Englerov stupeň
Jednotka konvenčnej viskozity mimo SI · veličina: odpor kvapaliny proti toku
Štítek starého zubového čerpadla nezřídka žádá olej «ne hustší než 8 °E při 50 °C», a člověk zvyklý na centistokes čte tento řádek s údivem, pretože za číslem nestojí žádný fyzikální smysl. Englerův stupeň je poměr dvou časů: kolik sekund vytéká dvě stě mililitrů kvapaliny z mosazné nádoby cejchovanou tryskou a kolik sekund trvá tá istá dávka vody z téže nádoby. Voda se proto z definice rovná jedné a olej, který teče osmkrát pomaleji, dostává osm stupňů.
Jednotka je uspořádána tak, že přístroj slouží sám sobě jako etalón, a to najednou vysvětluje jak její pohodlnost, tak její neštěstí: lievik bylo možno vyrobit v kterékoli závodní laboratoři, ale v Německu se dělala podle Englera, v Británii podle Redwooda, v Americe podle Saybolta, a jedna a tá istá ropa dostala tři nesrovnatelná čísla. Na centistokes přešly všechny tři až v druhé polovině dvacátého století, kým štítky na čerpadlech, převodovkách a hospodářstvích topných olejů zůstaly psány po starém, a přepočítávat je je třeba dodnes.
01 · Definícia
Englerův stupeň je poměr doby výtoku dvou set mililitrů zkoušené kvapaliny k době výtoku téže dávky destilované vody při dvaceti stupních Celsia, přičemž obě meranie se dělají na jednom a témž přístroji. Čas vody se nazývá vodní hodnotou; u způsobilého viskozimetru se drží na jedenapadesáti sekundách s tolerancí jedné sekundy.
Vztah ke kinematické viskozitě existuje, není však lineární, a příčina je zcela fyzikální: kvapalina opouští trysku nejen vazkým třením, ale i setrvačností, takže část tlaku odchází do kinetické energie proudu. Dokud je kvapalina hustá, lze setrvačnou opravu zanedbat a stupeň se přepočítává na centistokes téměř úměrně, kým u tekutých kvapalín se oprava stává srovnatelnou se samotným meraniem. Z toho důvodu se Ubbelohdeho vzorec pod 1,35 °E nepoužívá a Englerova lievik se pro kvapaliny řidší než pět čtverečních milimetrů za sekundu nebere vůbec.
Teplota meranie se uvádí vždy a vstupuje do zápisu rovnocenně s číslem, pretože viskozita oleje klesá na polovinu na každých dvacet stupňů ohřevu. Německá praxe zkoušela při dvaceti, padesáti a stu stupních; sovětská, jež zdědila ten istý přístroj pod názvem konvenční viskozita, se držela častěji padesáti a osmdesáti — a právě poslední teplota se dostala i do druhů topného oleje, kde číslo v M-40 nebo M-100 pochází z viskozity při osmdesáti stupních.
Veličina zadaná vlastním přístrojem nemá etalón v obvyklém smyslu slova: reprodukovatelná není viskozita, ale dvojice «náčas plus tryska», atestovaná vodou. Odtud jak požadavek ověřovat vodní hodnotu před každou sérií, tak zákaz přepočítávat cizí stupně, není-li známo, na jakém přístroji a při jaké teplotě byly získány.
Zahřejte vzorka posuvníkem a proud z trysky poteče rychleji: stopky, a s nimi Englerův stupeň, reagují na teplotu mnohem ostřeji, než by člověk čekal. Sloupec vlevo ukazuje, kolik času zabere dvě stě mililitrů, a řádky vpravo, jak jeden a ten istý stav čtou čtyři různé stupníca.
Plná čára je skutečná závislost centistokes na stupních, čárkovaná prostá úměra s činitelem 7,31. U hustých olejů, vpravo od svislice, obě čáry téměř splývají; vlevo, kde kvapalina teče snadno, úměra viskozitu nadhodnocuje, protože proud opouští trysku setrvačností. Červená značka vyznačuje oblast pod 1,35 °E, v níž se meranie prostě nepokládá za spolehlivé.
02 · Prevod
Zadajte to, čo je na štítku
Všechny konvenční stupníca se převádějí na jedinou kinematickou viskozitu, takže přepočet mezi nimi je mechanický; jeho přesnost však není absolutní: Sayboltovy a Redwoodovy sekundy jsou s centistokes svázány stejně přibližnými vzorci, jaké Ubbelohde odvodil pro svůj vlastní přístroj.
Vodní hodnota přístroje je vynesena do jemných nastavení listu, protože čas výtoku na ní přímo závisí: jedna sekunda rozdílu v kalibraci dává asi dvě procenta ve výsledku.
Číslo bez teploty přepočítat nelze, a není to hnidopišství: jeden a ten istý olej dává asi dvanáct stupňů při padesáti stupních Celsia a méně než tři při stu. Není-li na štítku čerpadla teplota uvedena, čte se ve výchozím nastavení padesát stupňů pro průmyslové oleje a osmdesát pro topný olej — lépe je však najít to vydání normy, podle něhož byl štítek sestaven.
| Hodnota | Poznámka | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Rády veličín
logaritmická stupnica: od vody po bitúmen04 · Meracie prístroje
Čím sa meria viskozita
Mosazná náčas ve vodní nebo olejové lázni, dole kuželová tryska a dřevěná zátka, kterou vytáhnete v témž okamžiku, kdy spustíte stopky. Dvě stě mililitrů se zachytí do odměrné baňky a sám přístroj se před sérií kalibruje vodou, protože tryska i objem se časem odchylují od atestovaných hodnot.
Americký příbuzný téže lievika: tryska jiné ráže, dávka šedesáti mililitrů, a výsledek se nazývá prostě sekundami. Číslo vychází asi třicetkrát větší než Englerovo a v anglicky psaných ropných protokolech se s ním setkáváme dodnes, hoci ASTM dal dávno přednost centistokes.
Skleněná trubice se dvěma značkami, mezi nimiž prochází meniskus: čas pádu se násobí kapilární konstantou a dává centistokes přímo, bez jakýchkoli konvenčních stupníc. Metoda je popsána v ISO 3104 a ASTM D445 a právě ona vytlačila lievika, pretože vyžaduje náprstek vzorky a nezávisí na tom, čí ruka drží stopky.
Vřeteno se otáčí ve vzorky a měří se moment na hřídeli, takže čas zkoušky nezávisí na hustotě a je stejná pro olej i pro bitúmen. Rotor umí to, co lievik neumí: zadává rychlost smyku, a jen na něm je vidět, že mazivo s přísadami při rychlém smyku řídne.
05 · Pravidlá zápisu
Stupeň bez teploty neznamená nič
Znak stupně se klade těsně k velkému latinskému písmenu, hodnota se odděluje mezerou a teplota meranie se uvádí vždy, pretože bez ní nelze číslo ani ověřit, ani přepočítat. Sovětské označení konvenční viskozity se píše azbukou a takisto s teplotou; klást však mezi stupně a centistokes rovnítko není přípustné ani v konceptu: vztah je přibližný a jednosměrný.
Druhý zápis zaměňuje veličinu s přístrojem, pretože stupně viskozity neexistují — existuje poměr časů, sejmutý na určité lieviku. Třetí klade rovnítko tam, kam patří přiblížení, a v protokolu teda dává falešnou přesnost. Čtvrtý je prostě nemožný: pod 1,35 °E metoda nefunguje a číslo získané pro tak tekutou kvapalínu neodráží viskozitu, ale setrvačnost proudu.
06 · Susedné jednotky
Nejbližšími příbuznými jsou ostatní konvenční stupníca, postavené přesně stejně: čas výtoku dávky cejchovanou tryskou, lenže tryska je v každé zemi vlastní. Všechny sbíhají ke kinematické viskozitě, a ta je hustotou svázána s dynamickou — a teprve tato dvojice má skutečný rozmer a skutečný etalón.
voda sa rovná jednej
výsledok priamo v sekundách
Redwood č. 1 sekunda
Z listov Simetria vedľa stoja viskozitné triedy olejov ISO VG a SAE, ktorým je tento list náprotivkom, poise a stokes zo sústavy CGS, ako aj hustota v kg/m³, bez ktorej nemožno prejsť od kinematickej viskozity k dynamickej.
07 · Historický oddiel
Tri lieviky troch krajín
Carl Engler se zabýval zpracováním ropy a potřeboval číslo, jímž by bylo možno srovnávat zásilky přicházející z Baku a z Pensylvánie. Přístroj sestavil z toho, co stálo v laboratoři, a za měřítko vzal vodu, pretože byla po ruce každému kolegovi a nevyžadovala žádné tabulky.
Britský znalec Boverton Redwood a americký inženýr George Saybolt udělali každý svou lievik a ani jeden nedělil čas vodou: výsledek uváděli přímo v sekundách. Myšlenka tří přístrojů byla tá istá, ráže trysek různé, a ve sporech mezi dodavatelem a odběratelem z toho byla tři různá čísla pro jednu cisternu.
Když se obchod stal mezinárodním, stala se nesrovnatelnost stupníc dražší než jejich pohodlnost a normy přešly na kinematickou viskozitu měřenou kapilárou. Německá DIN 51560 byla zrušena, ASTM ponechal Sayboltovy sekundy jen jako pomocný přepočet a konvenční viskozita podle GOST 6258 se v domácí praxi držela ještě desítky let.
Viskozita se dnes měří kapilárou nebo rotorem, ale čerpadla, převodovky a hospodářství topných olejů postavená před přechodem pracují dál podle svých štítků. Seřizovač, který čte «ne hustší než 8 °E při 50 °C», převede to na šedesát čtverečních milimetrů za sekundu a olej pak vybírá už podle třídy ISO VG — jednotka teda nežije v laboratoři, ale v dokladech.
Prístroj, ktorý je sám sebe etalónom
Englerův stupeň nemá a mít nemůže etalón v obvyklém smyslu, pretože definice neodkazuje na přírodní konstantu, ale na uspořádání: náčas tohoto objemu, tryska této ráže, dávka dvou set mililitrů. Atestuje se proto ne jednotka, ale přístroj, a dělá se to vodou — jedinou kvapalínou, jejíž čas výtoku se pokládá za známou. Z toho plyne celá obřadná stránka meranie: čerstvá vodní hodnota před sérií, tři shodná meranie, zapsaná teplota lázně.
Slabost takové konstrukce se ukázala právě tam, kde byla její pohodlnost největší. Dokud závod srovnával vlastní zásilky na vlastní lieviku, čísla znamenitě souhlasila; jakmile však bylo třeba srovnat zásilky dvou zemí, ukázalo se, že společnou veličinu nemají — jsou jen tři protokoly, mezi nimiž není možné nic lepšího než přibližný přepočet. Kapilární viskozimetr úlohu vyřešil tím, že meranie vrátil rozmer: dává čtvereční milimetry za sekundu a kapilární konstanta se ověřuje proti referenčním kvapalínám, ne proti vlastní minulosti.
Katalóg · meracie jednotky
List pre každú veličinu
Sedem základných jednotiek SI, dvadsaťdva odvodených s vlastnými menami a veličiny mimo sústavy, bez ktorých by nefungovala ani technika, ani kalendár.