Viskosimetri on laite, joka mittaa nesteen virtausta ja nesteen viskositeettia. Nesteen viskositeetti vaikuttaa sen suorituskykyyn, oli se sitten pumpattu tai putkitettu tai kyllästetty ja pinnoitettu.
Siksi viskositeetin mittaus sopii useille materiaaleille, mukaan lukien:
Öljy
muovi
maali
pinnoite
Liima
jotain
asfaltti
Viskositeetti- ja juoksevuusominaisuuksien mittaus soveltuu myös yleisten kulutustavaroiden, kuten elintarvikkeiden ja juomien, hammastahnan, kosmetiikan ja shampojen valmistukseen.
Mitä viskosimetri tekee?
Viskosimetrit mittaavat nesteiden viskositeettia ja virtausominaisuuksia, ja niillä on laaja valikoima sovelluksia eri aineiden ja materiaalien näiden ominaisuuksien mittaamiseen.
Esimerkkejä näistä sovelluksista ovat:
Hillojen ja siirappien viskositeetin valvonta elintarvikemaustetuotannon aikana erän konsistenssin varmistamiseksi
Analysoi maidon virtausominaisuudet suunnitellessasi maidon putkistojärjestelmiä
Moottoriöljyn virtauskuvioiden mittaaminen eri lämpötiloissa
Testaa mustesuihkutulostimen musteen viskositeetti.
Viskositeetti on tärkeä koneen voitelussa. Jos se on liian alhainen, sisäosien välillä on liian paljon kosketusta ja siten kulumista. Jos se on liian korkea, se pakottaa koneen työskentelemään kovemmin voittaakseen voiteluaineen oman sisäisen virtausvastuksen.
Mikä on viskositeetti?
Viskositeetti on materiaalin liikkeen vastustuskyvyn mitta voimaa käytettäessä.
Jos esimerkiksi puristat hammastahnaputkea, kuinka helposti sisältö valuu ulos putken päästä?
Viskositeetin mittaamiseksi on kaava:
Viskositeetti=leikkausjännitys/leikkausnopeus.
Ilmoitat tämän kaavan tuloksen senttipoiseina (cP). Centipoise vastaa 1 mPa s (millipascal sekunti).
Tämä koskee absoluuttista viskositeettia. Kinemaattisen viskositeetin mittaus on erilainen, kuten selitämme myöhemmin.
Leikkausjännitys on voima pinta-alayksikköä kohti, joka tarvitaan yhden nestekerroksen liikuttamiseen suhteessa toiseen.
Leikkausnopeus on mitta nopeuden muutoksista välikerrosten liikkeessä suhteessa toisiinsa.
Monille nesteille jännitystä aiheuttava virtaus on verrannollinen leikkausjännityksen nopeuteen. Tietylle nesteelle leikkausjännitys jaettuna leikkausnopeudella on vakio tietyssä lämpötilassa.
Tämä vakio on dynaaminen tai absoluuttinen viskositeetti. Mutta voit myös kutsua sitä yksinkertaisesti materiaalin viskositeetiksi.
Yksinkertainen tapa ajatella viskositeettia on nesteen paksuus, mutta kun tarkastellaan nesteitä, joilla on eri tiheys, selkein tapa kuvata viskositeettia on virtausvastus.
Miksi viskositeetin mittaaminen on tärkeää?
Materiaalin käsittelyolosuhteet ovat tärkeitä sekä sen valmistuksessa että sen loppukäytössä.
Materiaalin viskositeetti on myös hyödyllinen epäsuora mitta sen ominaisuuksista, kuten molekyylipainosta ja tiheydestä. Nämä materiaalin ominaisuudet vaikuttavat virtauskäyttäytymiseen.
Viskositeetin mittaus on tärkeä osa laadunvalvontaa ja erän sakeutta.
Viskositeetin mittaaminen on myös tärkeää, koska kaikki nesteet eivät toimi samalla tavalla.
Yleisesti ottaen niitä on kahta tyyppiä:
newton
Ei newtonilainen.
Newton viittaa Newtonin viskositeetin lakiin, joka on vakiintunut kaava sen mittaamiseksi.
Newtonin nesteessä viskositeetti pysyy vakiona leikkausnopeuden muutoksista huolimatta.
Tyypillisiä esimerkkejä Newtonin nesteistä ovat vesi ja moottoriöljy.
Ei-newtonilaisissa nesteissä viskositeetti kuitenkin vaihtelee. Näitä nesteitä ovat seuraavat tyypit:
muovi
pseudoplastisuus
Reologia
tiksotrooppinen
laajennus
Jokapäiväinen esimerkki ei-newtonilaisesta nesteestä on ketsuppi, joka ohenee pulloa ravistettaessa. Tomaattipastalla on leikkausohentavia ominaisuuksia, koska sen viskositeetti laskee leikkausjännityksen kasvaessa.
Kinematiikka ja absoluuttinen viskositeetti
On kaksi tapaa ilmaista viskositeetti:
Kinesiologia
ehdoton
Voit mitata kinemaattista viskositeettia tarkkailemalla nesteen virtausvastusta painovoiman vaikutuksesta.
Voit mitata absoluuttisen viskositeetin mittaamalla virtausvastusta ulkoisten ja kontrolloitujen voimien alaisena.
Nämä kaksi viskositeettiesitystä eroavat myös mitoiltaan.
Kinemaattinen viskositeetti mitataan sentistokeina (CSt)
Absoluuttinen viskositeetti mitataan senttipoiseina (cP).
Minkä tyyppisiä viskosimetriä on olemassa?
Viskositeetin mittaamiseen on kaksi perusmenetelmää:
Joko esine kulkee paikallaan olevan materiaalin läpi tai materiaali virtaa paikallaan olevan esineen läpi tai läpi.
Kummalla tahansa menetelmällä voit mitata virtausvastusta kirjaamalla toimenpiteen suorittamiseen kuluvan ajan.
On olemassa erilaisia viskosimetriä, jotka käyttävät jompaakumpaa näistä kahdesta menetelmästä:
Kapillaari- tai lasiviskosimetri
pyörivä viskosimetri
Putoavan pallon ja putoavan männän viskosimetrit.
Viskosimetrit mittaavat Newtonin viskositeettia.
Ei-newtonilaisten viskositeettien mittaamiseen on myös reometrejä, jotka käyttävät mittauksiinsa useita parametreja.
kapillaariviskosimetri
Löydät usein kapillaariviskometrit laboratorioasetuksista. Tämä on U-muotoinen lasiputki (selle toinen nimi on u-putki viskosimetri).
Viskositeettimittausprosessiin kuuluu lasiputken upottaminen lämpötilasäädeltyyn kylpyyn, yleensä 40 tai 100 asteeseen.
On tarkka aikalukema, mitattuna sekunneissa, kuinka kauan kestää, että kiinteä määrä nestettä virtaa U-putkessa kahden merkityn pisteen välillä.
Voit saavuttaa tämän virtauksen imulla tai painovoimalla.
Kun olet saanut tämän mittauksen, voit kertoa sen vakiolla, joka on ominaista käyttämäsi putkityypin mukaan, ja se laskee:
Kinemaattinen viskositeetti (jos käytetään aspiraatiomenetelmää) tai
Absoluuttinen viskositeetti (jos painovoimaa käytetään.
pyörivä viskosimetri
Tämän tyyppisessä viskosimetrissä käytetään pyörivää laitetta, jota kutsutaan karaksi, joka upotetaan testattavaan nesteeseen.
Karan pyörivän akselin vääntömomentti mittaa sitten nesteen virtausvastuksen.
Rotaatioviskosimetri mittaa nesteen absoluuttisen viskositeetin.
Tämä käyttää sähkömagneettisesti ohjattua karaa luomaan pyörimisen nesteen sisällä, mikä eliminoi sähköisen karan laakerikitkakertoimen.
Putoavan pallon ja putoavan männän viskosimetrit
Nämä eivät ole yleisiä viskositeetin mittausmenetelmiä. Putoavan pallon ja putoavan männän viskosimetritestissä pallo tai mäntä pudotetaan nesteeseen ja mitataan merkittyjen pisteiden välinen aika.
Tätä varten sinun on kuitenkin tiedettävä käyttämäsi pallon tai männän lopullinen nopeus, koko ja tiheys.
Reometri
Reologia tutkii aineen virtausta, yleensä nesteitä, mutta koskee myös joitain kiinteitä aineita. Se tutkii, kuinka materiaalit reagoivat virtaukseen vasteena kohdistetuille voimille.
Teknisesti ottaen viskositeetti kuuluu laajempaan reologian tekniseen kategoriaan.
Reometrit ovat ihanteellisia ei-newtonilaisten nesteiden viskositeetin mittaamiseen. Ne toimivat samalla tavalla kuin viskosimetrit, mutta niillä on laajempi valikoima sovelluksia.
Tämä johtuu siitä, että ei-newtonilaisilla nesteillä on monimutkaisempia reologisia ominaisuuksia kuin Newtonin nesteillä, mikä muuttaa viskositeettiaan, kun niihin kohdistetaan voimaa.
Reometrejä on neljää tyyppiä:
kapillaariputki
dynaaminen pyöriminen
Vääntömomentti
värähtelevä
Kapillaari- ja rotaatioreometrit ovat samanlaisia kuin vastaavat viskosimetrit.
Momenttireometrit mittaavat vääntömomentin sekoitusruuvissa tai moottorissa, mikä osoittaa näytemateriaalin sekoittamisen vaikeuden.
Värähtelevät reometrit aiheuttavat sinimuotoisia leikkausmuodonmuutoksia näytemateriaaleissa, sijoittavat ne kahden levyn väliin ja mittaavat vääntövaikutuksen.
Suurin ero reometrin ja viskosimetrin välillä on, että reometreillä on taipumus kohdistaa jonkinlainen leikkausvoima testattavaan aineeseen.
Kuinka valmistelet näytteen mittausta varten?
Sekä reologia- että viskositeettimittauksissa näytteen valmistelu vaikuttaa mittaustuloksiin.
Tämä pätee erityisesti, kun näytteitä mitataan pienillä leikkausnopeuksilla.
On tärkeää olla ravistelematta tai sekoittamatta näytettä ennen mittausta, koska se altistaa näytteelle määrittelemättömiä leikkauskuormia, ellei näytteessä ole sedimenttiä tai muuta irtoamista. Tässä tapauksessa on käytettävä johdonmukaisia menetelmiä ja työkaluja sekoittamiseen tai ravistukseen.
Levitystaposi tulee myös olla johdonmukainen, kuten lusikka tai lasta.
Pipetti- tai ruiskukäyttö soveltuu käytettäväksi vain öljyjen, hartsien tai liuottimien kanssa. Kuten muutkin aineet, nämä levitysmenetelmät voivat lisätä leikkauskuormia, mikä vähentää mittauksia ja vääristymiä.
Yritä varmistaa, ettei ilmakuplia ole, koska ne voivat simuloida ei-newtonilaista käyttäytymistä ja antaa virheellisiä mittauksia.
Käyttämäsi näytemäärän on vastattava käyttämääsi mittausmenetelmää. Liian paljon tai liian vähän näytettä voi johtaa mittausvirheisiin.
Noudata odotusaikoja koskevia ohjeita. Valmistelu rasittaa näytettä ja vaatii palautumisajan. Kun mittausjärjestelmä on paikallaan, näyterakenne on ehkä regeneroitava, ennen kuin tarkkoja mittauksia voidaan tehdä.
Sinun on myös varmistettava, että näyte ei kuivu, koska tämä voi aiheuttaa mittauksesi liian korkeita.
Mitkä tekijät vaikuttavat viskositeetin mittaukseen?
Vaikka nesteen viskositeetin mittausprosessi saattaa tuntua yksinkertaiselta, on joitakin tekijöitä, jotka on otettava huomioon, jotta nämä mittaukset ovat tarkkoja.
Lämpötila on keskeinen tekijä. Termostaattikylvyn tehtävänä on ylläpitää tarkka lämpötila koko prosessin ajan. Sinun pitäisi pystyä säätämään kylvyn lämpötilaa 0,02 asteen tarkkuudella halutusta lämpötilasta (yleensä 40 tai 100 astetta).
Lämpötilaohjattu ammejärjestelmä helpottaa tämän tekemistä.
Kapillaariviskosimetrissä U-muotoisen lasin halkaisijan on oltava tarkka, jotta mittaus on tarkka. Siksi nämä lasit valmistetaan usein käyttämällä vähän laajenevia borosilikaattilaseja. Tämä auttaa minimoimaan virheet ja kalibroimaan kapillaariviskosimetrin uudelleen vuosittain.
On myös tärkeää huuhdella ja kuivata perusteellisesti mittausten välillä liuottimella, jossa ei ole jäämiä.
Viskosimetrit vaihtelevat kooltaan erityyppisten viskositeettien mittaamiseksi. Instrumentin koosta riippumatta hän suosittelee, että viskosimetrin vähimmäismittausaika on 200 sekuntia. Tämä mahdollistaa nesteen kulkemisen merkittyjen pisteiden välillä.
Mitkä teollisuudenalat hyötyvät viskosimetristä ja reometristä?
Viskosimetreitä ja reometrejä käytetään useilla teollisuudenaloilla ja sektoreilla.
Nämä sisältävät:
Farmaseuttiset tuotteet, biotekniikka ja kliininen tutkimus
Petrokemianteollisuus ja öljy
ruokavalio
Kemianteollisuus
Kauneus ja kosmetiikka
todisteiden kerääminen
Ympäristötestaus
Valmistuksen T&K.
Tässä on muutamia esimerkkejä viskositeetin mittaussovelluksista eri teollisuudenaloilla.
Liima
Viskositeetin mittaaminen on tärkeää liimojen valmistuksessa. Liiman tyypistä ja sen lopullisesta levityksestä riippuen sen täytyy virrata tietyllä optimaalisella nopeudella.
Matalaviskositeettiset liimat virtaavat vapaammin kuin korkeaviskoosiset liimat. Joillekin tavoitteena on saada liima pysymään yhdessä paikassa tiukemmin, kun taas toisilla tavoitteena on levittää sitä laajemmin.
ruokaa
Elintarviketeollisuudessa viskositeetin mittaus auttaa maksimoimaan tuotannon tehokkuuden ja varmistamaan kustannustehokkuuden.
Kun tuotteet putkitetaan osana tuotantoa, viskositeetti vaikuttaa siirtonopeuteen ja siihen, kuinka kauan eri elintarvikkeiden jähmettyminen tai kuivuminen kestää tai kuinka kauan kestää niiden annosteleminen pakkauksiin.
Viskositeetti voi vaikuttaa valtavasti ruoan tuotantoprosessiin, ja se vaikuttaa merkittävästi ruoan rakenteeseen.
Eräkohtaiset epäjohdonmukaisuudet voivat johtaa tuotteeseen, joka ei täytä kuluttajastandardeja.
Öljy
Viskositeetti on erittäin tärkeä öljyissä. Se määrittää öljyn tiivistystehokkuuden ja sen kulutuksen.
Öljyn viskositeetti vaikuttaa laakerien, vaihteistosarjojen ja sylinterien lämpökitkaan liittyviin lämpötiloihin. Se vaikuttaa koneen tehokkuuteen ja siihen, kuinka nopeasti se käynnistyy ja käy eri lämpötiloissa.
Mittaat öljyn kinemaattisen viskositeetin, joka antaa sinulle sen viskositeettiindeksin (VI) arvosanan. Öljyt, joilla on korkeampi VI, ovat tehokkaampia, mikä vähentää kulutusta ja vähentää voitelun kulumista.
Toinen öljyssä mitattu tekijä on sen kyky vastustaa leikkausta hydrodynaamisen voitelun aikana.
On tärkeää, että öljyn viskositeetti vastaa lämpötilaolosuhteita, nopeutta ja voideltavien osien kuormitusta.
erityisiä
Betoniteollisuudessa betonin muovinen viskositeetti ja myötöraja ovat kriittisiä sen työstettävyyden ja kaadettavuuden kannalta.
Betonin reologiset ominaisuudet määräävät sen mekaanisen laadun, kestävyyden ja kokonaislaadun.
Betonirakenteiden kestävyyden ja rakentamisen aikana betonin käytettävyyden varmistamiseksi sen viskositeetin tulee olla oikea.
kosmeettinen
Kauneus- ja kosmetiikkateollisuudessa viskositeetin mittaaminen on keskeinen osa laadunvalvontaa.
Esimerkiksi huulirasvan viskositeetin on oltava korkea, jotta se kiinnittyy kunnolla ihoon ja suojaa sitä.
Vartalosuihkeet sitä vastoin vaativat alhaisen viskositeetin virtaamaan vapaasti ja tasaisesti annostelijoistaan.
Jos kosmetiikkayritykset kuvailevat tuotteita ylellisiksi, nämä tuotteet vaativat todennäköisemmin korkeampaa viskositeettia vahvistaakseen tätä vaikutelmaa.
Voit käyttää kapillaariviskosimetriä monien öljy- ja vesipohjaisten kosmeettisten yhdisteiden viskositeetin testaamiseen, koska ne ovat newtonilaisia nesteitä. Mutta muilla yhdisteillä on ei-newtonilaisia ominaisuuksia ja ne vaativat reologista testausta.
Siksi on tärkeää valita oikea viskosimetri tai reometri tarpeidesi mukaan.
Kuinka valita viskosimetri?
Kuten olemme nähneet, viskosimereilla ja reometreillä on laaja valikoima sovelluksia.
Mitä tekijöitä tulee ottaa huomioon viskositeetin mittauslaitetta valittaessa?
Millaista viskositeettia sinun pitää mitata, absoluuttinen viskositeetti, kinemaattinen viskositeetti vai molemmat?
Missä teet työsi, laboratorioympäristössä, liikkeellä ollessasi vai muualla?
Kuinka monimutkaista tai vaihtelevaa materiaalia haluat mitata?
Yleensä reometrit ovat monipuolisempia ja kalliimpia kuin viskosimetrit, mutta reometrit mittaavat ei-newtonilaisia nesteitä.
Mitä tulee viskosimetrien ja reometrien tyyppeihin, on olemassa laaja valikoima instrumenttiluokkia, mukaan lukien:
Kannettava kädessä pidettävä viskosimetri
Lasinen kapillaariviskosimetri
pyörivä viskosimetri
Kuulalaakeri- ja ilmalaakerireometrit.
