Nguyên Lý đo độ Nhớt Và Yếu Tố ảnh Hưởng

Share on FacebookShare on TwitterShare on LinkedinShare on PinterestShare on Xing

Độ nhớt là gì?

Độ nhớt là một thông số chính khi thực hiện bất kỳ phép đo lưu lượng chất lỏng, chẳng hạn như chất lỏng, bán rắn, khí và thậm chí cả các chất rắn. Brookfield thực hiện đo độ nhớt chất lỏng và chất rắn bán. Đo độ nhớt được thực hiện kết hợp với chất lượng sản phẩm và hiệu quả. Bất cứ vấn đề liên quan đến đặc điểm dòng chảy trong nghiên cứu và phát triển, kiểm soát chất lượng hoặc chuyển chất lỏng tại lúc này hay lúc khác được tham gia với một số loại đo độ nhớt.

Nhiều nhà sản xuất hiện nay coi độ nhớt (viscometers) như một phần quan trọng của chương trình nghiên cứu, phát triển, và kiểm soát quá trình của họ. Họ biết rằng các phép đo độ nhớt thường là cách nhanh nhất, chính xác nhất và đáng tin cậy nhất để phân tích một số yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hiệu suất sản phẩm.

Mối quan hệ lưu biến học giúp chúng ta hiểu được các chất lỏng, Brookfield đang làm việc về mối quan hệ này để chúng ta có thể hoặc là biết làm thế nào các chất lỏng đang hoạt động ra sao hoặc buộc các chất lỏng phải hoạt động theo nhu cầu của chúng ta.

Có rất nhiều kỹ thuật khác nhau để đo độ nhớt, mỗi kỹ thuật sẽ phù hợp với hoàn cảnh và các tài liệu cụ thể. Việc lựa chọn các máy đo độ nhớt ngay từ đầu để đáp ứng nhu cầu của bất kỳ ứng dụng nào là một điều khó khăn. Thiết bị ngày nay khác nhau từ đơn giản đến phức tạp: từ đếm giây cho một chất lỏng thoát ra khỏi que khuyấy để ghi nhận kết quả rất tinh vi đến các thiết bị kiểm soát. Điều này đặt người sử dụng máy đo độ nhớt trong một vị trí mà người sử dụng phải dùng kinh nghiệm đánh giá của mình trong những hiện tượng liên quan đến dòng chảy, kết hợp với các nhà sản xuất thiết bị phải “biết làm thế nào xác định và kinh nghiệm”, phải được đưa ra để xác định máy đo độ nhớt phù hợp.

Brookfield Engineering Laboratories trong hơn 75 năm qua đã đi tiên phong trong việc phát triển các thiết bị đo để đo độ nhớt và xử lý dữ liệu và kích thích sự phát triển của khoa học. Chúng ta có những điều kiện tiên quyết “biết làm thế nào xác định và kinh nghiệm” giúp bạn lựa chọn các máy đo độ nhớt thích hợp để kiểm soát quá trình của bạn.

Tại sao phải đo lưu biến học?

Bất cứ ai bắt đầu quá trình học tập để suy nghĩ theo logic lưu biến thì phải đặt câu hỏi đầu tiên là:” Tại sao tôi phải làm một phép đo độ nhớt?” Câu trả lời nằm trong những kinh nghiệm của hàng ngàn người đã thực hiện phép đo như vậy, hiển thị thông tin về hành vi và tiên đoán rất hữu ích cho các sản phẩm khác nhau có thể đạt được, cũng như kiến ​​thức về tác động của lưu biến, thay đổi công thức, các hiện tượng lão hóa, vv

Một lý do thường xuyên cho việc đo lường các đặc tính lưu biến có thể được tìm thấy là trong các khu vực kiểm soát chất lượng sản phẩm (điển hình là phòng QC) mà nguyên vật liệu phải được thống nhất. Với mục đích này, hành vi của dòng chảy là một biện pháp gián tiếp của sự nhất quán và chất lượng sản phẩm.

Một lý do khác cho việc thực hiện các nghiên cứu hành vi của dòng chảy là một đánh giá trực tiếp của processability có thể thu được. Ví dụ, một chất lỏng có độ nhớt cao đòi hỏi nhiều năng lượng để bơm hơn một độ nhớt thấp. Biết tính lưu biến của nó sẽ rất hữu ích khi thiết kế hệ thống bơm và đường ống.

Nó đã được gợi ý rằng lưu biến là phương pháp nhạy cảm nhất đối với đặc tính vật liệu vì hành vi lưu lượng đáp ứng với các đặc tính như trọng lượng phân tử và phân bổ trọng lượng phân tử. Mối quan hệ này rất hữu ích trong tổng hợp polymer. Ví dụ, bởi vì nó cho phép nhìn thấy sự khác biệt tương đối mẫu mà không làm cần làm các phép đo trọng lượng phân tử.

Đo lưu biến cũng rất hữu ích trong việc theo quá trình phản ứng hóa học. Đo như vậy có thể được sử dụng như là một kiểm tra chất lượng trong quá trình sản xuất, giám sát hoặc kiểm soát một quá trình. Đo lưu biến cho phép nghiên cứu các phương pháp xử lý hóa chất, cơ khí, và nhiệt; Ảnh hưởng của các chất phụ gia, hoặc quá trình của một phản ứng đo độ đông cứng. Chúng cũng là một cách để dự đoán và kiểm soát một loạt các đặc tính sản phẩm, hiệu suất sử dụng cuối cùng và hành vi của vật liệu.

Đối phó với hệ lưu biến học

Lưu biến được định nghĩa bằng từ điển Webster như các nghiên cứu về sự thay đổi trong hình thức và các dòng chảy của vật chất gồm đàn hồi, độ nhớt và độ dẻo. Brookfield tiếp tục xác định độ nhớt là ma sát nội bộ của một chất lỏng, do thu hút phân tử mà làm cho nó chống lại xu hướng chảy.

Máy đo độ nhớt của Brookfield là đo độ ma sát này và do đó có chức năng như một công cụ của lưu biến. Như vậy mục đích của nội dung này nhằm giúp cho bạn hiểu rằng máy đo độ nhớt Brookfield là một công cụ lưu biến để cho phép bạn thực hiện một phân tích chi tiết của hầu như bất kỳ chất lỏng. Đây là thông tin hữu ích cho tất cả người sử dụng đo độ nhớt, đặc biệt là những người tôn trọng những trường học lý thuyết và tư tưởng học thuật về đo lường độ nhớt.

Tính nhớt khi đo độ nhớt

Độ nhớt là thước đo của sự ma sát nội bộ của một chất lỏng. Ma sát này trở nên rõ ràng khi di chuyển một lớp chất lỏng đến một lớp khác. Việc ma sát nhiều hơn, lực lớn hơn số lượng của lực cần thiết để gây ra chuyển động này được gọi là trượt (shear). Trượt xảy ra bất cứ khi nào các chất lỏng là chất chuyển hoặc phân phối như rót, trải ra, phun, trộn, vv chất lỏng nhớt cao do đó đòi hỏi nhiều lực hơn để di chuyển hơn so với vật liệu ít nhớt.

Isaac Newton xác định độ nhớt bằng cách dựa trên mô hình đại diện trong hình trên. Hai mặt phẳng song song của chất lỏng của khu vực bằng A được ngăn cách bởi một khoảng cách dx và đang di chuyển cùng hướng với vận tốc khác nhau V1 và V2 . Newton cho rằng các lực cần thiết để duy trì sự khác biệt trong tốc độ tỉ lệ với sự khác biệt về tốc độ thông qua các chất lỏng, hoặc gradient vận tốc. Để thể hiện điều này, Newton đã viết: trong đó h là một hằng số cho một loại vật liệu nhất định và được gọi là độ nhớt của nó.

Vận tốc gradient, dv/dx là thước đo sự thay đổi về tốc độ mà tại đó các lớp trung gian di chuyển đối với nhau. Nó mô tả những kinh nghiệm xé lỏng và do đó được gọi là tốc độ trượt . Điều này sẽ được ký hiệu là S trong các cuộc thảo luận tiếp theo. Đơn vị đo lường của nó được gọi là nghịch đảo thứ hai (giây -1 ).

Thuật ngữ F/A chỉ lực trên một đơn vị arearequired để sinh ra các hành động trượt. Nó được gọi là ứng suất cắt và sẽ được biểu tượng bằng F ‘ . Đơn vị của nó đo lường là dynes mỗi centimet vuông (dynes / cm 2 ).

Sử dụng những từ ngữ đơn giản, độ nhớt có thể được định nghĩa toán học bằng công thức này:

F′ shear stress η (độ trượt) = Viscosity = ————— = ———————————————— S shear rate

Các đơn vị cơ bản của phép đo độ nhớt là sự cân nhau . Một vật liệu đòi hỏi một ứng suất cắt của một dyne mỗi cm vuông để tạo ra tốc độ cắt của một giây đối ứng có độ nhớt của một sự cân nhau hoặc 100 centipoise. Bạn sẽ gặp phải đo độ nhớt hiện trong Pascal-giây (Pa • s) hoặc milli-Pascal-giây (mPa · s); đây là những đơn vị của hệ thống quốc tế và đôi khi được sử dụng trong các ưu tiên cho các chỉ định Metric. Một Pascal-thứ hai là bằng mười sự cân nhau; một milli-Pascal – thứ hai là tương đương với một centipoise.

Newton cho rằng tất cả các vật liệu có, ở một nhiệt độ nhất định, độ nhớt mà là độc lập với tốc độ cắt. Nói cách khác, hai lần lực lượng sẽ chuyển dịch nhanh gấp hai lần.

Như chúng ta sẽ thấy, Newton đã chỉ đúng một phần.

 Chất lỏng NewTon

Những hành vi này dòng Newton giả định cho tất cả các chất lỏng được gọi là không đáng ngạc nhiên, Newton. Tuy nhiên, chỉ có một số loại hành vi lưu biến bạn có thể gặp phải. Một chất lỏng Newton được thể hiện trong hình bên dưới. Một đồ thị cho thấy rằng mối quan hệ giữa ứng suất cắt (F ‘) và tốc độ cắt (S) là một đường thẳng. Biểu đồ B cho thấy độ nhớt của chất lỏng vẫn không đổi là tốc độ cắt được thay đổi. Chất lỏng Newton điển hình bao gồm nước và các loại dầu động cơ mỏng.

Điều này có nghĩa là trong thực tế là ở nhiệt độ nhất định thì độ nhớt của chất lỏng Newton sẽ không thay đổi. Tiêu chuẩn độ nhớt Brookfield là Newton trong phạm vi của tỷ lệ trượt được tạo ra bởi thiết bị Brookfield; đó là lý do tại sao họ có thể sử dụng với tất cả các mô hình đo độ nhớt của chúng tôi.

Chất lỏng phi NewTon

Một chất lỏng phi Newton được định nghĩa một cách rộng rãi như là một mối quan hệ mà F ‘/ S không phải là một hằng số. Nói cách khác, khi tốc độ trượt rất đa dạng, ứng suất trượt không thay đổi trong tỷ lệ tương tự (hoặc thậm chí nhất thiết theo cùng một hướng). Độ nhớt của chất lỏng như vậy do đó sẽ thay đổi khi tốc độ trượt đa dạng. Như vậy, các thông số thực nghiệm của mô hình đo độ nhớt, trục chính và tốc độ tất cả đều có ảnh hưởng đến độ nhớt đo của một chất lỏng phi Newton. Độ nhớt đo này được gọi là độ nhớt biểu kiến của các chất lỏng và độ chính xác đạt được khi thông số thực nghiệm rõ ràng được trang bị và tuân thủ.

Dòng phi Newton có thể được hình dung là một hỗn hợp của các phân tử có hình dạng và kích cỡ khác nhau. Khi chúng đi qua nhau như xảy ra trong quá trình lưu lượng, kích thước, hình dạng, và sự cố kết sẽ xác định bao nhiêu lực là cần thiết để di chuyển chúng.

Những yếu tố ảnh hưởng đến đo độ nhớt

Nhiệt độ: Một trong những yếu tố rõ ràng nhất mà có thể có ảnh hưởng đến các thuộc tính lưu biến của vật liệu là nhiệt độ. Một số tài liệu chỉ ra rằng khi thay đổi nhiệt độ tương đối nhỏ sẽ dẫn đến một sự thay đổi đáng kể về độ nhớt.  Xem xét kiểm soát nhiệt độ trên độ nhớt là điều cần thiết trong việc đánh giá các nguyên liệu sẽ phải chịu sự thay đổi nhiệt độ trong sử dụng, chế biến chẳng hạn như các loại dầu động cơ, mỡ bôi trơn, chất kết dính và nóng chảy.

Tỷ lệ trượt (Shear Rate): Chất lỏng phi Newton có xu hướng được các quy luật hơn là ngoại lệ trong thế giới thực sự, làm một sự đánh giá về tác động của tốc độ trượt một điều cần thiết cho bất cứ ai tham gia vào các ứng dụng thực tế của dữ liệu lưu biến. Ví dụ là thảm họa để cố gắng bơm một chất lỏng dilatant thông qua một hệ thống, chỉ có nó đi vững chắc trong máy bơm rồi đưa toàn bộ quá trình dừng đột ngột. Trong khi đây là một ví dụ cực đoan, tầm quan trọng của hiệu ứng tốc độ trượt không nên đánh giá thấp.

Phương thức đo độ nhớt thông thường của máy đo độ nhớt Brookfield

Đầu tiên, bạn sẽ lựa chọn spindle phù hợp và điều chỉnh về tốc độ đo độ nhớt phù hợp và tiến hành đo mẫu ở thể tích 500ml. Vì máy đo độ nhớt của Brookfield khi xuất xưởng đều được hiệu chuẩn nên người dùng có thể dùng trực tiếp. Kết quả đo chính xác sẽ thể hiện độ cP và nhiệt độ. Thực hiện đo liên tục 3 lần tại cùng một mẫu trên cùng một nhiệt độ rồi lấy giá trị trung bình.

Đối với các mẫu giá trị cao, người nghiên cứu có độ nhớt dưới 15cP hoặc thể tích mẫu dưới 16ml hoặc cả hai thì cần sử dụng thêm UL Adapter để có được độ chính xác cao và hạn chế sai số hệ thống cao.