Englergrad
Ikke-SI-enhet for konvensjonell viskositet · størrelse: en væskes motstand mot å strømme
Merkeskiltet på en gammel tannhjulspumpe krever ikke sjelden olje «ikke tykkere enn 8 °E ved 50 °C», og den som er vant til centistokes, leser den linjen med undring, for det står ingen fysisk mening bak tallet. Englergraden er et forhold mellom to tider: hvor mange sekunder to hundre milliliter væske renner ut av en messingbeholder gjennom en kalibrert dyse, og hvor mange sekunder samme porsjon vann tar fra samme beholder. Vann er derfor per definisjon lik én, og en olje som flyter åtte ganger langsommere, får åtte grader.
Enheten er bygd slik at instrumentet tjener som sin egen normal, og det forklarer med én gang både dens bekvemmelighet og dens ulykke: trakten kunne lages i et hvilket som helst fabrikklaboratorium, men i Tyskland bygde man den etter Engler, i Storbritannia etter Redwood, i Amerika etter Saybolt, og én og samme råolje fikk tre usammenlignbare tall. Til centistokes gikk alle tre over først i annen halvdel av det tjuende århundret, mens skiltene på pumper, girkasser og tungoljeanlegg forble skrevet på den gamle måten, og de må omregnes den dag i dag.
01 · Definisjon
Englergraden er forholdet mellom utløpstiden for to hundre milliliter av den prøvde væsken og utløpstiden for samme porsjon destillert vann ved tjue grader Celsius, idet begge målinger gjøres på ett og samme instrument. Vannets tid kalles vannverdien; på et duelig viskosimeter ligger den på femtien sekunder med en toleranse på ett sekund.
En sammenheng med den kinematiske viskositeten finnes, men den er ikke lineær, og årsaken er helt igjennom fysisk: væsken forlater dysen ikke bare ved viskøs friksjon, men også ved treghet, slik at en del av trykket går til strålens bevegelsesenergi. Så lenge væsken er tykk, kan treghetskorreksjonen forsømmes, og graden regnes nesten proporsjonalt om til centistokes, mens korreksjonen for tynne væsker blir sammenlignbar med selve målingen. Av den grunn anvendes Ubbelohdes formel ikke under 1,35 °E, og Englertrakten tas overhodet ikke til væsker tynnere enn fem kvadratmillimeter per sekund.
Måletemperaturen oppgis alltid og inngår i notatet på lik linje med tallet, for en oljes viskositet halveres for hver tjue graders oppvarming. Tysk praksis prøvde ved tjue, femti og hundre grader; den sovjetiske, som arvet samme instrument under navnet konvensjonell viskositet, holdt seg oftere til femti og åtti — og nettopp den siste temperaturen havnet til og med i tungoljesortene, der tallet i M-40 eller M-100 stammer fra viskositeten ved åtti grader.
En størrelse som er fastsatt gjennom sitt eget instrument, har ingen normal i ordets vanlige forstand: det reproduserbare er ikke viskositeten, men paret «beholder pluss dyse», kalibrert mot vann. Derav både kravet om å kontrollere vannverdien før hver serie og forbudet mot å omregne fremmede grader når det er ukjent på hvilket instrument og ved hvilken temperatur de er oppnådd.
Varm prøven med glidebryteren, så går strålen fra dysen fortere: stoppeklokken, og med den Englergraden, svarer på temperatur langt skarpere enn man skulle vente. Søylen til venstre viser hvor lang tid to hundre milliliter tar, og linjene til høyre hvordan én og samme tilstand leses av fire forskjellige skalaer.
Den heltrukne linjen er den virkelige avhengigheten av centistokes av grader, den stiplede den enkle proporsjonen med faktoren 7,31. For tykke oljer, til høyre for loddlinjen, faller de to linjene nesten sammen; til venstre, der væsken flyter lett, overvurderer proporsjonen viskositeten, fordi strålen forlater dysen ved treghet. Det røde merket angir området under 1,35 °E der målingen ganske enkelt ikke regnes som pålitelig.
02 · Omregning
Skriv inn det som står på merkeskiltet
Alle konvensjonelle skalaer føres tilbake til én kinematisk viskositet, så omregningen mellom dem er mekanisk; nøyaktigheten er likevel ikke absolutt: Saybolt- og Redwoodsekunder er knyttet til centistokes gjennom like tilnærmede formler som den Ubbelohde utledet for sitt eget instrument.
Instrumentets vannverdi ligger i bladets fine innstillinger, for utløpstiden avhenger direkte av den: ett sekunds forskjell i kalibreringen gir omkring to prosent i resultatet.
Et tall uten temperatur lar seg ikke omregne, og det er ingen flisespikkeri: én og samme olje gir omkring tolv grader ved femti grader Celsius og mindre enn tre ved hundre. Står det ingen temperatur på pumpens merkeskilt, leser man som standard femti grader for industrioljer og åtti for tungolje — men bedre er det å finne den utgaven av standarden skiltet er utarbeidet etter.
| Verdi | Merknad | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Størrelsesordener
logaritmisk skala: fra vann til bitumen04 · Måleinstrumenter
Hva viskositet måles med
En messingbeholder i vann- eller oljebad, nederst en konisk dyse og en trepropp som trekkes i samme øyeblikk som stoppeklokken startes. To hundre milliliter samles i en målekolbe, og instrumentet selv kalibreres mot vann før hver serie, siden både dyse og volum med tiden vandrer fra sine attesterte verdier.
Den amerikanske slektningen av samme trakt: en dyse av annen kaliber, en porsjon på seksti milliliter, og resultatet kalles ganske enkelt sekunder. Tallet blir omkring tretti ganger større enn Englers, og i engelskspråklige oljerapporter møter man det den dag i dag, selv om ASTM for lengst har gitt centistokes forrang.
Et glassrør med to merker som menisken passerer mellom: falltiden ganges med kapillarkonstanten og gir centistokes direkte, uten noen konvensjonelle skalaer. Metoden er beskrevet i ISO 3104 og ASTM D445, og det var den som fortrengte traktene, siden den krever et fingerbøl prøve og ikke avhenger av hvem sin hånd som holder stoppeklokken.
En spindel dreies i prøven og momentet på akselen måles, slik at forsøkstiden ikke avhenger av tykkelsen og er den samme for olje som for bitumen. Rotoren kan det trakten ikke kan: den fastsetter skjærhastigheten, og bare på den ses det at et smøremiddel med tilsetninger blir tynnere ved rask skjæring.
05 · Skriveregler
En grad uten temperatur betyr ingenting
Gradtegnet settes tett inntil den store latinske bokstaven, verdien skilles med et mellomrom, og måletemperaturen oppgis alltid, for uten den kan tallet verken kontrolleres eller omregnes. Det sovjetiske tegnet for konvensjonell viskositet skrives med kyrilliske bokstaver og likeledes med temperatur; å sette likhetstegn mellom grader og centistokes er derimot utillatelig selv i et utkast: sammenhengen er tilnærmet og enveis.
Den andre skrivemåten forveksler størrelsen med instrumentet, for viskositetsgrader finnes ikke — det finnes et forhold mellom tider, tatt på en bestemt trakt. Den tredje setter likhetstegn der en tilnærming hører hjemme, og gir derfor falsk nøyaktighet i en rapport. Den fjerde er ganske enkelt umulig: under 1,35 °E virker ikke metoden, og et tall oppnådd for en så tynn væske gjenspeiler ikke viskositeten, men strålens treghet.
06 · Naboenheter
De nærmeste slektningene er de øvrige konvensjonelle skalaene, bygd på nøyaktig samme måte: utløpstiden for en porsjon gjennom en kalibrert dyse, bare at dysen i hvert land er sin egen. De løper alle sammen i den kinematiske viskositeten, og den er gjennom tettheten knyttet til den dynamiske — og først dette paret har en virkelig dimensjon og en virkelig normal.
vann er lik én
svaret direkte i sekunder
Redwood nr. 1-sekund
Blant databladene til Simetrium står ved siden av oljeviskositetsklasser ISO VG og SAE, som dette bladet utgjør motstykke til, poise og stokes fra CGS-systemet, samt tetthet i kg/m³, uten hvilken man ikke kommer fra kinematisk til dynamisk viskositet.
07 · Historisk del
Tre trakter fra tre land
Carl Engler arbeidet med raffinering av råolje og trengte et tall som partier fra Baku og Pennsylvania kunne sammenlignes med. Instrumentet satte han sammen av det som stod i laboratoriet, og som mål tok han vann, for det var for hånden hos enhver kollega og krevde ingen tabeller i det hele tatt.
Den britiske sakkyndige Boverton Redwood og den amerikanske ingeniøren George Saybolt laget hver sin trakt, og ingen av dem delte tiden på vann: de oppga resultatet direkte i sekunder. Tanken bak de tre instrumentene var den samme, dysenes kaliber forskjellig, og i tvister mellom leverandør og kjøper ble det tre forskjellige tall for én og samme tankvogn.
Da handelen ble internasjonal, ble skalaenes usammenlignbarhet dyrere enn deres bekvemmelighet, og standardene gikk over til kinematisk viskositet målt med kapillar. Den tyske DIN 51560 ble trukket tilbake, ASTM beholdt Saybolt-sekundene bare som hjelpeomregning, og den konvensjonelle viskositeten etter GOST 6258 holdt seg i hjemlig praksis i tiår ennå.
Viskositet måles i dag med kapillar eller rotor, men pumper, girkasser og tungoljeanlegg som ble satt opp før overgangen, arbeider videre etter sine egne skilt. En montør som leser «ikke tykkere enn 8 °E ved 50 °C», regner det om til seksti kvadratmillimeter per sekund og velger deretter oljen etter ISO VG-klasse — enheten lever altså ikke i laboratoriet, men i papirene.
Et instrument som er sin egen normal
Englergraden har ingen normal i vanlig forstand og kan ikke ha noen, siden definisjonen ikke viser til en naturkonstant, men til en konstruksjon: en beholder av dette volumet, en dyse av dette kaliberet, en porsjon på to hundre milliliter. Det som kalibreres, er derfor ikke enheten, men instrumentet, og det gjøres mot vann — den eneste væsken hvis utløpstid regnes som kjent. Herav følger hele målingens rituelle side: en fersk vannverdi før serien, tre samsvarende avlesninger, badets temperatur skrevet ned.
Svakheten ved en slik konstruksjon viste seg nettopp der dens bekvemmelighet var størst. Så lenge et verk sammenlignet sine egne partier på sin egen trakt, stemte tallene fortreffelig; men så snart partier fra to land skulle sammenlignes, viste det seg at de ingen felles størrelse hadde — bare tre protokoller, mellom hvilke intet bedre enn en tilnærmet omregning er mulig. Kapillarviskosimeteret løste oppgaven ved å gi målingen dens dimensjon tilbake: det gir kvadratmillimeter per sekund, og kapillarkonstanten kontrolleres mot referansevæsker, ikke mot sin egen fortid.
Katalog · måleenheter
Et datablad for hver størrelse
Sju SI-basisenheter, tjueto avledede med egne navn og størrelser utenfor systemet, som verken teknikken eller kalenderen klarer seg uten.