Hej där! Som viskosimeterleverantör får jag ofta frågan om hur man mäter en vätskas viskositet under olika skjuvspänningar med hjälp av en viskosimeter. Det är ett avgörande ämne, särskilt för industrier som livsmedel, kosmetika och läkemedel, där flytande egenskaper hos vätskor avsevärt kan påverka produktkvaliteten. I den här bloggen går jag igenom processen steg för steg och delar med mig av några tips och tricks på vägen.
Vad är viskositet och skjuvspänning?
Innan vi dyker in i mätprocessen, låt oss snabbt gå igenom vad viskositet och skjuvspänning är. Viskositet är ett mått på en vätskas motstånd mot flöde. Tänk på det som hur "tjock" eller "tunn" en vätska är. Honung har till exempel hög viskositet eftersom den flyter långsamt, medan vatten har låg viskositet och flyter lätt.
Skjuvspänning, å andra sidan, är kraften per ytenhet som får en vätska att deformeras eller flyta. När du rör om en vätska, applicerar du skjuvspänning på den. Förhållandet mellan skjuvspänning och den resulterande deformationshastigheten (skjuvhastighet) är det som bestämmer en vätskas viskositet.
Varför mäta viskositet under olika skjuvspänningar?
Många vätskor, särskilt icke-newtonska vätskor, har viskositeter som ändras beroende på den skjuvspänning som appliceras. Icke-newtonska vätskor kan klassificeras i olika typer, såsom skjuvning - förtunning (viskositeten minskar med ökande skjuvspänning), skjuvning - förtjockning (viskositeten ökar med ökad skjuvspänning) och viskoelastiska (uppvisar både elastiska och viskösa egenskaper).
Att mäta viskositet under olika skjuvspänningar hjälper oss att förstå hur en vätska kommer att bete sig i olika verkliga situationer. Till exempel, i en tillverkningsprocess där en vätska pumpas genom rör eller blandas i en tank, kan skjuvspänningen variera. Genom att känna till viskositeten vid olika skjuvspänningar kan vi optimera processen och säkerställa konsekvent produktkvalitet.
Att välja rätt viskosimeter
Det finns flera typer av viskometer tillgängliga, men för att mäta viskositet under olika skjuvspänningar,Rotationsviskosimeterär ofta det bästa valet. En rotationsviskosimeter fungerar genom att rotera en spindel eller bob i vätskan och mäta det vridmoment som krävs för att bibehålla rotationen. Vridmomentet är relaterat till skjuvspänningen och rotationshastigheten är relaterat till skjuvhastigheten.
När du väljer en rotationsviskosimeter, överväg faktorer som intervallet av viskositeter du behöver mäta, den noggrannhet som krävs och vilken typ av prover du ska testa. Vissa viskosimeter kommer också med ytterligare funktioner som temperaturkontroll, vilket kan vara viktigt eftersom viskositeten är mycket temperaturberoende.
Ställa in viskosimetern
När du väl har valt rätt viskosimeter är det dags att ställa in den. Här är de allmänna stegen:
- Kalibrering: Innan du använder viskosimetern är det viktigt att kalibrera den. Detta säkerställer att mätningarna är korrekta. De flesta viskosimetrar kommer med kalibreringsvätskor med känd viskositet. Följ tillverkarens instruktioner för att utföra kalibreringen.
- Välj spindeln: Valet av spindel beror på vätskans viskositet och intervallet av skjuvspänningar du vill applicera. För vätskor med hög viskositet kan en större spindel krävas, medan för vätskor med låg viskositet vanligtvis räcker med en mindre spindel.
- Förbered provet: Se till att provet är homogent och har önskad temperatur. Använd vid behov ett temperaturkontrollerat bad för att hålla en konstant temperatur under mätningen.
- Installera spindeln: Montera försiktigt den valda spindeln på viskosimetern. Se till att den är korrekt inriktad och säkrad.
Mätning av viskositet under olika skjuvspänningar
Nu när viskosimetern är inställd kan du börja mäta viskositeten under olika skjuvspänningar. Så här gör du:
- Ställ in de ursprungliga villkoren: Ställ in spindelns initiala rotationshastighet. Detta kommer att bestämma den initiala skjuvhastigheten och skjuvspänningen. Börja med låg hastighet och öka den gradvis i steg.
- Ta mätningar: När spindeln har nått en stabil rotation, gör en viskositetsmätning. De flesta viskosimeter visar viskositeten direkt på skärmen. Anteckna viskositetsvärdet tillsammans med motsvarande rotationshastighet (skjuvhastighet) och den beräknade skjuvspänningen.
- Ändra skjuvspänningen: Öka spindelns rotationshastighet för att applicera en högre skjuvspänning. Vänta tills systemet når ett nytt stabilt tillstånd innan du gör en ny mätning. Upprepa denna process för flera olika rotationshastigheter för att erhålla en rad viskositetsvärden vid olika skjuvspänningar.
Analysera resultaten
Efter att ha tagit mätningarna är det dags att analysera resultaten. Rita en graf över viskositet kontra skjuvspänning eller skjuvhastighet. Denna graf, känd som en flödeskurva, kan ge värdefull information om vätskans beteende.
- Newtonska vätskor: För newtonska vätskor förblir viskositeten konstant oavsett skjuvspänningen. Flödeskurvan kommer att vara en horisontell linje.
- Skjuvning - Förtunningsvätskor: Vid skjuvförtunningsvätskor minskar viskositeten när skjuvspänningen ökar. Flödeskurvan kommer att visa en nedåtgående lutning.
- Skjuvning - Förtjockningsvätskor: Skjuvning - förtjockningsvätskor har en ökande viskositet med ökande skjuvspänning. Flödeskurvan kommer att ha en uppåtgående lutning.
Genom att analysera flödeskurvan kan du bestämma typen av vätska och dess flödesegenskaper. Denna information kan användas för att optimera processer, formulera produkter och felsöka eventuella flödesrelaterade problem.
Tips och tricks
Här är några tips för att säkerställa korrekta och tillförlitliga viskositetsmätningar:
- Temperaturkontroll: Som nämnts tidigare är viskositeten mycket temperaturberoende. Se till att kontrollera temperaturen på provet under hela mätprocessen. Även en liten temperaturförändring kan avsevärt påverka viskositeten.
- Provvolym: Använd korrekt provvolym som rekommenderas av viskosimetertillverkaren. Otillräcklig provvolym kan leda till felaktiga mätningar, särskilt om spindeln inte är helt nedsänkt i vätskan.
- Rengöring: Efter varje mätning, rengör spindeln noggrant för att ta bort eventuellt 残留的-prov. Detta förhindrar korskontaminering och säkerställer korrekta resultat för nästa mätning.
- Flera mätningar: Gör flera mätningar vid varje skjuvspänning för att säkerställa konsistens. Beräkna det genomsnittliga viskositetsvärdet för att minska felet.
Slutsats
Att mäta en vätskas viskositet under olika skjuvspänningar med hjälp av en viskosimeter är en värdefull teknik för att förstå vätskors flödesegenskaper. Genom att följa stegen som beskrivs i den här bloggen kan du få korrekta och pålitliga viskositetsmätningar och få insikter om hur vätskan kommer att bete sig i olika verkliga situationer.
Om du är ute efter en viskosimeter eller behöver mer information om viskositetsmätning, tveka inte att höra av dig. Vi finns här för att hjälpa dig hitta rätt lösning för dina specifika behov. Oavsett om du är ett småskaligt laboratorium eller en storskalig tillverkningsanläggning har vi expertis och produkter för att stödja dina krav på viskositetsmätning. Kontakta oss idag för att starta en upphandlingsdiskussion och ta din vätskeanalys till nästa nivå.
Referenser
- ASTM D2196 - 18, standardtestmetoder för reologiska egenskaper hos icke-newtonska material med rotationsviskosimeter.
- Barnes, HA, Hutton, JF, & Walters, K. (1989). En introduktion till reologi. Elsevier Vetenskap.