سلام! به عنوان یک تامین کننده ویسکومتر، اغلب از من در مورد چگونگی اندازه گیری ویسکوزیته مایع تحت تنش های برشی مختلف با استفاده از ویسکومتر سؤال می شود. این یک موضوع حیاتی است، به ویژه برای صنایعی مانند مواد غذایی، آرایشی و بهداشتی و دارویی، که در آن خواص جریان مایعات می تواند به طور قابل توجهی بر کیفیت محصول تأثیر بگذارد. در این وبلاگ، من شما را از طریق این روند قدم به قدم راهنمایی می کنم و نکات و ترفندهایی را در این مسیر به اشتراک می گذارم.
ویسکوزیته و تنش برشی چیست؟
قبل از اینکه وارد فرآیند اندازه گیری شویم، اجازه دهید به سرعت به این موضوع بپردازیم که ویسکوزیته و تنش برشی چیست. ویسکوزیته اندازه گیری مقاومت سیال در برابر جریان است. به این فکر کنید که یک مایع چقدر "ضخیم" یا "رقیق" است. به عنوان مثال، عسل دارای گرانروی بالایی است زیرا به آرامی جریان دارد، در حالی که آب ویسکوزیته پایینی دارد و به راحتی جریان می یابد.
از طرف دیگر، تنش برشی نیرویی است که در واحد سطح باعث تغییر شکل یا جریان سیال می شود. وقتی مایعی را هم می زنید، به آن تنش برشی وارد می کنید. رابطه بین تنش برشی و نرخ تغییر شکل حاصله (نرخ برشی) چیزی است که ویسکوزیته سیال را تعیین می کند.
چرا ویسکوزیته را تحت تنش های برشی مختلف اندازه گیری می کنیم؟
بسیاری از مایعات، به ویژه سیالات غیر نیوتنی، دارای ویسکوزیته هستند که بسته به تنش برشی اعمال شده تغییر می کند. سیالات غیر نیوتنی را می توان به انواع مختلفی طبقه بندی کرد، مانند برشی - نازک شونده (ویسکوزیته با افزایش تنش برشی کاهش می یابد)، برشی - ضخیم کننده (ویسکوزیته با افزایش تنش برشی افزایش می یابد) و ویسکوالاستیک (هم خاصیت کشسانی و هم خاصیت ویسکوزیته را نشان می دهند).
اندازه گیری ویسکوزیته تحت تنش های برشی مختلف به ما کمک می کند تا درک کنیم که یک مایع در موقعیت های مختلف دنیای واقعی چگونه رفتار می کند. به عنوان مثال، در یک فرآیند تولید که در آن یک مایع از طریق لوله ها پمپ می شود یا در یک مخزن مخلوط می شود، تنش برشی می تواند متفاوت باشد. با دانستن ویسکوزیته در تنشهای برشی مختلف، میتوانیم فرآیند را بهینه کنیم و کیفیت محصول را تضمین کنیم.
انتخاب ویسکومتر مناسب
انواع مختلفی از ویسکومتر موجود است، اما برای اندازه گیری ویسکوزیته تحت تنش های برشی مختلف،ویسکومتر چرخشیاغلب بهترین انتخاب است. ویسکومتر چرخشی با چرخاندن یک دوک یا باب در مایع و اندازهگیری گشتاور مورد نیاز برای حفظ چرخش کار میکند. گشتاور مربوط به تنش برشی و سرعت دورانی با نرخ برشی مرتبط است.
هنگام انتخاب یک ویسکومتر چرخشی، عواملی مانند محدوده ویسکوزیته مورد نیاز برای اندازه گیری، دقت مورد نیاز و نوع نمونه هایی را که باید آزمایش کنید، در نظر بگیرید. برخی از ویسکومترها دارای ویژگی های اضافی مانند کنترل دما هستند که می تواند مهم باشد زیرا ویسکوزیته بسیار وابسته به دما است.
راه اندازی ویسکومتر
هنگامی که ویسکومتر مناسب را انتخاب کردید، نوبت به تنظیم آن می رسد. در اینجا مراحل کلی وجود دارد:
- کالیبراسیون: قبل از استفاده از ویسکومتر، کالیبره کردن آن ضروری است. این تضمین می کند که اندازه گیری ها دقیق هستند. بیشتر ویسکومترها دارای سیالات کالیبراسیون با ویسکوزیته شناخته شده هستند. دستورالعمل های سازنده را برای انجام کالیبراسیون دنبال کنید.
- Spindle را انتخاب کنید: انتخاب دوک به ویسکوزیته مایع و دامنه تنش های برشی که می خواهید اعمال کنید بستگی دارد. برای مایعات با ویسکوزیته بالا، ممکن است به یک اسپیندل بزرگتر نیاز باشد، در حالی که برای مایعات با ویسکوزیته پایین، معمولاً یک دوک کوچکتر کافی است.
- نمونه را آماده کنید: از همگن بودن نمونه و در دمای دلخواه مطمئن شوید. در صورت لزوم، از یک حمام با دمای کنترل شده برای حفظ دمای ثابت در طول اندازه گیری استفاده کنید.
- Spindle را نصب کنید: دوک انتخاب شده را با دقت روی ویسکومتر نصب کنید. مطمئن شوید که به درستی تراز و ایمن شده است.
اندازه گیری ویسکوزیته تحت تنش های برشی مختلف
اکنون که ویسکومتر راه اندازی شده است، می توانید اندازه گیری ویسکوزیته را تحت تنش های برشی مختلف شروع کنید. در اینجا به این صورت است:
- شرایط اولیه را تنظیم کنید: سرعت چرخش اولیه اسپیندل را تنظیم کنید. این نرخ برشی اولیه و تنش برشی را تعیین می کند. با سرعت کم شروع کنید و به تدریج آن را افزایش دهید.
- اندازه گیری کنید: هنگامی که دوک به چرخش حالت ثابت رسید، ویسکوزیته را اندازه گیری کنید. بیشتر ویسکومترها ویسکوزیته را مستقیماً روی صفحه نمایش می دهند. مقدار ویسکوزیته را همراه با سرعت دورانی مربوطه (نرخ برشی) و تنش برشی محاسبه شده ثبت کنید.
- تنش برشی را تغییر دهید: برای اعمال تنش برشی بیشتر، سرعت چرخش دوک را افزایش دهید. قبل از انجام یک اندازه گیری دیگر، منتظر بمانید تا سیستم به یک حالت ثابت جدید برسد. این فرآیند را برای چندین سرعت چرخشی مختلف تکرار کنید تا محدوده ای از مقادیر ویسکوزیته در تنش های برشی مختلف به دست آید.
تجزیه و تحلیل نتایج
پس از انجام اندازه گیری ها، نوبت به تجزیه و تحلیل نتایج می رسد. نموداری از ویسکوزیته در مقابل تنش برشی یا نرخ برشی رسم کنید. این نمودار که به عنوان منحنی جریان شناخته می شود، می تواند اطلاعات ارزشمندی در مورد رفتار سیال ارائه دهد.
- سیالات نیوتنی: برای سیالات نیوتنی، ویسکوزیته بدون توجه به تنش برشی ثابت می ماند. منحنی جریان یک خط افقی خواهد بود.
- برشی - مایعات رقیق کننده: در مورد سیالات برشی رقیق کننده با افزایش تنش برشی ویسکوزیته کاهش می یابد. منحنی جریان یک شیب رو به پایین را نشان خواهد داد.
- برشی - سیالات غلیظ کننده: سیال های برشی غلیظ کننده با افزایش تنش برشی ویسکوزیته فزاینده ای دارند. منحنی جریان دارای شیب رو به بالا خواهد بود.
با تجزیه و تحلیل منحنی جریان، می توانید نوع سیال و خواص جریان آن را تعیین کنید. از این اطلاعات می توان برای بهینه سازی فرآیندها، فرموله کردن محصولات و عیب یابی هر گونه مسائل مربوط به جریان استفاده کرد.
نکات و ترفندها
در اینجا چند نکته برای اطمینان از اندازه گیری دقیق و قابل اعتماد ویسکوزیته وجود دارد:
- کنترل دما: همانطور که قبلا ذکر شد، ویسکوزیته بسیار وابسته به دما است. اطمینان حاصل کنید که دمای نمونه را در طول فرآیند اندازه گیری کنترل کنید. حتی یک تغییر کوچک در دما می تواند به طور قابل توجهی بر ویسکوزیته تأثیر بگذارد.
- حجم نمونه: از حجم نمونه صحیح توصیه شده توسط سازنده ویسکومتر استفاده کنید. حجم نمونه ناکافی می تواند منجر به اندازه گیری های نادرست شود، به خصوص اگر دوک به طور کامل در مایع غوطه ور نباشد.
- تمیز کردن: پس از هر اندازه گیری، دوک را به طور کامل تمیز کنید تا هر نمونه 残留的 خارج شود. این از آلودگی متقاطع جلوگیری می کند و نتایج دقیق را برای اندازه گیری بعدی تضمین می کند.
- اندازه گیری های چندگانه: برای اطمینان از ثبات در هر تنش برشی چندین اندازه گیری انجام دهید. مقدار متوسط ویسکوزیته را برای کاهش خطا محاسبه کنید.
نتیجه گیری
اندازه گیری ویسکوزیته یک مایع تحت تنش های برشی مختلف با استفاده از ویسکومتر یک تکنیک ارزشمند برای درک خواص جریان سیالات است. با دنبال کردن مراحل ذکر شده در این وبلاگ، می توانید اندازه گیری دقیق و قابل اعتماد ویسکوزیته را به دست آورید و بینشی در مورد نحوه رفتار سیال در موقعیت های مختلف دنیای واقعی به دست آورید.
اگر به دنبال یک ویسکومتر هستید یا به اطلاعات بیشتری در مورد اندازه گیری ویسکوزیته نیاز دارید، در تماس با آن درنگ نکنید. ما اینجا هستیم تا به شما کمک کنیم تا راه حل مناسب برای نیازهای خاص خود پیدا کنید. چه یک آزمایشگاه در مقیاس کوچک یا یک کارخانه تولیدی در مقیاس بزرگ باشید، ما تخصص و محصولاتی برای پشتیبانی از نیازهای اندازه گیری ویسکوزیته شما داریم. امروز با ما تماس بگیرید تا بحث خرید را شروع کنید و تجزیه و تحلیل مایع خود را به سطح بعدی ببرید.
مراجع
- ASTM D2196 - 18، روشهای تست استاندارد برای خواص رئولوژیکی مواد غیر نیوتنی توسط ویسکومتر چرخشی.
- بارنز، HA، هاتون، JF، و والترز، K. (1989). مقدمه ای بر رئولوژی. علم الزویر.