Englergrad
Icke-SI-enhet för konventionell viskositet · storhet: en vätskas motstånd mot att flyta
Märkskylten på en gammal kugghjulspump kräver inte sällan olja «inte tjockare än 8 °E vid 50 °C», och den som är van vid centistokes läser den raden med förundran, eftersom ingen fysikalisk mening står bakom talet. Englergraden är ett förhållande mellan två tider: hur många sekunder tvåhundra milliliter vätska rinner ut ur ett mässingskärl genom ett kalibrerat munstycke och hur många sekunder samma sats vatten tar från samma kärl. Vatten är därför per definition lika med ett, och en olja som flyter åtta gånger långsammare får åtta grader.
Enheten är byggd så att instrumentet tjänar som sin egen normal, och det förklarar på en gång både dess bekvämlighet och dess olycka: tratten kunde tillverkas i vilket fabrikslaboratorium som helst, men i Tyskland byggdes den efter Engler, i Storbritannien efter Redwood, i Amerika efter Saybolt, och en och samma råolja fick tre ojämförbara tal. Till centistokes gick alla tre över först under andra hälften av nittonhundratalet, medan skyltarna på pumpar, växellådor och tjockoljeanläggningar förblev skrivna på det gamla sättet, och de måste räknas om än i dag.
01 · Definition
Englergraden är förhållandet mellan utflödestiden för tvåhundra milliliter av den prövade vätskan och utflödestiden för samma sats destillerat vatten vid tjugo grader Celsius, varvid båda mätningarna görs på ett och samma instrument. Vattnets tid kallas vattenvärde; på ett dugligt viskosimeter ligger det på femtioen sekunder med en tolerans om en sekund.
Ett samband med den kinematiska viskositeten finns, men det är inte linjärt, och orsaken är helt och hållet fysikalisk: vätskan lämnar munstycket inte enbart genom viskös friktion utan också av tröghet, så att en del av trycket går till strålens rörelseenergi. Så länge vätskan är tjock kan tröghetskorrektionen försummas och graden räknas om till centistokes nästan proportionellt, medan korrektionen för tunna vätskor blir jämförbar med själva mätningen. Av detta skäl tillämpas Ubbelohdes formel inte under 1,35 °E, och Englertratten tas över huvud taget inte för vätskor tunnare än fem kvadratmillimeter per sekund.
Mättemperaturen anges alltid och går in i anteckningen jämsides med talet, eftersom en oljas viskositet halveras för varje tjugo graders uppvärmning. Tysk praxis prövade vid tjugo, femtio och hundra grader; den sovjetiska, som ärvde samma instrument under namnet konventionell viskositet, höll sig oftare till femtio och åttio — och just den sista temperaturen hamnade till och med i tjockoljesorterna, där talet i M-40 eller M-100 kommer från viskositeten vid åttio grader.
En storhet som bestäms genom sitt eget instrument har ingen normal i ordets vanliga mening: det som är reproducerbart är inte viskositeten utan paret «kärl plus munstycke», kalibrerat mot vatten. Därav både kravet att kontrollera vattenvärdet före varje serie och förbudet att räkna om främmande grader när det är okänt på vilket instrument och vid vilken temperatur de erhållits.
Värm provet med reglaget, så går strålen ur munstycket fortare: stoppuret, och med det Englergraden, svarar på temperatur långt skarpare än man skulle vänta sig. Kolumnen till vänster visar hur lång tid tvåhundra milliliter tar, och raderna till höger hur ett och samma tillstånd läses av fyra olika skalor.
Den heldragna linjen är det verkliga sambandet mellan centistokes och grader, den streckade den enkla proportionen med faktorn 7,31. För tjocka oljor, till höger om lodlinjen, sammanfaller de båda linjerna nästan; till vänster, där vätskan flyter lätt, överskattar proportionen viskositeten, eftersom strålen lämnar munstycket av tröghet. Det röda märket anger det område under 1,35 °E där mätningen helt enkelt inte anses tillförlitlig.
02 · Omräkning
Skriv in det som står på märkskylten
Alla konventionella skalor förs tillbaka på en enda kinematisk viskositet, så omräkningen mellan dem är mekanisk; noggrannheten är dock inte absolut: Saybolt- och Redwoodsekunder är knutna till centistokes genom lika närmevärdesbaserade formler som den Ubbelohde härledde för sitt eget instrument.
Instrumentets vattenvärde ligger i bladets fina inställningar, eftersom utflödestiden beror direkt på det: en sekunds skillnad i kalibreringen ger omkring två procent i resultatet.
Ett tal utan temperatur går inte att räkna om, och det är ingen småaktighet: en och samma olja ger omkring tolv grader vid femtio grader Celsius och mindre än tre vid hundra. Står ingen temperatur på pumpens märkskylt läser man som standard femtio grader för industrioljor och åttio för tjockolja — men bättre är att hitta den utgåva av standarden som skylten upprättats efter.
| Värde | Anmärkning | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Storleksordningar
logaritmisk skala: från vatten till bitumen04 · Mätinstrument
Vad viskositet mäts med
Ett mässingskärl i vatten- eller oljebad, ett koniskt munstycke undertill och en träpropp som dras i samma ögonblick som stoppuret startas. Tvåhundra milliliter samlas upp i en mätkolv, och instrumentet självt kalibreras mot vatten före varje serie, eftersom både munstycke och volym med tiden vandrar från sina certifierade värden.
Den amerikanska släktingen till samma tratt: ett munstycke av annan kaliber, en sats om sextio milliliter, och resultatet kallas helt enkelt sekunder. Talet blir omkring trettio gånger större än Englers, och i engelskspråkiga oljerapporter möter man det än i dag, trots att ASTM för längesedan gav centistokes företräde.
Ett glasrör med två märken som menisken passerar mellan: falltiden multipliceras med kapillärkonstanten och ger centistokes direkt, utan några konventionella skalor alls. Metoden beskrivs i ISO 3104 och ASTM D445, och det var den som trängde undan trattarna, eftersom den kräver en fingerborg prov och inte beror på vems hand som håller stoppuret.
En spindel roteras i provet och momentet på axeln mäts, så att försökstiden inte beror på tjockleken och är densamma för olja som för bitumen. Rotorn kan det tratten inte kan: den ställer in skjuvhastigheten, och endast på den syns det att ett smörjmedel med tillsatser blir tunnare vid snabb skjuvning.
05 · Skrivregler
En grad utan temperatur betyder ingenting
Gradtecknet sätts tätt intill den stora latinska bokstaven, värdet skiljs med ett mellanslag, och mättemperaturen anges alltid, eftersom talet utan den varken kan kontrolleras eller räknas om. Den sovjetiska beteckningen för konventionell viskositet skrivs med kyrilliska bokstäver och likaså med temperatur; att sätta likhetstecken mellan grader och centistokes är däremot otillåtet även i ett utkast: sambandet är approximativt och enkelriktat.
Den andra skrivningen förväxlar storheten med instrumentet, eftersom viskositetsgrader inte finns — det finns ett förhållande mellan tider, taget på en bestämd tratt. Den tredje sätter likhetstecken där en approximation hör hemma, och ger därför falsk noggrannhet i en rapport. Den fjärde är helt enkelt omöjlig: under 1,35 °E fungerar metoden inte, och ett tal som erhållits för en så tunn vätska speglar inte viskositeten utan strålens tröghet.
06 · Grannenheter
De närmaste släktingarna är de övriga konventionella skalorna, byggda på precis samma sätt: utflödestiden för en sats genom ett kalibrerat munstycke, bara att munstycket i varje land är sitt eget. De löper alla samman i den kinematiska viskositeten, och den är genom densiteten knuten till den dynamiska — och först detta par har en verklig dimension och en verklig normal.
vatten är lika med ett
svaret direkt i sekunder
Redwood nr 1-sekund
Bland Simetriums datablad står bredvid oljeviskositetsklasser ISO VG och SAE, som detta blad utgör motstycke till, poise och stokes ur CGS-systemet, samt densitet i kg/m³, utan vilken man inte kommer från kinematisk till dynamisk viskositet.
07 · Historisk del
Tre trattar från tre länder
Carl Engler arbetade med raffinering av råolja och behövde ett tal som partier från Baku och Pennsylvania kunde jämföras med. Instrumentet satte han ihop av det som stod i laboratoriet, och som mått tog han vatten, eftersom det fanns till hands hos varje kollega och inte krävde några tabeller alls.
Den brittiske experten Boverton Redwood och den amerikanske ingenjören George Saybolt gjorde var sin tratt, och ingen av dem delade tiden med vatten: de angav resultatet direkt i sekunder. Tanken bakom de tre instrumenten var densamma, munstyckenas kaliber olika, och i tvister mellan leverantör och köpare blev det tre olika tal för en och samma tankvagn.
När handeln blev internationell blev skalornas ojämförbarhet dyrare än deras bekvämlighet, och standarderna gick över till kinematisk viskositet mätt med kapillär. Den tyska DIN 51560 upphävdes, ASTM behöll Saybolt-sekunderna endast som hjälpomräkning, och den konventionella viskositeten enligt GOST 6258 höll sig kvar i inhemsk praxis i decennier till.
Viskositet mäts i dag med kapillär eller rotor, men pumpar, växellådor och tjockoljeanläggningar som ställdes upp före övergången arbetar vidare efter sina egna skyltar. En montör som läser «inte tjockare än 8 °E vid 50 °C» räknar om det till sextio kvadratmillimeter per sekund och väljer sedan oljan efter ISO VG-klass — enheten lever alltså inte i laboratoriet utan i papperen.
Ett instrument som är sin egen normal
Englergraden har ingen normal i vanlig mening och kan inte ha någon, eftersom definitionen inte hänvisar till en naturkonstant utan till en konstruktion: ett kärl av denna volym, ett munstycke av denna kaliber, en sats om tvåhundra milliliter. Det som kalibreras är därför inte enheten utan instrumentet, och det görs mot vatten — den enda vätska vars utflödestid anses känd. Härav följer hela mätningens rituella sida: ett färskt vattenvärde före serien, tre överensstämmande avläsningar, badets temperatur nedskriven.
Svagheten i en sådan konstruktion visade sig just där dess bekvämlighet var störst. Så länge ett verk jämförde sina egna partier på sin egen tratt stämde talen förträffligt; men så snart partier från två länder skulle jämföras visade det sig att de inte hade någon gemensam storhet — bara tre protokoll, mellan vilka inget bättre än en ungefärlig omräkning är möjlig. Kapillärviskosimetern löste uppgiften genom att ge mätningen dess dimension tillbaka: det ger kvadratmillimeter per sekund, och kapillärkonstanten kontrolleras mot referensvätskor, inte mot sitt eget förflutna.
Katalog · måttenheter
Ett datablad för varje storhet
Sju SI-basenheter, tjugotvå härledda med egna namn och storheter utanför systemet som varken tekniken eller kalendern klarar sig utan.