Kako laboratorijski reometar mjeri dinamičku viskoznost?

Razumijevanje načina na koji laboratorijski reometar mjeri dinamičku viskoznost je ključno za industrije koje se oslanjaju na preciznu karakterizaciju fluidnih i polutečnih materijala. Kao vodeći dobavljač laboratorijskih reometara, mi smo tu da rasvijetlimo ovaj zamršeni proces.

1. Uvod u dinamički viskozitet

Dinamički viskozitet, također poznat jednostavno kao viskozitet, mjera je otpora fluida protoku. Opisuje unutrašnje trenje unutar fluida dok se deformiše. U industrijskim aplikacijama kao što su prerada polimera, proizvodnja hrane i rafinacija nafte, poznavanje dinamičkog viskoziteta je od suštinskog značaja za kontrolu kvaliteta, optimizaciju procesa i razvoj proizvoda. Na primjer, u industriji polimera, viskoznost taline polimera utječe na njegovu kalupljivost i mehanička svojstva.

2. Principi rada laboratorijskog reometra

Laboratorijski reometar je sofisticirani instrument dizajniran za mjerenje reoloških svojstava materijala, uključujući dinamički viskozitet. Postoji nekoliko vrsta reometara, ali najčešći koji se koriste za dinamičko mjerenje viskoziteta su rotacijski reometri.

Rotational Rheometers

Rotacijski reometri rade na principu primjene kontroliranog momenta ili kutne brzine na uzorak i mjerenja rezultirajućeg kutnog pomaka ili momenta. Uzorak se postavlja u mjernu geometriju, koja može biti paralelna ploča, konusna i ploča ili koncentrični cilindar.

Geometrija paralelne ploče: U ovoj postavci, uzorak je u sendviču između dvije paralelne ploče. Jedna ploča je fiksna, dok se druga rotira. Mjeri se obrtni moment potreban za rotaciju ploče pri datoj brzini i iz toga se može izračunati dinamički viskozitet. Paralelna geometrija ploča je pogodna za mjerenje viskoziteta i njutnovskih i nenjutnovskih fluida, posebno onih sa visokim viskozitetom ili onih koji sadrže čvrste čestice.
Geometrija konusa i ploče: Konusni i pločasti reometar se sastoji od ravne ploče i konusa sa vrlo malim uglom (obično manjim od 4 stepena). Uzorak se postavlja između konusa i ploče. Kada se konus rotira, brzina smicanja je ujednačena po uzorku, što pojednostavljuje proračun dinamičke viskoznosti. Ova geometrija je idealna za mjerenje viskoziteta fluida niske do srednje viskoznosti i za proučavanje ponašanja tečnosti ne-njutnovskih fluida.
Koncentrična geometrija cilindra: Također poznat kao Couette geometrija, koncentrični cilindrični reometar ima unutrašnji cilindar (bob) i vanjski cilindar (čašu). Uzorak se postavlja u razmak između dva cilindra. Ili bob ili čašica se mogu rotirati, a obrtni moment se mjeri. Ova geometrija je prikladna za mjerenje viskoznosti fluida u širokom rasponu viskoziteta i često se koristi u aplikacijama gdje uzorak treba da se skrati pod kontroliranim uvjetima.

3. Mjerenje dinamičke viskoznosti

Mjerenje dinamičke viskoznosti pomoću laboratorijskog reometra uključuje sljedeće korake:

Priprema uzorka

Pravilna priprema uzorka je ključna za precizno mjerenje viskoziteta. Uzorak treba da bude homogen, bez mjehurića zraka i na odgovarajućoj temperaturi. Potrebna količina uzorka zavisi od vrste merne geometrije koja se koristi. Na primjer, reometar sa konusom i pločicom obično zahtijeva vrlo malu količinu uzorka (nekoliko mililitara), dok reometar s koncentričnim cilindrom može zahtijevati veći volumen.

Kalibracija instrumenta

Prije mjerenja uzorka, laboratorijski reometar treba kalibrirati. Kalibracija osigurava da instrument daje tačne i pouzdane rezultate. Ovo uključuje prilagođavanje mjernog sistema poznatom standardu, kao što je referentni fluid sa dobro definisanim viskozitetom. Proces kalibracije može uključivati provjeru pretvarača momenta, senzora ugaonog pomaka i sistema kontrole temperature.

Proces mjerenja

Nakon što je uzorak pripremljen i instrument kalibriran, uzorak se ubacuje u mjernu geometriju. Reometar zatim primjenjuje kontroliranu brzinu smicanja ili napon smicanja na uzorak. Za dinamičko mjerenje viskoznosti, često se primjenjuje sinusno oscilatorno smicanje. Ovo uključuje primjenu oscilatornog momenta male amplitude ili ugaonog pomaka na uzorak i mjerenje rezultujućih in-faznih i van-faznih komponenti odziva.

Komponenta u fazi (modul skladištenja, $G'$) predstavlja elastično ponašanje uzorka, dok vanfazna komponenta (modul gubitka, $G''$) predstavlja viskozno ponašanje. Dinamički viskozitet ($\eta^*$) može se izračunati iz modula gubitka i ugaone frekvencije ($\omega$) koristeći sljedeću formulu:

$\eta^*=\frac{G''}{\omega}$

Mjerenje se obično provodi u rasponu ugaonih frekvencija kako bi se proučavalo ponašanje dinamičke viskoznosti ovisno o frekvenciji.

4. Faktori koji utječu na mjerenje dinamičkog viskoziteta

Nekoliko faktora može uticati na tačnost mjerenja dinamičkog viskoziteta pomoću laboratorijskog reometra.

Temperatura

Viskozitet u velikoj meri zavisi od temperature. Kako temperatura raste, viskoznost većine tekućina opada. Stoga je precizna kontrola temperature neophodna tokom procesa mjerenja. Laboratorijski reometri su opremljeni sistemima za kontrolu temperature, kao što su Peltierovi elementi ili cirkulirajuće vodene kupke, za održavanje uzorka na konstantnoj temperaturi.

Shear Rate

Većina fluida, posebno nenjutnovskih fluida, pokazuje ponašanje smicanja – stanjivanja ili smicanja – zgušnjavanja. To znači da se njihov viskozitet mijenja sa brzinom smicanja. Stoga je važno odabrati odgovarajući raspon brzine smicanja za mjerenje. Za Njutnove tečnosti, viskozitet je nezavisan od brzine smicanja, ali za nenjutnove tečnosti, viskozitet može značajno da varira sa brzinom smicanja.

Starenje i degradacija uzorka

Neki uzorci mogu biti podvrgnuti starenju ili degradaciji tokom vremena, što može uticati na njihov viskozitet. Na primjer, polimeri mogu oksidirati ili umrežiti, što dovodi do promjena u njihovoj molekularnoj strukturi i viskoznosti. Stoga je važno izmjeriti uzorak što je prije moguće nakon pripreme i pohraniti uzorak u odgovarajućim uvjetima.

5. Primjena u različitim industrijama

Mogućnost preciznog mjerenja dinamičke viskoznosti pomoću laboratorijskog reometra ima brojne primjene u različitim industrijama.

Industrija polimera

U industriji polimera, dinamičko mjerenje viskoziteta se koristi za karakterizaciju polimernih talina i otopina. Pomaže u određivanju molekulske težine, raspodjele molekulske težine i strukture grananja polimera. Ove informacije su ključne za sintezu, obradu i kontrolu kvaliteta polimera. Na primjer, kod brizganja, viskoznost taline polimera utječe na punjenje kalupa i konačna svojstva oblikovanog dijela.

Prehrambena industrija

U prehrambenoj industriji, dinamičko mjerenje viskoznosti se koristi za procjenu teksture i stabilnosti prehrambenih proizvoda. Pomaže u razumijevanju ponašanja protoka prehrambenih materijala kao što su umaci, kreme i pića. Na primjer, viskoznost preljeva za salatu utječe na njegovu sposobnost sipanja i osjećaj u ustima. Mjerenjem dinamičke viskoznosti, proizvođači hrane mogu optimizirati formulaciju i uvjete obrade svojih proizvoda.

Industrija nafte i gasa

U industriji nafte i plina, mjerenje dinamičkog viskoziteta se koristi za karakterizaciju sirovih ulja, maziva i tekućina za bušenje. Pomaže u određivanju svojstava protoka ovih fluida, što je važno za inženjering rezervoara, transport cevovoda i podmazivanje. Na primjer, viskoznost maziva utiče na njegovu sposobnost da smanji trenje i habanje u motorima i mašinama.

Lab Rubber Vulcanizing Press Lab Wear Testing Machine

6. Naša ponuda laboratorijskih reometara

Kao pouzdani dobavljač laboratorijskih reometara, nudimo širok spektar visokokvalitetnih instrumenata koji su dizajnirani da zadovolje različite potrebe različitih industrija. Naši reometri su opremljeni naprednim funkcijama kao što su precizna kontrola temperature, mjerenje okretnog momenta visoke osjetljivosti i softver prilagođen korisniku. Takođe pružamo sveobuhvatnu tehničku podršku i obuku kako bismo osigurali da naši kupci mogu efikasno koristiti naše instrumente.

Pored laboratorijskih reometara, nudimo i drugu prateću laboratorijsku opremu, kao nprLaboratorijska mašina za testiranje habanja,Lab Gume Mill Mill, iLaboratorijska presa za vulkanizaciju gume. Ovi proizvodi su dizajnirani da pruže kompletno rješenje za ispitivanje gume i polimera.

7. Zaključak i poziv na akciju

Razumijevanje načina na koji laboratorijski reometar mjeri dinamičku viskoznost je od suštinskog značaja za industrije koje se oslanjaju na tačnu karakterizaciju fluidnih i polutečnih materijala. Naši laboratorijski reometri su dizajnirani da obezbede precizno i pouzdano merenje viskoziteta, pomažući našim klijentima da optimizuju svoje procese i obezbede kvalitet svojih proizvoda.

Ako ste zainteresirani da saznate više o našim laboratorijskim reometrima ili drugoj laboratorijskoj opremi, pozivamo vas da nas kontaktirate za detaljnu raspravu. Naš tim stručnjaka spreman je da Vam pomogne u odabiru pravog instrumenta za Vaše specifične potrebe i da Vam pruži najbolju tehničku podršku i uslugu.