределах от 8 до 40 · 10⁷ МПа·с.

Вискозиметр «Reotest» представлен на рис. 2.4. Внутри станины 1 прибора установлен синхронный электродвигатель, соединенный с 12-ступенчатой коробкой передач, которая позволяет изменять частоту вращения внутреннего цилиндра 2 от 0 до 1500 с^–1. Крутящий момент от коробки передач передаётся ведущему валу 6 и далее через спиральную пружину 5 – ведомому валу 4, соединённому с внутренним цилиндром 2 муфтой. Наружный цилиндр 3 крепится к корпусу вискозиметра специальным зажимом. В приборе имеется термостатирующий сосуд. Величина крутящего момента отсчитывается по шкале прибора 8, а скорость сдвига – по указателю 9. Измеритель моментов торсионного типа с омическими датчиками работает на принципе превращения механических усилий в электрические импульсы. Показания прибора 8 прямо пропорциональны крутящему моменту, а также напряжению сдвига и вязкости исследуемого материала. Скорость вращения синхронного электродвигателя и, следовательно, внутреннего цилиндра 2, зависит от частоты тока в сети. Отклонения от нормальной частоты 50 Гц фиксируется прибором 7 и учитывается специальным расчетным коэффициентом.

Пределы измерения вязкости: от 10^–2 до 104 Па·с; скорости сдвига: от 0,1667 до 1,458·103 с^–1; напряжения сдвига: от 12 до 3·103 Па; температуры: от – 30 до 150 ^оС. Погрешность измерений ±3% (по отношению к ньютоновским жидкостям).

При кажущейся простоте в ротационной вискозиметрии существует ряд проблем. Это, прежде всего, различные эффекты, снижающие точность измерений, а именно:

1. 
   Турбулизация потока. Одним из условий точности измерений в ротационных приборах является ламинарность деформируемого потока, которая характеризуется числом Рейнольдса (Re), которое представляет собой безразмерный критерий, превышение которого вызывает турбулизацию потока.
   
2. 
   Тепловые эффекты. Сам принцип ротационной вискозиметрии подразумевает совершение работы над материалом, находящимся в зазоре прибора. Это приводит к выделению тепла и изменению температуры измеряемой среды, что в свою очередь вызывает изменение вязкости. Решению этой проблемы посвящено большое количество работ, суть которых сводится к введению поправочных коэффициентов.
   
3. 
   Эффект Вейссенберга. К. Вейссенбергом было обнаружено, что при течении упругих жидкостей в условиях простого сдвига возникают не только касательные, но и нормальные напряжения, ортогональные напряжению сдвига. Упругая жидкость, деформационное состояние которой характеризуется осевой симметрией, стягивается нормальными напряжениями, противодействующими силам тяжести и центробежным силам и выдавливается из зазора вискозиметра.
   
4. 
   Явление эластической турбулентности при движении упругих жидкостей. При течении упругих жидкостей в капиллярах с высокими скоростями было обнаружено, что струя жидкости начинает деформироваться и на ней появляются различные возмущения. А при очень высоких скоростях деформации струя материала иногда даже распадается на отдельные зерна. Несмотря на то, что явление было обнаружено в капиллярных вискозиметрах, оно может наблюдаться и при работе ротационного вискозиметра. При этом могут наблюдаться спонтанные колебания измеряемого параметра.
   
5. 
   Концевые эффекты. При работе ротационных вискозиметров крутящий момент передается на измерительный элемент не только через боковые (рабочие) поверхности, но и от днищ цилиндров. Поскольку математическое описание полей напряжений и скоростей сдвига, возникающих в зазорах, образованных днищами цилиндров, очень сложно, то расчетные формулы для ротационных приборов выводятся без учета влияния концевых эффектов, что вносит определенные погрешности в измерения.
   

<предыдущая страница | следующая страница>