Вискозиметърът е инструмент, който измерва потока на течността и вискозитета на течност. Вискозитетът на дадена течност влияе върху нейните характеристики, независимо дали е изпомпвана или тръбопроводна, или импрегнирана и покрита.
Следователно измерването на вискозитета е подходящо за различни материали, включително:
Масло
пластмаса
боя
покритие
Лепило
нещо
асфалт
Измерването на свойства на вискозитет и течливост също е подходящо за производството на обикновени потребителски продукти като храни и напитки, паста за зъби, козметика и шампоани.
Какво прави вискозиметърът?
Вискозиметрите измерват свойствата на вискозитета и потока на течности и имат широк спектър от приложения за измерване на тези свойства на различни вещества и материали.
Примери за тези приложения включват:
Мониторинг на вискозитета на конфитюри и сиропи по време на производството на хранителни подправки, за да се гарантира консистенция на партидите
Анализирайте характеристиките на потока на млякото, когато проектирате тръбопроводни системи за мляко
Измерване на моделите на потока на двигателното масло при различни температурни условия
Тествайте вискозитета на мастилото за мастиленоструен принтер.
Вискозитетът е важен при машинното смазване. Ако е твърде ниско, ще има твърде много контакт между вътрешните компоненти и следователно износване. Ако е твърде високо, това принуждава машината да работи по-усилено, за да преодолее вътрешното съпротивление на потока на смазката.
Какво е вискозитет?
Вискозитетът е мярка за съпротивлението на материала на движение, когато се прилага сила.
Например, ако изстискате тубичка с паста за зъби, колко лесно съдържанието изтича от края на тубичката?
Има формула за измерване на вискозитета:
Вискозитет=напрежение на срязване/скорост на срязване.
Вие изразявате резултата от тази формула в сантипоаз (cP). Сантипоаз е еквивалентен на 1 mPa s (милипаскал секунда).
Това се отнася за абсолютния вискозитет. За кинематичния вискозитет измерването е различно, както ще обясним по-късно.
Напрежението на срязване е силата на единица площ, необходима за преместване на един слой течност спрямо друг.
Скоростта на срязване е мярка за промяната в скоростта при движението на междинните слоеве един спрямо друг.
За много течности напрежението, причиняващо потока, е пропорционално на скоростта на деформация на срязване. За дадена течност напрежението на срязване, разделено на скоростта на срязване, е постоянно при определена температура.
Тази константа е динамичният или абсолютният вискозитет. Но можете също така просто да го наречете вискозитет на материала.
Един прост начин да мислите за вискозитета е като дебелината на течност, но когато разглеждате течности с различни плътности, най-ясният начин да опишете вискозитета е съпротивлението на потока.
Защо е важно измерването на вискозитета?
Условията на обработка на даден материал са важни както при производството, така и при крайната му употреба.
Вискозитетът на даден материал също е полезна индиректна мярка за неговите свойства, като молекулно тегло и плътност. Тези свойства на материала влияят върху поведението на потока.
Измерването на вискозитета е важна част от контрола на качеството и консистенцията на партидата.
Измерването на вискозитета също е важно, защото не всички течности се държат по един и същи начин.
Най-общо има два вида:
нютон
Не е Нютон.
Нютон се отнася до закона на Нютон за вискозитета, който е установената формула за измерването му.
В Нютоновата течност вискозитетът остава постоянен независимо от промените в скоростта на срязване.
Типични примери за Нютонови течности включват вода и моторно масло.
Въпреки това, в не-нютонови течности, вискозитетът варира. Тези течности включват следните видове:
пластмаса
псевдопластичност
Реология
тиксотропен
разширение
Ежедневен пример за не-нютонова течност е кетчупът, който става по-тънък, когато разклатите бутилката. Доматената паста има свойства на разреждане при срязване, тъй като нейният вискозитет намалява с увеличаване на напрежението на срязване.
Кинематика и абсолютен вискозитет
Има два начина за изразяване на вискозитет:
Кинезиология
абсолютен
Можете да измерите кинематичния вискозитет, като наблюдавате съпротивлението на течността да тече под въздействието на гравитацията.
Можете да измерите абсолютния вискозитет чрез измерване на съпротивлението на потока при външни и контролирани сили.
Двете представяния на вискозитета също се различават по своите измервания.
Кинематичният вискозитет се измерва в сантистокси (CSt)
Абсолютният вискозитет се измерва в сантипоази (cP).
Какви видове вискозиметри има?
Има два основни метода за измерване на вискозитета:
Или даден обект преминава през неподвижен материал, или материалът преминава през или през неподвижен обект.
И с двата метода можете да измерите съпротивлението на потока, като запишете времето, необходимо за извършване на операцията.
Има различни вискозиметри, които използват един от тези два метода:
Капилярен или стъклен вискозиметър
ротационен вискозиметър
Вискозиметри с падаща топка и падащо бутало.
Вискозиметрите измерват нютоновия вискозитет.
Съществуват и реометри за измерване на ненютонови вискозитети, които използват множество параметри за своите измервания.
капилярен вискозиметър
Често ще намерите капилярни вискозиметри в лабораторни условия. Това е U-образна стъклена тръба (друго име за това е U-образна тръба вискозиметър).
Процесът на измерване на вискозитета включва потапяне на стъклена тръба във вана с контролирана температура, обикновено 40 или 100 градуса.
Има точно отчитане на времето, измерено в секунди, колко време е необходимо на фиксирано количество течност да тече в U-образната тръба между две маркирани точки.
Можете да постигнете този поток чрез всмукване или гравитация.
След като получите това измерване, можете да го умножите по константа, която е специфична за типа тръба, която използвате, и то ще изчисли:
Кинематичен вискозитет (ако се използва аспирационен метод), или
Абсолютен вискозитет (ако се използва гравитацията.
ротационен вискозиметър
Този тип вискозиметър използва въртящо се устройство, наречено шпиндел, което потапяте в течността, която тествате.
След това въртящият момент върху въртящата се ос на шпиндела измерва съпротивлението на течността срещу потока.
Ротационният вискозиметър измерва абсолютния вискозитет на течност.
Това използва електромагнитно управляван шпиндел за създаване на въртене във флуида, елиминирайки фактора на триене на лагера на електрически шпиндел.
Вискозиметри с падаща топка и падащо бутало
Това не са често срещани методи за измерване на вискозитет. При теста с вискозиметър за падаща топка и падащо бутало, топка или бутало се пуска в течността и вие измервате времето между маркираните точки.
За да направите това обаче, трябва да знаете крайната скорост, размера и плътността на топката или буталото, които използвате.
Реометър
Реологията е изследване на потока на материята, обикновено течности, но се прилага и за някои твърди вещества. Той изследва как материалите реагират по отношение на потока в отговор на приложените сили.
Технически казано, вискозитетът попада в по-широката техническа категория на реологията.
Реометрите са идеални за измерване на вискозитета на не-нютонови течности. Те работят подобно на вискозиметрите, но имат по-широк спектър от приложения.
Това е така, защото ненютоновите течности имат по-сложни реологични свойства от нютоновите течности, като променят вискозитета си, когато приложите сила към тях.
Има четири вида реометри:
капилярна тръба
динамично въртене
Въртящ момент
осцилиращ
Капилярните и ротационните реометри са подобни на съответните вискозиметри.
Реометрите на въртящия момент измерват въртящия момент на смесителен винт или двигател, което показва трудността при смесване на материала на пробата.
Осцилаторните реометри предизвикват синусоидални деформации на срязване в материалите на пробите, поставят ги между две плочи и измерват ефекта на усукване.
Основната разлика между реометър и вискозиметър е, че реометрите са склонни да упражняват някаква форма на сила на срязване върху веществото, което изпитват.
Как подготвяте проба за измерване?
Както при измерванията на реологията, така и при измерванията на вискозитета, подготовката на пробата влияе върху резултатите от измерването.
Това е особено вярно при измерване на проби при ниски скорости на срязване.
Важно е да не разклащате или разбърквате пробата преди измерване, тъй като това ще я подложи на неопределени срязващи натоварвания, освен ако пробата няма утайка или някакво друго отделяне. В този случай трябва да се използват последователни методи и инструменти за разбъркване или разклащане.
Вашият метод на нанасяне също трябва да бъде последователен, като лъжица или шпатула.
Приложението с пипета или спринцовка е подходящо само за използване с масла, смоли или разтворители. Както при други вещества, тези методи на приложение могат да увеличат натоварванията на срязване, като по този начин намалят измерванията и резултатите от изкривяване.
Опитайте се да се уверите, че няма въздушни мехурчета, тъй като те могат да симулират ненютоново поведение и да дадат грешни измервания.
Обемът на пробата, който използвате, трябва да съответства на метода на измерване, който използвате. Твърде много или твърде малко проба може да доведе до грешки в измерването.
Следвайте указанията за времето за изчакване. Подготовката натоварва пробата и изисква период на възстановяване. След като системата за измерване е поставена, структурата на пробата може да се наложи да се регенерира, преди да могат да се направят точни измервания.
Трябва също да се уверите, че пробата не е изсъхнала, тъй като това може да доведе до твърде високи измервания.
Какви фактори влияят върху измерванията на вискозитета?
Въпреки че процесът на измерване на вискозитета на течност може да изглежда прост, има някои фактори, които трябва да се вземат предвид, за да бъдат тези измервания точни.
Температурата е ключов фактор. Функцията на термостатичната вана е да поддържа точна температура по време на целия процес. Трябва да можете да контролирате температурата на ваната до 0.02 градуса от желаната температура (обикновено 40 или 100 градуса).
Системата за вана с контролирана температура ви улеснява да направите това.
В капилярен вискозиметър диаметърът на U-образното стъкло трябва да бъде точен за точно измерване. Поради това тези стъкла често се произвеждат с боросиликатни стъкла с ниско разширение. Това помага за минимизиране на грешките и повторно калибриране на капилярния вискозиметър годишно.
Също така е важно да изплакнете и подсушите старателно между измерванията, като използвате неостатъчен разтворител.
Вискозиметрите се различават по размер за измерване на различни видове вискозитет. Независимо от размера на инструмента, той препоръчва минималното време за измерване на вискозиметъра да е 200 секунди. Това позволява течността да преминава между маркираните точки.
Кои отрасли се възползват от вискозиметри и реометри?
Вискозиметрите и реометрите се използват в различни индустрии и сектори.
Те включват:
Фармацевтични продукти, биотехнологии и клинични изследвания
Нефтохимия и петрол
диета
Химическа индустрия
Красота и козметика
събиране на доказателства
Екологични тестове
Производство R&D.
Ето няколко примера за приложения за измерване на вискозитет в различни индустрии.
Лепило
Измерването на вискозитета е важно при производството на лепила. В зависимост от вида на лепилото и крайното му нанасяне, то трябва да тече с определена оптимална скорост.
Лепилата с нисък вискозитет текат по-свободно от лепилата с висок вискозитет. За някои целта е лепилото да стои по-здраво на едно място, а за други целта е да се разнесе по-широко.
храна
В хранително-вкусовата промишленост измерването на вискозитета помага да се увеличи максимално ефективността на производството и да се осигури рентабилност.
Когато продуктите се пренасят по тръби като част от производството, вискозитетът влияе върху скоростта на този трансфер и колко време е необходимо на различни хранителни продукти, за да се втвърдят или изсъхнат, или колко време е необходимо, за да се разпределят в опаковката.
Вискозитетът може да има огромно влияние върху процеса на производство на храна и е основен фактор за текстурата на храната.
Всички несъответствия между партидите могат да доведат до продукт, който не отговаря на потребителските стандарти.
Масло
Вискозитетът е много важен при маслата. Той ще определи ефективността на уплътняване на маслото и неговия разход.
Вискозитетът на маслото влияе върху температурите, свързани с термичното триене на лагерите, зъбните колела и цилиндрите. Това ще повлияе на ефективността на машината и на това колко бързо тя стартира и работи при различни температури.
Вие измервате кинематичния вискозитет на едно масло, което ви дава неговия индекс на вискозитет (VI). Маслата с по-висок VI са по-ефективни, като по този начин намаляват консумацията и намаляват износването на смазването.
Друг фактор, измерен в маслото, е способността му да издържа на срязване по време на хидродинамично смазване.
Важно е вискозитетът на маслото да съответства на температурните условия, скоростта и натоварването на частите, които смазва.
специфичен
В бетоновата промишленост пластичният вискозитет и границата на провлачване на бетона са от решаващо значение за неговата обработваемост и течливост.
Реологичните свойства на бетона определят неговото механично качество, издръжливост и цялостно качество.
За да се гарантира устойчивостта на бетонните конструкции и използваемостта на бетона по време на строителството, той трябва да има правилния вискозитет.
козметични
В индустрията за красота и козметика измерването на вискозитета е ключов елемент от контрола на качеството.
Например, балсамът за устни трябва да има висок вискозитет, за да се гарантира, че прилепва правилно към кожата и я предпазва.
Спрейовете за тяло, от друга страна, изискват нисък вискозитет, за да текат свободно и равномерно от техните дозатори.
Когато козметичните компании описват продукти като луксозни, е по-вероятно тези продукти да изискват по-висок вискозитет, за да засилят това впечатление.
Можете да използвате капилярен вискозиметър, за да тествате вискозитета на много козметични съединения на маслена и водна основа, тъй като те са Нютонови течности. Но други съединения ще имат ненютонови свойства и ще изискват реологични тестове.
Ето защо е важно да изберете правилния вискозиметър или реометър въз основа на обхвата на вашите нужди.
Как да изберем вискозиметър?
Както видяхме, вискозиметрите и реометрите имат широк спектър от приложения.
Какви фактори трябва да се имат предвид при избора на инструмент за измерване на вискозитет?
Какъв тип вискозитет трябва да измерите, абсолютен вискозитет, кинематичен вискозитет или и двата?
Къде ще извършвате работата си, в лабораторна среда, в движение или другаде?
Колко сложен или променлив е материалът, който искате да измерите?
Като цяло реометрите са по-гъвкави и по-скъпи от вискозиметрите, но реометрите ще измерват не-нютонови течности.
Що се отнася до видовете вискозиметри и реометри, има голямо разнообразие от категории инструменти, включително:
Преносим ръчен вискозиметър
Стъклен капилярен вискозиметър
ротационен вискозиметър
Реометри със сачмени лагери и въздушни лагери.
