Engler-fok
SI-n kívüli egyezményes viszkozitási egység · mennyiség: a folyadék folyással szembeni ellenállása
Egy régi fogaskerék-szivattyú táblája nemritkán olyan olajat kíván, amely «legfeljebb 8 °E 50 °C-on», és aki a centistokes-hoz szokott, értetlenkedve olvassa ezt a sort, mert a szám mögött semmiféle fizikai értelem nem áll. Az Engler-fok két idő aránya: hány másodperc alatt folyik ki kétszáz milliliter folyadék egy sárgaréz edényből hitelesített fúvókán át, és hány másodperc alatt ugyanannyi víz ugyanabból az edényből. A víz ezért meghatározás szerint eggyel egyenlő, és az az olaj, amely nyolcszor lassabban folyik, nyolc fokot kap.
Az egység úgy van felépítve, hogy a készülék önmagának szolgál etalonul, és ez egy csapásra megmagyarázza kényelmét is, szerencsétlenségét is: a tölcsért bármely gyári laborban elkészíthették, de Németországban Engler szerint készült, Nagy-Britanniában Redwood szerint, Amerikában Saybolt szerint, és egy és ugyanaz a kőolaj három összemérhetetlen számot kapott. A centistokes-ra mindhárom csak a huszadik század második felében tért át, miközben a szivattyúk, hajtóművek és fűtőolaj-gazdaságok tábláit a régi módon írva hagyták, és máig át kell számítani őket.
01 · Meghatározás
Az Engler-fok a vizsgált folyadék kétszáz milliliterének kifolyási ideje osztva ugyanannyi desztillált víz kifolyási idejével húsz Celsius-fokon, mindkét mérést egy és ugyanazon a készüléken végezve. A víz idejét vízértéknek hívják; ép viszkoziméteren ötvenegy másodpercen belül marad, egy másodperc tűréssel.
A kinematikai viszkozitással való kapcsolat létezik, de nem lineáris, és az ok teljességgel fizikai: a folyadék nem csupán viszkózus súrlódással hagyja el a fúvókát, hanem tehetetlenségből is, így a nyomás egy része a sugár mozgási energiájába megy. Amíg a folyadék sűrű, a tehetetlenségi javítás elhanyagolható, és a fok csaknem arányosan számítható át centistokes-ra, míg híg folyadékoknál a javítás magával a méréssel válik összemérhetővé. Ezért az Ubbelohde-képletet 1,35 °E alatt nem alkalmazzák, az Engler-tölcsért pedig öt négyzetmilliméter per másodpercnél hígabb folyadékokhoz egyáltalán nem veszik.
A mérés hőmérsékletét mindig megadják, és a számmal egyenrangúan kerül a feljegyzésbe, mert az olaj viszkozitása minden húsz fok melegítésre a felére esik. A német gyakorlat húsz, ötven és száz fokon vizsgált; a szovjet, amely ugyanazt a készüléket egyezményes viszkozitás néven örökölte, gyakrabban tartotta magát ötvenhez és nyolcvanhoz — és éppen ez az utóbbi hőmérséklet került bele a fűtőolaj-fajtákba is, ahol az M-40 vagy M-100 száma a nyolcvan fokon mért viszkozitásból ered.
A saját készülékén át meghatározott mennyiségnek nincs etalonja a szó szokásos értelmében: nem a viszkozitás ismételhető meg, hanem az «edény plusz fúvóka» pár, vízzel hitelesítve. Innen ered mind a követelmény, hogy a vízértéket minden sorozat előtt ellenőrizzék, mind a tilalom, hogy idegen fokokat számítsanak át, ha nem tudni, milyen készüléken és milyen hőmérsékleten kapták őket.
Melegítse a mintát a csúszkával, és a fúvókából jövő sugár gyorsabban fog folyni: a stopper, és vele az Engler-fok, sokkal élesebben felel a hőmérsékletre, mint várnánk. A bal oldali oszlop mutatja, mennyi időbe telik kétszáz milliliter, a jobb oldali sorok pedig azt, hogyan olvassa ugyanazt az állapotot négy különböző skála.
A folytonos vonal a centistokes valódi függése a fokoktól, a szaggatott az egyszerű arányosság 7,31-es szorzóval. Sűrű olajoknál, a függőlegestől jobbra, a két vonal csaknem egybeesik; balra, ahol a folyadék könnyen folyik, az arányosság túlbecsüli a viszkozitást, mert a sugár tehetetlenségből hagyja el a fúvókát. A piros jel az 1,35 °E alatti tartományt jelöli, amelyben a mérést egyszerűen nem tekintik megbízhatónak.
02 · Átszámítás
Írja be, ami a táblán áll
Minden egyezményes skálát egyetlen kinematikai viszkozitásra vezetnek vissza, így a köztük lévő átszámítás gépies; pontossága azonban nem föltétlen: a Saybolt- és Redwood-másodperceket ugyanolyan közelítő képletek kötik a centistokes-hoz, mint az, amelyet Ubbelohde a saját készülékére vezetett le.
A készülék vízértéke a lap finom beállításai közé került, mert a kifolyási idő közvetlenül tőle függ: egy másodperc eltérés a hitelesítésben körülbelül két százalékot ad az eredményben.
Szám hőmérséklet nélkül nem számítható át, és ez nem szőrszálhasogatás: egy és ugyanaz az olaj ötven Celsius-fokon körülbelül tizenkét fokot ad, százon pedig háromnál kevesebbet. Ha a szivattyú tábláján nincs hőmérséklet, alapértelmezésben ötven fokot olvasnak ipari olajokra és nyolcvanat fűtőolajra — jobb azonban megkeresni a szabványnak azt a kiadását, amely szerint a táblát készítették.
| Érték | Megjegyzés | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Nagyságrendek
logaritmikus skála: a víztől a bitumenig04 · Mérőeszközök
Mivel mérik a viszkozitást
Sárgaréz edény víz- vagy olajfürdőben, alul kúpos fúvóka és fadugó, amelyet ugyanabban a pillanatban húznak ki, amikor a stoppert elindítják. Kétszáz millilitert mérőlombikba gyűjtenek, magát a készüléket pedig sorozat előtt vízzel hitelesítik, mivel a fúvóka és a térfogat is idővel eltávolodik a hitelesített értékektől.
Ugyanannak a tölcsérnek az amerikai rokona: más kaliberű fúvóka, hatvan milliliteres adag, az eredményt pedig egyszerűen másodpercnek hívják. A szám mintegy harmincszor nagyobbra jön ki az Englerénél, és az angol nyelvű olajipari jelentésekben máig felbukkan, noha az ASTM már rég a centistokes-nak adott elsőbbséget.
Üvegcső két jellel, amelyek között a meniszkusz áthalad: az esési időt a kapilláris állandójával szorozzák, és így közvetlenül centistokes-t kapnak, mindenféle egyezményes skála nélkül. A módszert az ISO 3104 és az ASTM D445 írja le, és éppen ez szorította ki a tölcséreket, mivel egy gyűszűnyi mintát kíván, és nem függ attól, kinek a keze tartja a stoppert.
Az orsót a mintában forgatják, és a tengelyen mérik a nyomatékot, így a kísérlet ideje nem függ a sűrűségtől, és ugyanaz olajra, mint bitumenre. A rotor tudja azt, amit a tölcsér nem: megszabja a nyírási sebességet, és csak rajta látszik, hogy az adalékolt kenőanyag gyors nyírásnál hígul.
05 · Írásszabályok
A fok hőmérséklet nélkül semmit sem jelent
A fokjel közvetlenül a nagy latin betűhöz tapad, az értéket szóköz választja el, a mérés hőmérsékletét pedig mindig megadják, mert nélküle a szám sem nem ellenőrizhető, sem nem számítható át. Az egyezményes viszkozitás szovjet jelét cirill betűkkel írják, szintén hőmérséklettel; egyenlőségjelet tenni fokok és centistokes közé viszont még piszkozatban sem szabad: a kapcsolat közelítő és egyirányú.
A második írásmód összekeveri a mennyiséget a készülékkel, mert viszkozitási fokok nincsenek — idők aránya van, meghatározott tölcséren felvéve. A harmadik oda tesz egyenlőségjelet, ahová közelítés való, és jelentésben ezért hamis pontosságot ad. A negyedik egyszerűen lehetetlen: 1,35 °E alatt a módszer nem működik, és az ilyen híg folyadékra kapott szám nem a viszkozitást tükrözi, hanem a sugár tehetetlenségét.
06 · Szomszédos egységek
A legközelebbi rokonok a többi egyezményes skála, pontosan ugyanúgy felépítve: egy adag kifolyási ideje hitelesített fúvókán át, csak épp a fúvóka minden országban a sajátja. Mind a kinematikai viszkozitáshoz futnak össze, azt pedig a sűrűség köti a dinamikaihoz — és csak ennek a párnak van valódi dimenziója és valódi etalonja.
a víz egyenlő eggyel
az eredmény egyenesen másodpercben
Redwood 1. sz. másodperc
A Simetrium adatlapjai közül mellette áll olajviszkozitási osztályok ISO VG és SAE, amelyeknek ez a lap a párja, poise és stokes a CGS-rendszerből, valamint sűrűség kg/m³-ben, amely nélkül a kinematikai viszkozitástól nem lehet a dinamikaihoz jutni.
07 · Történeti rész
Három ország három tölcsére
Carl Engler kőolaj-feldolgozással foglalkozott, és olyan számra volt szüksége, amellyel a Bakuból és Pennsylvaniából érkező tételeket össze lehet hasonlítani. A készüléket abból rakta össze, ami a laborban volt, mértékül pedig a vizet vette, mert az minden kollégának kéznél volt, és semmiféle táblázatot nem kívánt.
A brit szakértő Boverton Redwood és az amerikai mérnök George Saybolt egyaránt megcsinálta a maga tölcsérét, és egyikük sem osztotta el az időt a vízével: az eredményt egyenesen másodpercben adták meg. A három készülék gondolata ugyanaz volt, a fúvókák kalibere különböző, és a szállító és a vevő vitáiban ebből három különböző szám lett egyetlen tartálykocsira.
Amikor a kereskedelem nemzetközivé vált, a skálák összemérhetetlensége drágábbnak bizonyult a kényelmüknél, és a szabványok a kapillárissal mért kinematikai viszkozitásra tértek át. A német DIN 51560-at visszavonták, az ASTM a Saybolt-másodperceket csak segédátszámításként tartotta meg, a GOST 6258 szerinti egyezményes viszkozitás pedig a hazai gyakorlatban még évtizedekig tartotta magát.
A viszkozitást ma kapillárissal vagy rotorral mérik, de az átállás előtt felállított szivattyúk, hajtóművek és fűtőolaj-gazdaságok tovább dolgoznak a saját tábláik szerint. A beállító, aki azt olvassa, hogy «legfeljebb 8 °E 50 °C-on», ezt hatvan négyzetmilliméter per másodpercre számítja át, és az olajat már ISO VG osztály szerint választja — az egység tehát nem a laborban él, hanem az iratokban.
Készülék, amely önmagának etalonja
Az Engler-foknak nincs és nem is lehet etalonja a szokásos értelemben, mivel a meghatározás nem természeti állandóra utal, hanem elrendezésre: ekkora térfogatú edény, ekkora kaliberű fúvóka, kétszáz milliliteres adag. Nem az egységet hitelesítik tehát, hanem a készüléket, és vízzel teszik — az egyetlen folyadékkal, amelynek kifolyási idejét ismertnek tekintik. Ebből következik a mérés egész szertartásos oldala: friss vízérték a sorozat előtt, három egyező leolvasás, feljegyzett fürdőhőmérséklet.
Az ilyen elrendezés gyengesége pontosan ott mutatkozott meg, ahol a kényelme a legnagyobb volt. Amíg egy üzem a saját tételeit a saját tölcsérén hasonlította össze, a számok kiválóan egyeztek; mihelyt azonban két ország tételeit kellett összevetni, kiderült, hogy nincs közös mennyiségük — csak három jegyzőkönyv van, amelyek között közelítő átszámításnál jobb nem lehetséges. A kapilláris viszkoziméter úgy oldotta meg a feladatot, hogy visszaadta a mérésnek a dimenzióját: négyzetmillimétert ad másodpercenként, a kapilláris állandóját pedig referenciafolyadékokhoz mérik, nem a saját múltjához.
Katalógus · mértékegységek
Minden mennyiségnek egy adatlap
Hét SI-alapegység, huszonkét saját nevű származtatott és a rendszeren kívüli mennyiségek, amelyek nélkül sem a technika, sem a naptár nem működne.