Вискозиметр Энглера: зачем для вязкой жидкости сохраняли постоянный напор

ALVERJOB · Разговорная редакция r2 · Новая проверка содержания и браузерная проверка ещё не выполнены. Источниковая основа: сохранённая историческая проверка.

Представьте, что вязкая жидкость выходит из прибора по каплям, а вы ждёте, пока вытечет нужное количество. За это время уровень в сосуде снижается. Вместе с ним меняется напор, под которым жидкость проходит через выпуск. Получается, что за время одного наблюдения меняются и сами условия истечения. Именно эту трудность разбирает «Гидравлика» 1932 года на примере вискозиметра Энглера. [A1] [A3]

Лейбензон, Вилькер, Шумилов и Яблонский описывают приспособление А. А. Померанцева для очень вязких жидкостей. Его смысл в том, чтобы сохранять постоянный напор. Ниже разберём, зачем это понадобилось и что при этом измеряли. Это историческое объяснение схемы, без инструкции по переделке или эксплуатации лабораторного оборудования. [A1]

Что показывает обычный вискозиметр Энглера

В приборе жидкость истекает из насадки. Это отличает его от капиллярного вискозиметра, хотя в обоих случаях наблюдают время движения определённого количества жидкости. У Энглера внутренний сосуд окружён внешним, а пространство между ними служит баней. В центре дна находится выпускная трубочка, внутри есть отметки уровня заполнения. Сосуд и насадка задают условия истечения, баня помогает поддерживать температуру. [A2]

Дальше возникает важный вопрос: что именно означает измеренное время? В изложении книги градусы Энглера получают как отношение времени истечения исследуемой жидкости ко времени истечения такого же объёма воды при установленной опорной температуре. То есть наблюдение за образцом сопоставляют с наблюдением за водой. Слово «градусы» здесь не обозначает температуру. Этот относительный показатель также не является непосредственно единицей кинематической вязкости. [A3]

Чтобы перейти от отношения времён к вязкости, нужна дополнительная зависимость. Источник разбирает теоретические и опытные формулы и объясняет, почему первоначальное описание расходилось с опытом. В частности, диаметр насадки меняется по длине, а у входных кромок струя сжимается. Эти особенности учитывались недостаточно. Поэтому измерить время и точно пересчитать его в свойство жидкости можно лишь с учётом модели прибора, а не по одному внешнему сходству выпуска с трубкой. [A3]

Зачем понадобился постоянный напор

У очень вязкого продукта истечение может быть капельным и долгим. Пока идёт опыт, уровень падает, а значит, меняется и вызывающий движение напор. Итоговое время относится уже к последовательности разных условий. Авторы связывают это с потерей точности наблюдений. Речь здесь о причине изменения исторической схемы, а не о современном пороге вязкости, после которого прибор следовало бы заменить. [A1] [A3]

В предложении Померанцева над вискозиметром расположен дополнительный питающий сосуд. Он нужен для поддержания постоянного напора. В объяснении книги сохранение этих условий позволяет получить установившееся истечение и вести наблюдение по малым количествам вышедшей жидкости. Уменьшение запаса в измерительном сосуде уже не должно само по себе непрерывно менять движущий напор, как при обычном опорожнении. [A1]

Практический смысл хорошо виден на той же медленно капающей жидкости. Если напор всё время падает, меняется условие, под которым она проходит через выпуск. Если его поддерживают постоянным, эту причину изменения движения убирают. Но сам прибор со своей насадкой и температурными условиями остаётся частью измерения. [A1] [A4]

Какие величины всё равно нужно учитывать

В изменённой схеме книга выделяет количество вытекшей жидкости, время и разность высот между уровнем в сосуде и нижним краем выпускной трубки. Объём, делённый на время, даёт объёмный расход. Разность высот задаёт напор схемы. Это разные величины: измеренный расход сам по себе ещё не заменяет определение вязкости. [A4]

Температуру тоже нельзя оставить без внимания. Поэтому в описании сохраняется водяная или масляная баня. Поддержание постоянного напора не отменяет ни влияния температуры, ни геометрии насадки, ни необходимости правильно обработать наблюдения. Исправление одного меняющегося условия не делает остальные безразличными. [A4]

Для разных диапазонов расхода источник приводит разные расчётные зависимости и таблицу. Здесь эти численные правила не воспроизводятся: они относятся к конкретному историческому прибору и его модели. Главное в разобранном примере: свойство жидкости, измеряемые объём и время и поддерживаемые прибором условия нужно различать. Приспособление Померанцева меняло именно условия наблюдения очень вязкой жидкости, сохраняя связь со схемой Энглера. [A4]

Современный прибор: какой у него размер

Для представления о масштабе можно посмотреть на современный вискозиметр Энглера CONTROLS 81-B0120/B. Изготовитель указывает габариты всего прибора 262 × 262 × 550 мм и наличие терморегулятора и мешалки. Это отдельный современный пример: насадка для поддержания постоянного напора в описании этой модели не заявлена. [M1]

Источник: Л. С. Лейбензон, Д. С. Вилькер, П. П. Шумилов, В. С. Яблонский. Гидравлика: руководство для нефтяных втузов, техникумов и работников нефтяной промышленности. Москва — Ленинград: Государственное научно-техническое нефтяное издательство, 1932. Печатные с. 251–252, 254–257; страницы PDF 251–252, 254–257.