Viskosimetri on laite, jota käytetään nesteiden viskositeetin ja nesteiden virtausominaisuuksien mittaamiseen. Keskustellaan erilaisista viskosimetrityypeistä, niiden sisäisistä ominaisuuksista ja tekijöistä, jotka vaikuttavat tarkkojen ja toistettavien viskositeettimittausten suorittamiseen.
Tribologiassa ja voitelututkimuksessa viskositeettia kutsutaan usein perusöljyn tärkeimmäksi ominaisuudeksi. Miksi viskositeetti on niin tärkeä konevoitelussa? Toisaalta liian alhainen viskositeetti voi aiheuttaa sisäisten komponenttien välisen rajapinnan kosketuksen liikkeen aikana, mikä johtaa kulumiseen.
Toisaalta liian korkea viskositeetti pakottaa koneen työskentelemään kovemmin voiteluaineen sisäisen virtausvastuksen voittamiseksi. Siksi on tärkeää ymmärtää perusöljyn viskositeetin lisäksi myös kuinka se voi muuttua käyttö- tai ympäristöolosuhteiden vaihteluiden vuoksi.
Viskosimetri ja reometri
Viskositeetti on nesteen virtausvastuksen mitta (leikkausjännitys) tietyssä lämpötilassa. Kaikki nesteet eivät säilytä tasaista viskositeettia virtausolosuhteiden muuttuessa. Nesteitä, joiden viskositeetti muuttuu virtausolosuhteiden mukaan, kutsutaan ei-newtonilaisiksi nesteiksi. Tällaisten nesteiden viskositeetti mitataan reometrillä. Viskosimetri mittaa Newtonin nesteen viskositeettia.
Kinematiikka ja absoluuttinen viskositeetti
Eri viskosimetrimenetelmien joukossa on kaksi eri tapaa ilmaista viskositeetti: kinemaattinen viskositeetti ja absoluuttinen viskositeetti. Suurin ero näiden kahden välillä on se, että kinemaattista viskositeettia mitataan tarkkailemalla nesteen virtausvastusta painovoiman vaikutuksesta, kun taas absoluuttinen viskositeetti mitataan tarkkailemalla nesteen virtausvastusta ulkoisten ja kontrolloitujen voimien vaikutuksesta. joko kapillaareilla ovat myös nesteen liikkuminen kehon läpi.
Kinemaattinen viskositeetti mitataan sentistokeina (cSt), mutta absoluuttinen viskositeetti mitataan senttipoiseina (cP). Vertailun vuoksi absoluuttinen viskositeetti muunnetaan yleensä kinemaattiseksi viskositeetiksi jakamalla se nesteen ominaispainolla (SG).
cSt=cP/SG tai yhtälön käänteisluku: cP=cSt x SG
Viskositeettitestimenetelmä
Useita viskositeetin testausmenetelmiä on kehitetty, joista jokaisella on omat etunsa. Seuraavassa on luettelo yleisimmin käytetyistä perusöljyn viskositeetin testaustekniikoista.
Kapillaari (lasi) viskosimetrin testaus
Pääasiallinen kapillaariviskosimetritestauksessa käytetty laite on "U"-muotoinen lasiputki, joka antaa sille sen yleisen nimen, U-putki. U-putkimenettely edellyttää putken upottamista lämpötilasäädeltyyn kylpyyn (yleensä 40 tai 100 celsiusastetta) ja tarkan lukeman ottamista (sekunneissa) ajasta, joka tarvitaan kiinteän nestemäärän virtaamiseen putken sisällä. Putki poistetaan putkesta imulla tai painovoimalla. Yksi merkintä toiseen merkkiin.
Tämä mitattu aika kerrotaan sitten vakiolla (liittyy tiettyyn putkeen) absoluuttisen viskositeetin (imu) tai kinemaattisen viskositeetin (painovoima) laskemiseksi.
Rotaatioviskosimetrin testi
Pyörimisviskometrin avainominaisuus on pyörivä laite, jota kutsutaan karaksi, joka on upotettu testinesteeseen. Pyörivän akselin vääntömomenttia käytetään sitten mittaamaan nesteen virtausvastus.
Pyörimisviskometri laskee nesteen absoluuttisen viskositeetin, koska tähän mittaukseen ei liity painovoimaa, vaan se on nesteen sisällä olevan leikkausjännityksen funktio. Tämän viskosimetrin yleistä muunnelmaa kutsutaan Brookfield-viskosimetriksi.
Stabinger-viskosimetri on muunneltu versio rotaatioviskosimetristä. Se käyttää parannettua itsenäistä kelluvaa karaa, jota ohjataan sähkömagneettisella voimalla kiertoliikkeen aikaansaamiseksi nesteessä. Tämä on edullista, koska se eliminoi vaikean tehtävän ottaa huomioon lisämoottorin laakerikitka pääakselin kanssa.
Putoavan pallon ja putoavan männän viskosimetrin testaus
Vähemmän yleisiä vaihtoehtoja viskositeetin mittaamiseen ovat putoavat pallon ja putoavan männän viskosimetrit. Näissä testeissä pallo tai mäntä pudotetaan nesteeseen ja mitataan yhden pisteen ja toisen merkityn pisteen välinen aika. Jotta viskositeetti voidaan laskea Stokesin lain perusteella, on tunnettava pallon tai männän päätenopeus, mitat ja tiheys.
Muut testausmenetelmät
Tietyissä tilanteissa, joita ei yleensä näy öljyn viskositeetin testauksessa, voidaan käyttää kuplamenetelmää. Tämä testi sisältää yleensä ajan mittaamisen, joka kuluu kuplan nousemiseen tietyn matkan. Tämä mittausaika voidaan sitten suhteuttaa nesteen viskositeettiin. Toinen muunnelma sisältää anturin tärinänkestävyyden mittaamisen.
Viskosimetrien tyypit
Vaikka viskositeetin määrittämiseen on useita menetelmiä, useimmat viskosimetrit myydään kaupallisesti, jotta ne sopivat parhaiten käyttötarkoitukseensa. Alla on luettelo näistä viskosimetriluokista.
Kannettava viskosimetri
Kuten nimestä voi päätellä, kannettavat viskosimetrit soveltuvat käytettäväksi kaikkialla, missä laboratorioympäristö on epäkäytännöllinen. Monissa kenttä- ja kenttäsovelluksissa viskosimetrien on annettava nopeat, likimääräiset viskositeettilukemat, usein lisäanalyysin vaatimiseksi.
Pienen kentän viskosimetri
Tarkempia viskositeettilukemia varten pienikenttäviskometrit sopivat laboratorioasetuksiin, mutta ovat edullisia. Tällaisia viskosimetriä ovat U-putki tai Brookfield-viskosimetri.
Täyden palvelun viskosimetri
Parhaan tarkkuuden saavuttamiseksi viskositeettitestissä on käytettävä täyden palvelun viskosimetriä. Nämä laitteet pystyvät usein automaattisesti testaamaan kinemaattista ja absoluuttista viskositeettia laajalla lämpötila-alueella ja tarjoavat tiheys- ja ominaispainolaskelmia. Useita näytteitä testaavien öljyanalyysilaboratorioiden yhteinen haaste on kyky suorittaa nämä testit mahdollisimman pienellä määrällä näytteitä.
Jotkin kehittyneemmät täyden palvelun viskosimetrit voivat tehdä tarkkoja mittauksia alle 0,1 ml:n näytetilavuudella ja toistettavuuden ollessa 0,1 %. Suurissa laboratorioissa, jotka testaavat satoja näytteitä päivässä, tämä on täyden palvelun viskosimetrin välttämätön etu.
Online/Online Viskosimetri
Vaikka useimmat öljyn viskositeettitestit suoritetaan näytteenoton jälkeen, jotkin viskosimetrit voivat antaa jatkuvia viskositeettilukemia aktiivisissa virtauslinjoissa. Tämä tehdään yleensä antureilla tai antureilla joko suoraan linjassa (osa putkilinjaa) tai linjassa (ohitusvirtaus tai anturi). Viskositeettimittaus suoritetaan ja lähetetään sitten elektronisena signaalina tietokoneeseen tai muuhun valvontalaitteeseen.
Viskositeettimittaukseen vaikuttavat tekijät
Vaikka nesteen viskositeetti näyttää helpolta analysoida, tällaisten nesteiden tarkkojen mittausten tekeminen voi olla vaikea tehtävä. Jotta mittaus olisi pätevä, useita tekijöitä on tiedettävä ja pidettävä vakioina, mukaan lukien:
lämpötila
Tärkeyden kannalta lämpötilan suhde viskositeettiin on kuin viskositeetin suhde perusöljyyn. Lämpötilansäätökylvyn ainoa vastuu on varmistaa, että koko viskositeetin mittauskoe pidetään tarkassa lämpötilassa (yleensä 40 tai 100 celsiusastetta) ja 0,02 celsiusastetta. Kylvyn hallinta tässä mittakaavassa voi olla haastavaa, minkä vuoksi kehittyneemmissä viskosimetrissä on lämpötilasäädelty kylpyjärjestelmä osana yksikköä.
viskosimetrin lasi
Kapillaariviskosimetrin tarkkuus ei riipu pelkästään lämpötilasta, vaan myös putken tarkasta sisähalkaisijasta. Tästä syystä nämä lasiputket on valmistettu täysin hehkutetusta, vähän laajenevasta borosilikaattilasista, ja niissä on usein putkeen liittyvä viskosimetrivakio korjauskertoimena. Yleisenä käytäntönä on kalibroida viskosimetrin vakiot uudelleen vuosittain sen käyttölämpötilojen perusteella, jotta varmistetaan mahdollisimman pieni virhe.
Viskosimetrin koko
Viskosimetrien koot vaihtelevat johtuen laajasta testattavissa olevasta viskositeetista. On suositeltavaa, että viskosimetrillä kuluu vähintään 200 sekuntia (manuaaliset mittaukset sekuntikellolla) ennen kuin testineste kulkee yhdestä merkitystä pisteestä toiseen inhimillisen virheen välttämiseksi.
Huuhtele mittausten välillä
Toinen tärkeä viskosimetrin testaustekijä on putken sisäisen huuhtelun laatu mittausten välillä. Tyypillisesti puhdistus-, huuhtelu- ja kuivausvaiheessa käytetään erilaisia jäämättömiä liuottimia. Laboratorioissa, joissa näytteitä ajetaan jatkuvasti suurivolyymeilla viskosimetrillä, sisäänrakennettu puhdistusjärjestelmä varmistaa puhdistustehokkuuden. Silmämääräinen tarkastus on tarpeen sen määrittämiseksi, tarvitaanko toinen huuhtelujakso, erityisesti käytetyn öljyn kanssa.
Muita tärkeitä tekijöitä, jotka voivat vaikuttaa viskositeetin mittauksiin, ovat ajoituslaitteen menetelmä ja tarkkuus, asianmukainen näytteenkäsittely sekä syvällinen ja jatkuva laadunvalvonta.
Vuosien mittaan viskositeetin mittaus on kehittynyt eri tyyleillä ja menetelmillä. ASTM:n ja kansainvälisen standardointijärjestön (ISO) ansioksi on myös kehitetty viskosimetrien testausmenetelmiä, -menettelyjä, kalibrointia, puhdistusta ja muita tekijöitä varmistamaan eri viskosimetrien tarkkuus ja yhdenmukaisuus.
Loppujen lopuksi viskositeetti on perusöljyn tärkein fyysinen ominaisuus, ja pyrkimys mitata viskositeetti huolellisin menetelmin ja tiukkojen standardien avulla voi merkitä luotettavampaa koneen voitelua ja viime kädessä koneen pidempää käyttöikää.
