Englergrad
Ikke-SI-enhed for konventionel viskositet · størrelse: en væskes modstand mod at strømme
Typeskiltet på en gammel tandhjulspumpe kræver ikke sjældent olie «ikke tykkere end 8 °E ved 50 °C», og den, der er vant til centistokes, læser den linje med undren, for der står ingen fysisk mening bag tallet. Englergraden er et forhold mellem to tider: hvor mange sekunder to hundrede milliliter væske løber ud af en messingbeholder gennem en kalibreret dyse, og hvor mange sekunder samme portion vand tager fra samme beholder. Vand er derfor per definition lig med én, og en olie, der flyder otte gange langsommere, får otte grader.
Enheden er bygget sådan, at instrumentet tjener som sin egen normal, og det forklarer på én gang både dens bekvemmelighed og dens ulykke: tragten kunne fremstilles i ethvert fabrikslaboratorium, men i Tyskland byggede man den efter Engler, i Storbritannien efter Redwood, i Amerika efter Saybolt, og én og samme råolie fik tre usammenlignelige tal. Til centistokes gik alle tre først over i anden halvdel af det tyvende århundrede, mens skiltene på pumper, gearkasser og fyringsolieanlæg forblev skrevet på den gamle måde, og de skal omregnes den dag i dag.
01 · Definition
Englergraden er forholdet mellem udløbstiden for to hundrede milliliter af den prøvede væske og udløbstiden for samme portion destilleret vand ved tyve grader Celsius, idet begge målinger foretages på ét og samme instrument. Vandets tid kaldes vandværdien; på et duelig viskosimeter ligger den på enoghalvtreds sekunder med en tolerance på ét sekund.
En sammenhæng med den kinematiske viskositet findes, men den er ikke lineær, og årsagen er helt igennem fysisk: væsken forlader dysen ikke alene ved viskøs friktion, men også ved inerti, så en del af trykket går til strålens bevægelsesenergi. Så længe væsken er tyk, kan inertikorrektionen forsømmes, og graden omregnes næsten proportionalt til centistokes, mens korrektionen for tynde væsker bliver sammenlignelig med selve målingen. Af den grund anvendes Ubbelohdes formel ikke under 1,35 °E, og Englertragten tages overhovedet ikke til væsker tyndere end fem kvadratmillimeter per sekund.
Måletemperaturen angives altid og indgår i optegnelsen på lige fod med tallet, for en olies viskositet halveres for hver tyve graders opvarmning. Tysk praksis prøvede ved tyve, halvtreds og hundrede grader; den sovjetiske, der arvede samme instrument under navnet konventionel viskositet, holdt sig oftere til halvtreds og firs — og netop den sidste temperatur havnede endda i fyringsoliesorterne, hvor tallet i M-40 eller M-100 stammer fra viskositeten ved firs grader.
En størrelse, der er fastlagt gennem sit eget instrument, har ingen normal i ordets sædvanlige forstand: det reproducerbare er ikke viskositeten, men parret «beholder plus dyse», kalibreret mod vand. Deraf både kravet om at kontrollere vandværdien før hver serie og forbuddet mod at omregne fremmede grader, når det er ukendt, på hvilket instrument og ved hvilken temperatur de er opnået.
Varm prøven med skyderen, så løber strålen fra dysen hurtigere: stopuret, og med det Englergraden, svarer på temperatur langt skarpere, end man skulle vente. Søjlen til venstre viser, hvor lang tid to hundrede milliliter tager, og linjerne til højre, hvordan én og samme tilstand læses af fire forskellige skalaer.
Den fuldt optrukne linje er den virkelige afhængighed af centistokes af grader, den stiplede den simple proportion med faktoren 7,31. For tykke olier, til højre for lodret, falder de to linjer næsten sammen; til venstre, hvor væsken flyder let, overvurderer proportionen viskositeten, fordi strålen forlader dysen ved inerti. Det røde mærke angiver det område under 1,35 °E, hvor målingen ganske enkelt ikke anses for pålidelig.
02 · Omregning
Indtast det, der står på typeskiltet
Alle konventionelle skalaer føres tilbage til én kinematisk viskositet, så omregningen mellem dem er mekanisk; nøjagtigheden er dog ikke absolut: Saybolt- og Redwoodsekunder er knyttet til centistokes gennem lige så tilnærmede formler, som Ubbelohde udledte for sit eget instrument.
Instrumentets vandværdi ligger i bladets fine indstillinger, for udløbstiden afhænger direkte af den: ét sekunds forskel i kalibreringen giver omkring to procent i resultatet.
Et tal uden temperatur kan ikke omregnes, og det er ingen spidsfindighed: én og samme olie giver omkring tolv grader ved halvtreds grader Celsius og mindre end tre ved hundrede. Står der ingen temperatur på pumpens typeskilt, læser man som standard halvtreds grader for industriolier og firs for fyringsolie — men bedre er det at finde den udgave af standarden, skiltet er udarbejdet efter.
| Værdi | Bemærkning | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Størrelsesordener
logaritmisk skala: fra vand til bitumen04 · Måleinstrumenter
Hvad viskositet måles med
En messingbeholder i vand- eller oliebad, forneden en konisk dyse og en træprop, som trækkes i samme øjeblik, stopuret startes. To hundrede milliliter opsamles i en målekolbe, og instrumentet selv kalibreres mod vand før hver serie, da både dyse og volumen med tiden fjerner sig fra deres attesterede værdier.
Den amerikanske slægtning til samme tragt: en dyse af anden kaliber, en portion på tres milliliter, og resultatet kaldes ganske enkelt sekunder. Tallet bliver omkring tredive gange større end Englers, og i engelsksprogede olierapporter møder man det den dag i dag, selv om ASTM for længst har givet centistokes forrang.
Et glasrør med to mærker, som menisken passerer imellem: faldtiden ganges med kapillarkonstanten og giver centistokes direkte, uden nogen konventionelle skalaer. Metoden er beskrevet i ISO 3104 og ASTM D445, og det var den, der fortrængte tragtene, da den kræver et fingerbøl prøve og ikke afhænger af, hvis hånd der holder stopuret.
En spindel drejes i prøven, og momentet på akslen måles, så forsøgstiden ikke afhænger af tykkelsen og er den samme for olie som for bitumen. Rotoren kan det, tragten ikke kan: den fastlægger forskydningshastigheden, og kun på den ses det, at et smøremiddel med additiver bliver tyndere ved hurtig forskydning.
05 · Skriveregler
En grad uden temperatur betyder intet
Gradtegnet sættes tæt op ad det store latinske bogstav, værdien adskilles med et mellemrum, og måletemperaturen angives altid, for uden den kan tallet hverken kontrolleres eller omregnes. Det sovjetiske tegn for konventionel viskositet skrives med kyrilliske bogstaver og ligeledes med temperatur; at sætte lighedstegn mellem grader og centistokes er derimod utilladeligt selv i et udkast: sammenhængen er tilnærmet og ensrettet.
Den anden skrivemåde forveksler størrelsen med instrumentet, for viskositetsgrader findes ikke — der findes et forhold mellem tider, taget på en bestemt tragt. Den tredje sætter lighedstegn, hvor en tilnærmelse hører hjemme, og giver derfor falsk nøjagtighed i en rapport. Den fjerde er ganske enkelt umulig: under 1,35 °E virker metoden ikke, og et tal opnået for en så tynd væske afspejler ikke viskositeten, men strålens inerti.
06 · Naboenheder
De nærmeste slægtninge er de øvrige konventionelle skalaer, bygget på præcis samme måde: udløbstiden for en portion gennem en kalibreret dyse, blot er dysen i hvert land sin egen. De løber alle sammen i den kinematiske viskositet, og den er gennem densiteten knyttet til den dynamiske — og først dette par har en virkelig dimension og en virkelig normal.
vand er lig med én
svaret direkte i sekunder
Redwood nr. 1-sekund
Blandt Simetriums datablade står ved siden af olieviskositetsklasser ISO VG og SAE, som dette blad udgør modstykke til, poise og stokes fra CGS-systemet, samt densitet i kg/m³, uden hvilken man ikke kommer fra kinematisk til dynamisk viskositet.
07 · Historisk afsnit
Tre tragte fra tre lande
Carl Engler beskæftigede sig med raffinering af råolie og havde brug for et tal, hvormed partier fra Baku og Pennsylvania kunne sammenlignes. Instrumentet satte han sammen af det, der stod i laboratoriet, og som mål tog han vand, for det var ved hånden hos enhver kollega og krævede ingen tabeller overhovedet.
Den britiske sagkyndige Boverton Redwood og den amerikanske ingeniør George Saybolt lavede hver sin tragt, og ingen af dem delte tiden med vand: de angav resultatet direkte i sekunder. Tanken bag de tre instrumenter var den samme, dysernes kaliber forskellig, og i stridigheder mellem leverandør og køber blev det til tre forskellige tal for én og samme tankvogn.
Da handelen blev international, blev skalaernes usammenlignelighed dyrere end deres bekvemmelighed, og standarderne gik over til kinematisk viskositet målt med kapillar. Den tyske DIN 51560 blev trukket tilbage, ASTM beholdt Saybolt-sekunderne kun som hjælpeomregning, og den konventionelle viskositet efter GOST 6258 holdt sig i hjemlig praksis i årtier endnu.
Viskositet måles i dag med kapillar eller rotor, men pumper, gearkasser og fyringsolieanlæg, der blev opstillet før overgangen, arbejder videre efter deres egne skilte. En montør, der læser «ikke tykkere end 8 °E ved 50 °C», omregner det til tres kvadratmillimeter per sekund og vælger derefter olien efter ISO VG-klasse — enheden lever altså ikke i laboratoriet, men i papirerne.
Et instrument, der er sin egen normal
Englergraden har ingen normal i sædvanlig forstand og kan ikke have nogen, da definitionen ikke henviser til en naturkonstant, men til en konstruktion: en beholder af dette rumfang, en dyse af dette kaliber, en portion på to hundrede milliliter. Det, der kalibreres, er derfor ikke enheden, men instrumentet, og det gøres mod vand — den eneste væske, hvis udløbstid anses for kendt. Heraf følger hele målingens rituelle side: en frisk vandværdi før serien, tre stemmende aflæsninger, badets temperatur skrevet ned.
Svagheden ved en sådan konstruktion viste sig netop dér, hvor dens bekvemmelighed var størst. Så længe et værk sammenlignede sine egne partier på sin egen tragt, stemte tallene fortræffeligt; men så snart partier fra to lande skulle sammenlignes, viste det sig, at de ingen fælles størrelse havde — kun tre protokoller, mellem hvilke intet bedre end en tilnærmet omregning er mulig. Kapillarviskosimetret løste opgaven ved at give målingen dens dimension tilbage: det giver kvadratmillimeter per sekund, og kapillarkonstanten kontrolleres mod referencevæsker, ikke mod sin egen fortid.
Katalog · måleenheder
Et datablad for hver størrelse
Syv SI-basisenheder, toogtyve afledte med egne navne og størrelser uden for systemet, som hverken teknikken eller kalenderen kan undvære.