Viskozimetri ir instruments, ko izmanto šķidrumu viskozitātes un šķidrumu plūsmas īpašību mērīšanai. Apspriedīsim dažāda veida viskozimetri, to iekšējās īpašības un faktorus, kas nepieciešami precīzu un atkārtojamu viskozitātes mērījumu veikšanai.
Triboloģijas un eļļošanas pētījumos viskozitāte bieži tiek dēvēta par bāzes eļļas svarīgāko īpašību. Kāpēc viskozitāte ir tik svarīga mašīnu eļļošanā? No vienas puses, pārāk zema viskozitāte kustības laikā var izraisīt saskarsmi starp iekšējiem komponentiem, izraisot nodilumu.
No otras puses, pārāk augsta viskozitāte liek mašīnai strādāt vairāk, lai pārvarētu smērvielas iekšējo pretestību pret plūsmu. Tāpēc ir svarīgi saprast ne tikai bāzes eļļas viskozitāti, bet arī to, kā tā var mainīties ekspluatācijas vai vides apstākļu svārstību dēļ.
Viskozimetrs un reometrs
Viskozitāte ir šķidruma pretestības pret plūsmu (bīdes spriegums) mērs noteiktā temperatūrā. Ne visi šķidrumi saglabā nemainīgu viskozitāti, mainoties plūsmas apstākļiem. Šķidrumus, kuru viskozitāte mainās atkarībā no plūsmas apstākļiem, sauc par neņūtona šķidrumiem. Šo šķidrumu veidu viskozitāti mēra ar reometru. Viskozometrs mēra Ņūtona šķidruma viskozitāti.
Kinemātika un absolūtā viskozitāte
Starp dažādām viskozometra metodēm ir divi dažādi veidi, kā izteikt viskozitāti: kinemātiskā viskozitāte un absolūtā viskozitāte. Galvenā atšķirība starp abiem ir tāda, ka kinemātisko viskozitāti mēra, novērojot šķidruma pretestību plūsmai gravitācijas ietekmē, savukārt absolūto viskozitāti mēra, novērojot šķidruma pretestību plūsmai ārēju un kontrolētu spēku ietekmē. vai nu ar kapilāriem, ir arī šķidruma kustība caur ķermeni.
Kinemātisko viskozitāti mēra centistokos (cSt), bet absolūto viskozitāti mēra centipoisos (cP). Salīdzināšanas nolūkos absolūto viskozitāti parasti pārvērš kinemātiskajā viskozitātē, dalot to ar šķidruma īpatnējo svaru (SG).
cSt=cP/SG vai vienādojuma apgrieztā vērtība: cP=cSt x SG
Viskozitātes pārbaudes metode
Ir izveidotas vairākas viskozitātes pārbaudes metodes, katrai no tām ir savas priekšrocības. Tālāk ir sniegts bāzes eļļas viskozitātes pārbaudes visbiežāk izmantoto metožu saraksts.
Kapilārā (stikla) viskozimetra pārbaude
Primārā ierīce, ko izmanto kapilārā viskozimetra testēšanā, ir "U" formas stikla caurule, kas tai piešķir vispārpieņemto nosaukumu U-caurule. U-caurules procedūrai ir nepieciešams iegremdēt cauruli vannā ar kontrolētu temperatūru (parasti 40 vai 100 grādi pēc Celsija) un precīzi nolasīt laiku (sekundēs), kas nepieciešams fiksēta daudzuma šķidruma plūsmai caurulē. Caurule tiek noņemta no caurules ar sūkšanas vai gravitācijas palīdzību. Viens marķieris uz otru marķieri.
Pēc tam šo izmērīto laiku reizina ar konstanti (kas attiecas uz konkrēto cauruli), lai aprēķinātu absolūto viskozitāti (iesūkšanas) vai kinemātisko viskozitāti (smaguma spēku).
Rotācijas viskozimetra tests
Rotācijas viskozimetra galvenā iezīme ir rotējoša ierīce, ko sauc par vārpstu, kas ir iegremdēta testa šķidrumā. Pēc tam rotējošās vārpstas griezes momentu izmanto, lai izmērītu šķidruma pretestību plūsmai.
Rotācijas viskozimetrs aprēķina šķidruma absolūto viskozitāti, jo šis mērījums neietver gravitāciju, bet ir šķidruma bīdes sprieguma funkcija. Šī viskozimetra izplatīto variantu sauc par Brukfīldas viskozimetru.
Stabinger viskozimetrs ir modificēta rotācijas viskozimetra versija. Tas izmanto uzlabotu neatkarīgu peldošo vārpstu, ko kontrolē elektromagnētiskais spēks, lai radītu šķidruma rotāciju. Tas ir izdevīgi, jo novērš sarežģīto uzdevumu ņemt vērā papildu motora gultņu berzi ar galveno vārpstu.
Krītošas bumbas un krītoša virzuļa viskozimetra pārbaude
Retāk sastopamas viskozitātes mērīšanas alternatīvas ietver krītošu lodīšu un krītošu virzuļu viskozimetri. Šajos testos lodi vai virzuli iemet šķidrumā un mēra laiku starp vienu atzīmēto punktu un otru atzīmēto punktu. Lai aprēķinātu viskozitāti pēc Stoksa likuma, ir jāzina zināmais lodītes vai virzuļa gala ātrums, izmēri un blīvums.
Citas pārbaudes metodes
Dažās situācijās, kas parasti netiek novērotas eļļas viskozitātes pārbaudēs, var izmantot burbuļu metodi. Šis tests parasti ietver laika mērīšanu, kas nepieciešams, lai burbulis paceltos noteiktā attālumā. Šo mērīšanas laiku var saistīt proporcionāli šķidruma viskozitātei. Vēl viena variācija ietver zondes izturības pret vibrāciju mērīšanu.
Viskozimetru veidi
Lai gan viskozitātes noteikšanai ir vairākas metodes, lielākā daļa viskozimetri tiek pārdoti komerciāli, lai tie vislabāk atbilstu to paredzētajam lietojumam. Zemāk ir šo viskozimetru kategoriju saraksts.
Pārnēsājams viskozimetrs
Kā norāda nosaukums, pārnēsājamie viskozimetri ir piemēroti lietošanai visur, kur laboratorijas vide ir nepraktiska. Daudzos lauka un lauka lietojumos viskozimetriem ir jānodrošina ātri, aptuveni viskozitātes rādījumi, bieži vien, lai būtu nepieciešama turpmāka analīze.
Maza lauka viskozimetrs
Lai iegūtu precīzākus viskozitātes rādījumus, maza lauka viskozimetri ir piemēroti laboratorijas iestatījumiem, taču tie ir par pieņemamu cenu. Šādi viskozimetri ietver U veida cauruli vai Brookfield viskozimetru.
Pilna servisa viskozimetrs
Lai viskozitātes pārbaudē iegūtu visaugstāko precizitāti, ir jāizmanto pilna servisa viskozimetrs. Šīs ierīces bieži vien spēj automātiski pārbaudīt kinemātisko un absolūto viskozitāti plašā temperatūras diapazonā un nodrošina blīvuma un īpatnējā smaguma aprēķinus. Izplatīta problēma, ar ko saskaras eļļas analīzes laboratorijas, kurām ir jāveic vairākas paraugu pārbaudes, ir spēja veikt šos testus ar pēc iespējas mazāku paraugu skaitu.
Daži no sarežģītākiem pilna servisa viskozimetriem var veikt precīzus mērījumus, ja parauga tilpums ir mazāks par 0,1 ml, ar atkārtojamību 0,1% robežās. Lielās laboratorijās, kurās pārbauda simtiem paraugu dienā, tā ir nepieciešama pilna servisa viskozimetra priekšrocība.
Tiešsaistes/tiešsaistes viskozimetrs
Lai gan vairums eļļas viskozitātes testu tiek veikti pēc ietvertā parauga iegūšanas, daži viskozimetri var nodrošināt nepārtrauktus viskozitātes rādījumus aktīvajās plūsmas līnijās. To parasti veic ar sensoriem vai devējiem vai nu tieši līnijā (cauruļvada daļa), vai līnijā (apvada plūsma vai sensors). Tiek veikts viskozitātes mērījums un pēc tam nosūtīts kā elektronisks signāls uz datoru vai citu uzraudzības ierīci.
Faktori, kas ietekmē viskozitātes mērīšanu
Lai gan šķiet, ka šķidruma viskozitāti ir viegli analizēt, šādu šķidrumu precīzu mērījumu veikšana var būt sarežģīts uzdevums. Lai mērījums būtu derīgs, ir jāzina un jāsaglabā nemainīgi vairāki faktori, tostarp:
temperatūra
Runājot par svarīgumu, temperatūras attiecība pret viskozitāti ir kā viskozitātes attiecība pret bāzes eļļu. Temperatūras kontroles vannas vienīgais pienākums ir nodrošināt, lai visa viskozitātes mērīšanas eksperimenta laikā tiktu uzturēta precīza temperatūra (parasti 40 vai 100 grādi pēc Celsija) un 0,02 grādi pēc Celsija. Vannas kontrole šādā mērā var būt sarežģīta, tāpēc sarežģītākos viskozimetri kā vienības daļu ietver vannas sistēmu ar kontrolētu temperatūru.
viskozimetra stikls
Kapilārā viskozimetra precizitāte ir atkarīga ne tikai no temperatūras, bet arī no precīza caurules iekšējā diametra. Šī iemesla dēļ šīs stikla caurules ir izgatavotas no pilnībā atlaidināta, zemas izplešanās borsilikāta stikla, un bieži vien tām ir viskozimetra konstante, kas saistīta ar cauruli kā korekcijas koeficientu. Parasti viskozimetra konstantes tiek atkārtoti kalibrētas katru gadu, pamatojoties uz temperatūru, kādā tas tiks izmantots, lai nodrošinātu pēc iespējas mazāku kļūdu.
Viskozimetra izmērs
Viskozimetru izmēri atšķiras, ņemot vērā plašo viskozitātes diapazonu, ko var pārbaudīt. Ieteicams viskozimetram vismaz 200 sekundes (manuāliem mērījumiem ar hronometru) pārvadīt testa šķidrumu no viena atzīmētā punkta uz citu, lai izvairītos no cilvēka kļūdām.
Noskalo starp mērījumiem
Vēl viens svarīgs viskozimetra testēšanas faktors ir caurulē veiktās skalošanas kvalitāte starp mērījumiem. Parasti tīrīšanas, skalošanas un žāvēšanas posmos tiek izmantoti dažādi šķīdinātāji, kas nesatur atlikumus. Laboratorijās, kurās paraugus nepārtraukti apstrādā ar liela apjoma viskozimetriem, tīrīšanas efektivitāti nodrošina iebūvēta tīrīšanas sistēma. Tomēr ir nepieciešama vizuāla pārbaude, lai noteiktu, vai ir nepieciešams otrs skalošanas cikls, īpaši ar lietotu eļļu.
Citi svarīgi faktori, kas var ietekmēt viskozitātes mērījumus, ir laika noteikšanas ierīces metode un precizitāte, pareiza paraugu apstrāde un padziļināta un pastāvīga kvalitātes kontrole.
Gadu gaitā viskozitātes mērīšana ir attīstījusies ar dažādiem stiliem un metodēm. ASTM un Starptautiskās standartizācijas organizācijas (ISO) gods ir izstrādātas arī viskozimetru testēšanas metodes, procedūras, kalibrēšana, tīrīšana un citi faktori, lai nodrošinātu dažādu viskozimetru precizitāti un konsekvenci.
Galu galā viskozitāte ir vissvarīgākā bāzes eļļas fiziskā īpašība, un centieni izmērīt viskozitāti, izmantojot rūpīgas metodes un stingrus standartus, var pielīdzināt uzticamāku mašīnas eļļošanu un galu galā ilgāku iekārtas kalpošanas laiku.
