Viskozimetri ir instruments, kas mēra šķidruma plūsmu un šķidruma viskozitāti. Šķidruma viskozitāte ietekmē tā veiktspēju neatkarīgi no tā, vai tas ir sūknēts vai pavadīts, vai impregnēts un pārklāts.
Tāpēc viskozitātes mērīšana ir piemērota dažādiem materiāliem, tostarp:
Eļļa
plastmasas
krāsu
pārklājums
Līme
kaut ko
asfalts
Viskozitātes un plūsmas īpašību mērīšana ir piemērota arī tādu izplatītu patēriņa preču kā pārtikas un dzērienu, zobu pastas, kosmētikas un šampūnu ražošanai.
Ko dara viskozimetrs?
Viskozimetri mēra šķidrumu viskozitāti un plūsmas īpašības, un tiem ir plašs lietojumu klāsts, lai mērītu šīs dažādu vielu un materiālu īpašības.
Šo lietojumprogrammu piemēri ir:
Ievārījumu un sīrupu viskozitātes uzraudzība pārtikas garšvielu ražošanas laikā, lai nodrošinātu partijas konsistenci
Izstrādājot piena cauruļvadu sistēmas, analizējiet piena plūsmas raksturlielumus
Motoreļļas plūsmas modeļu mērīšana dažādos temperatūras apstākļos
Pārbaudiet tintes printera tintes viskozitāti.
Viskozitātei ir liela nozīme mašīnu eļļošanā. Ja tas ir pārāk zems, starp iekšējiem komponentiem būs pārāk liels kontakts un līdz ar to nodilums. Ja tas ir pārāk augsts, tas liek mašīnai strādāt vairāk, lai pārvarētu pašas smērvielas iekšējo pretestību plūsmai.
Kas ir viskozitāte?
Viskozitāte ir materiāla izturības pret kustību mērs, kad tiek pielikts spēks.
Piemēram, ja izspiežat zobu pastas tūbiņu, cik viegli saturs izplūst no tūbiņas gala?
Viskozitātes mērīšanai ir formula:
Viskozitāte=bīdes spriegums/bīdes ātrums.
Jūs izsakāt šīs formulas rezultātu centipuāzēs (cP). Centipoise ir līdzvērtīgs 1 mPa s (millipaskāla sekunde).
Tas attiecas uz absolūto viskozitāti. Kinemātiskās viskozitātes mērījums ir atšķirīgs, kā mēs paskaidrosim vēlāk.
Bīdes spriegums ir spēks uz laukuma vienību, kas nepieciešams, lai pārvietotu vienu šķidruma slāni attiecībā pret otru.
Bīdes ātrums ir ātruma izmaiņu mērs starpslāņu kustībā attiecībā pret otru.
Daudziem šķidrumiem spriegums, kas izraisa plūsmu, ir proporcionāls bīdes deformācijas ātrumam. Konkrētam šķidrumam bīdes spriegums, kas dalīts ar bīdes ātrumu, ir nemainīgs noteiktā temperatūrā.
Šī konstante ir dinamiskā jeb absolūtā viskozitāte. Bet jūs varat to saukt arī vienkārši par materiāla viskozitāti.
Vienkāršs veids, kā uzskatīt viskozitāti, ir šķidruma biezums, bet, aplūkojot šķidrumus ar dažādu blīvumu, skaidrākais veids, kā aprakstīt viskozitāti, ir plūsmas pretestība.
Kāpēc ir svarīgi izmērīt viskozitāti?
Materiāla apstrādes apstākļi ir svarīgi gan tā ražošanā, gan gala izmantošanā.
Materiāla viskozitāte ir arī noderīgs netiešs tā īpašību, piemēram, molekulmasas un blīvuma, mērs. Šīs materiāla īpašības ietekmē plūsmas uzvedību.
Viskozitātes mērīšana ir svarīga kvalitātes kontroles un partijas konsistences sastāvdaļa.
Viskozitātes mērīšana ir arī svarīga, jo ne visi šķidrumi darbojas vienādi.
Kopumā ir divi veidi:
ņūtons
Nav Ņūtona.
Ņūtons atsaucas uz Ņūtona viskozitātes likumu, kas ir izveidotā formula tās mērīšanai.
Ņūtona šķidrumā viskozitāte paliek nemainīga neatkarīgi no bīdes ātruma izmaiņām.
Tipiski Ņūtona šķidrumu piemēri ir ūdens un motoreļļa.
Tomēr šķidrumos, kas nav Ņūtona, viskozitāte svārstās. Šie šķidrumi ietver šādus veidus:
plastmasas
pseidoplastiskums
Reoloģija
tiksotrops
paplašināšana
Ikdienas neņūtona šķidruma piemērs ir kečups, kas, sakratot pudeli, kļūst plānāks. Tomātu pastai piemīt bīdes atšķaidīšanas īpašības, jo tās viskozitāte samazinās, palielinoties bīdes spriegumam.
Kinemātika un absolūtā viskozitāte
Ir divi veidi, kā izteikt viskozitāti:
Kinezioloģija
absolūts
Jūs varat izmērīt kinemātisko viskozitāti, novērojot šķidruma pretestību plūsmai gravitācijas ietekmē.
Jūs varat izmērīt absolūto viskozitāti, mērot pretestību plūsmai ārēju un kontrolētu spēku ietekmē.
Abi viskozitātes attēlojumi atšķiras arī pēc to mērījumiem.
Kinemātisko viskozitāti mēra centistokos (CSt)
Absolūto viskozitāti mēra centipuāzēs (cP).
Kādi viskozimetri veidi pastāv?
Ir divas viskozitātes mērīšanas pamatmetodes:
Vai nu objekts iet cauri stacionāram materiālam, vai arī materiāls plūst cauri stacionāram objektam vai caur to.
Izmantojot jebkuru no metodēm, varat izmērīt pretestību plūsmai, reģistrējot laiku, kas nepieciešams darbības veikšanai.
Ir dažādi viskozimetri, kas izmanto vienu no šīm divām metodēm:
Kapilārais vai stikla viskozimetrs
rotācijas viskozimetrs
Krītošu bumbiņu un krītošu virzuļu viskozimetri.
Viskozimetri mēra Ņūtona viskozitāti.
Ir arī reometri, lai mērītu viskozitāti, kas nav Ņūtona viskozitāte, un to mērījumiem tiek izmantoti vairāki parametri.
kapilārais viskozimetrs
Laboratorijas iestatījumos jūs bieži atradīsit kapilāros viskozimetrus. Šī ir U-veida stikla caurule (cits tās nosaukums ir U-caurules viskozimetrs).
Viskozitātes mērīšanas process ietver stikla caurules iegremdēšanu vannā ar kontrolētu temperatūru, parasti 40 vai 100 grādu temperatūrā.
Ir precīzs laika rādījums, ko mēra sekundēs, un norāda, cik ilgs laiks nepieciešams, lai fiksēts šķidruma daudzums plūst U veida caurulē starp diviem atzīmētajiem punktiem.
Šo plūsmu var sasniegt ar sūkšanas vai gravitācijas palīdzību.
Kad esat veicis šo mērījumu, varat to reizināt ar konstanti, kas ir raksturīga jūsu izmantotajam caurules veidam, un tas aprēķinās:
Kinemātiskā viskozitāte (ja izmanto aspirācijas metodi), vai
Absolūtā viskozitāte (ja izmanto gravitāciju.
rotācijas viskozimetrs
Šāda veida viskozimetrs izmanto rotējošu ierīci, ko sauc par vārpstu, ko iegremdējat pārbaudāmajā šķidrumā.
Pēc tam griezes moments uz vārpstas rotācijas ass mēra šķidruma pretestību plūsmai.
Rotācijas viskozimetrs mēra šķidruma absolūto viskozitāti.
Tas izmanto elektromagnētiski kontrolētu vārpstu, lai radītu rotāciju šķidrumā, novēršot elektriskās vārpstas gultņa berzes koeficientu.
Krītošu lodīšu un krītošu virzuļu viskozimetri
Šīs nav izplatītas viskozitātes mērīšanas metodes. Krītošā bumbiņas un krītošā virzuļa viskozimetra testā bumbiņa vai virzulis tiek iemests šķidrumā, un jūs mēra laiku starp atzīmētajiem punktiem.
Tomēr, lai to izdarītu, jums jāzina izmantojamās lodītes vai virzuļa gala ātrums, izmērs un blīvums.
Reometrs
Reoloģija ir matērijas, parasti šķidrumu, plūsmas izpēte, bet attiecas arī uz dažām cietām vielām. Tajā tiek pētīts, kā materiāli reaģē attiecībā pret plūsmu, reaģējot uz pielietotajiem spēkiem.
Tehniski runājot, viskozitāte ietilpst plašākā reoloģijas tehniskajā kategorijā.
Reometri ir ideāli piemēroti neņūtona šķidrumu viskozitātes mērīšanai. Tie darbojas līdzīgi viskozimetriem, taču tiem ir plašāks pielietojuma klāsts.
Tas ir tāpēc, ka šķidrumiem, kas nav Ņūtona šķidrumi, ir sarežģītākas reoloģiskās īpašības nekā Ņūtona šķidrumiem, kas maina to viskozitāti, kad tiem pieliek spēku.
Ir četru veidu reometri:
kapilārā caurule
dinamiska rotācija
Griezes moments
svārstās
Kapilārie un rotācijas reometri ir līdzīgi attiecīgajiem viskozimetriem.
Griezes momenta reometri mēra griezes momentu uz maisīšanas skrūves vai motora, kas norāda uz parauga materiāla sajaukšanas grūtībām.
Svārstību reometri izraisa sinusoidālās bīdes deformācijas parauga materiālos, novieto tos starp divām plāksnēm un mēra vērpes efektu.
Galvenā atšķirība starp reometru un viskozimetru ir tā, ka reometri mēdz iedarboties uz kādu vielu bīdes spēku, ko tie pārbauda.
Kā sagatavot paraugu mērīšanai?
Gan reoloģijas, gan viskozitātes mērījumos parauga sagatavošana ietekmē mērījumu rezultātus.
Tas jo īpaši attiecas uz paraugu mērīšanu ar zemu bīdes ātrumu.
Pirms mērīšanas ir svarīgi paraugu nekratīt un nemaisīt, jo tas pakļaus paraugu nenoteiktai bīdes slodzei, ja vien paraugam nav nogulsnes vai kāda cita atslāņošanās. Šajā gadījumā maisīšanai vai kratīšanai jāizmanto konsekventas metodes un instrumenti.
Jūsu uzklāšanas metodei jābūt arī konsekventai, piemēram, karotei vai lāpstiņai.
Uzklāšana ar pipeti vai šļirci ir piemērota lietošanai tikai ar eļļām, sveķiem vai šķīdinātājiem. Tāpat kā ar citām vielām, šīs uzklāšanas metodes var palielināt bīdes slodzi, tādējādi samazinot mērījumus un izkropļotus rezultātus.
Mēģiniet pārliecināties, ka nav gaisa burbuļu, jo tie var simulēt neņūtona uzvedību un sniegt kļūdainus mērījumus.
Izmantotajam parauga tilpumam ir jāatbilst izmantotajai mērīšanas metodei. Pārāk daudz vai pārāk maz parauga var izraisīt mērījumu kļūdas.
Ievērojiet norādījumus par gaidīšanas laiku. Sagatavošana rada stresu paraugam un prasa atveseļošanās periodu. Kad mērīšanas sistēma ir izveidota, parauga struktūra var būt jāatjauno, pirms var veikt precīzus mērījumus.
Jums arī jāpārliecinās, ka paraugs neizžūst, jo tādējādi jūsu mērījumi var būt pārāk augsti.
Kādi faktori ietekmē viskozitātes mērījumus?
Lai gan šķidruma viskozitātes mērīšanas process var šķist vienkāršs, ir jāņem vērā daži faktori, lai šie mērījumi būtu precīzi.
Temperatūra ir galvenais faktors. Termostata vannas funkcija ir uzturēt precīzu temperatūru visa procesa laikā. Jums vajadzētu būt iespējai kontrolēt vannas temperatūru ar precizitāti 0,02 grādi no vēlamās temperatūras (parasti 40 vai 100 grādi).
Vannu sistēma ar kontrolētu temperatūru atvieglo to.
Kapilārā viskozimetra U-veida stikla diametram jābūt precīzam, lai mērītu precīzi. Tāpēc šīs brilles bieži tiek ražotas, izmantojot zemas izplešanās borsilikāta stiklus. Tas palīdz samazināt kļūdas un katru gadu pārkalibrēt kapilāro viskozimetru.
Ir svarīgi arī rūpīgi izskalot un nosusināt starp mērījumiem, izmantojot šķīdinātāja atlikumus.
Viskozimetri atšķiras pēc izmēra, lai izmērītu dažāda veida viskozitātes. Neatkarīgi no instrumenta izmēra viņš iesaka, lai viskozimetram būtu jāveic mērījumi vismaz 200 sekundes. Tas ļauj šķidrumam iziet starp atzīmētajiem punktiem.
Kuras nozares gūst labumu no viskozimetriem un reometriem?
Viskozimetri un reometri tiek izmantoti dažādās nozarēs un nozarēs.
Tie ietver:
Farmācija, biotehnoloģija un klīniskie pētījumi
Naftas ķīmija un nafta
diēta
Ķīmiskā rūpniecība
Skaistums un kosmētika
pierādījumu vākšana
Vides testēšana
Ražošanas pētniecība un attīstība.
Šeit ir daži viskozitātes mērīšanas pielietojuma piemēri dažādās nozarēs.
Līme
Viskozitātes mērīšana ir svarīga līmju ražošanā. Atkarībā no līmes veida un galīgā pielietojuma tai ir jāplūst ar noteiktu optimālu ātrumu.
Zemas viskozitātes līmes plūst brīvāk nekā augstas viskozitātes līmes. Dažiem mērķis ir panākt, lai līmjava stingrāk noturētos vienā vietā, savukārt citiem mērķis ir to izplatīt plašāk.
ēdiens
Pārtikas rūpniecībā viskozitātes mērīšana palīdz maksimāli palielināt ražošanas efektivitāti un nodrošināt izmaksu efektivitāti.
Ja produkti tiek ražoti ar caurulēm, viskozitāte ietekmē šīs pārvietošanas ātrumu un to, cik ilgs laiks nepieciešams dažādu pārtikas produktu sacietēšanai vai žāvēšanai, vai to izdalīšanai iepakojumā.
Viskozitātei var būt milzīga ietekme uz pārtikas ražošanas procesu, un tā ir galvenais pārtikas tekstūras veicinātājs.
Jebkādas partiju pretrunas var radīt produktu, kas neatbilst patērētāju standartiem.
Eļļa
Viskozitātei eļļās ir liela nozīme. Tas noteiks eļļas blīvēšanas efektivitāti un tās patēriņa ātrumu.
Eļļas viskozitāte ietekmē ar termisko berzi saistīto gultņu, pārnesumu komplektu un cilindru temperatūru. Tas ietekmēs iekārtas efektivitāti un to, cik ātri tā iedarbojas un darbojas dažādās temperatūrās.
Jūs izmērāt eļļas kinemātisko viskozitāti, kas nodrošina tās viskozitātes indeksa (VI) novērtējumu. Eļļas ar augstāku VI ir efektīvākas, tādējādi samazinot patēriņu un eļļošanas nodilumu.
Vēl viens faktors, ko mēra eļļā, ir tās spēja pretoties bīdei hidrodinamiskās eļļošanas laikā.
Ir svarīgi, lai eļļas viskozitāte atbilstu temperatūras apstākļiem, ātrumam un eļļoto daļu slodzei.
specifisks
Betona rūpniecībā betona plastiskā viskozitāte un tecēšanas spriegums ir ļoti svarīgi tā apstrādājamībai un lejamībai.
Betona reoloģiskās īpašības nosaka tā mehānisko kvalitāti, izturību un kopējo kvalitāti.
Lai nodrošinātu betona konstrukciju ilgtspējību un betona lietojamību būvniecības laikā, tam jābūt ar pareizo viskozitāti.
kosmētikas
Skaistumkopšanas un kosmētikas nozarē viskozitātes mērīšana ir galvenais kvalitātes kontroles elements.
Piemēram, lūpu balzamam jābūt ar augstu viskozitāti, lai nodrošinātu, ka tas pareizi pielīp pie ādas un to aizsargā.
No otras puses, ķermeņa aerosoliem ir nepieciešama zema viskozitāte, lai tie varētu brīvi un vienmērīgi plūst no to dozatoriem.
Ja kosmētikas uzņēmumi apraksta produktus kā greznus, šiem produktiem, visticamāk, būs nepieciešama lielāka viskozitāte, lai pastiprinātu šo iespaidu.
Jūs varat izmantot kapilāro viskozimetru, lai pārbaudītu daudzu eļļas un ūdens bāzes kosmētikas savienojumu viskozitāti, jo tie ir Ņūtona šķidrumi. Bet citiem savienojumiem būs ne-Ņūtona īpašības, un tiem būs nepieciešama reoloģiskā pārbaude.
Tāpēc ir svarīgi izvēlēties pareizo viskozimetru vai reometru, pamatojoties uz jūsu vajadzībām.
Kā izvēlēties viskozimetru?
Kā redzējām, viskozimetriem un reometriem ir plašs pielietojums.
Kādi faktori jāņem vērā, izvēloties viskozitātes mērīšanas instrumentu?
Kāda veida viskozitāte ir jāmēra, absolūtā viskozitāte, kinemātiskā viskozitāte vai abas?
Kur jūs veiksiet savu darbu, laboratorijas vidē, kustībā vai citur?
Cik sarežģīts vai mainīgs ir materiāls, kuru vēlaties izmērīt?
Parasti reometri ir daudzpusīgāki un dārgāki nekā viskozimetri, bet reometri mērīs šķidrumus, kas nav Ņūtona šķidrumi.
Runājot par viskozimetru un reometru veidiem, ir daudz dažādu instrumentu kategoriju, tostarp:
Pārnēsājams rokas viskozimetrs
Stikla kapilārais viskozimetrs
rotācijas viskozimetrs
Lodīšu un gaisa gultņu reometri.
