Máy đo độ nhớt là một dụng cụ đo lưu lượng chất lỏng và độ nhớt của chất lỏng. Độ nhớt của chất lỏng ảnh hưởng đến hiệu suất của nó, cho dù nó được bơm hay đường ống, hoặc được ngâm tẩm và tráng.
Vì vậy, đo độ nhớt phù hợp với nhiều loại vật liệu, bao gồm:
Dầu
nhựa
sơn
lớp áo
Dính
thứ gì đó
nhựa đường
Đo đặc tính độ nhớt và dòng chảy cũng phù hợp để sản xuất các sản phẩm tiêu dùng thông thường như thực phẩm và đồ uống, kem đánh răng, mỹ phẩm và dầu gội.
Máy đo độ nhớt làm gì?
Máy đo độ nhớt đo độ nhớt và đặc tính dòng chảy của chất lỏng và có nhiều ứng dụng đo các đặc tính này của các chất và vật liệu khác nhau.
Ví dụ về các ứng dụng này bao gồm:
Giám sát độ nhớt của mứt và xi-rô trong quá trình sản xuất gia vị thực phẩm để đảm bảo tính nhất quán của lô
Phân tích đặc tính dòng chảy của sữa khi thiết kế hệ thống đường ống dẫn sữa
Đo mô hình dòng chảy của dầu động cơ trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau
Kiểm tra độ nhớt của mực máy in phun.
Độ nhớt rất quan trọng trong việc bôi trơn máy. Nếu nó quá thấp, sẽ có quá nhiều sự tiếp xúc giữa các bộ phận bên trong và do đó bị mòn. Nếu quá cao, nó buộc máy phải làm việc nhiều hơn để vượt qua lực cản chảy bên trong của chất bôi trơn.
Độ nhớt là gì?
Độ nhớt là thước đo khả năng chống chuyển động của vật liệu khi có lực tác dụng.
Ví dụ, nếu bạn bóp một ống kem đánh răng thì chất bên trong sẽ chảy ra khỏi đầu ống dễ dàng như thế nào?
Có công thức đo độ nhớt:
Độ nhớt=ứng suất cắt/tốc độ cắt.
Bạn thể hiện kết quả của công thức này bằng centipoise (cP). Centipoise tương đương với 1 mPa s (milliPascal giây).
Điều này áp dụng cho độ nhớt tuyệt đối. Đối với độ nhớt động học, phép đo sẽ khác, như chúng tôi sẽ giải thích sau.
Ứng suất cắt là lực trên một đơn vị diện tích cần thiết để di chuyển một lớp chất lỏng so với lớp khác.
Tốc độ cắt là thước đo sự thay đổi vận tốc trong chuyển động của các lớp trung gian so với nhau.
Đối với nhiều chất lỏng, ứng suất gây ra dòng chảy tỷ lệ thuận với tốc độ biến dạng cắt. Đối với một chất lỏng nhất định, ứng suất cắt chia cho tốc độ cắt là không đổi ở nhiệt độ cụ thể.
Hằng số này là độ nhớt động hoặc độ nhớt tuyệt đối. Nhưng bạn cũng có thể gọi đơn giản nó là độ nhớt của vật liệu.
Một cách đơn giản để nghĩ về độ nhớt là độ dày của chất lỏng, nhưng khi bạn nhìn vào chất lỏng có mật độ khác nhau, cách rõ ràng nhất để mô tả độ nhớt là khả năng chống chảy.
Tại sao đo độ nhớt lại quan trọng?
Các điều kiện xử lý vật liệu rất quan trọng cả trong quá trình sản xuất và sử dụng cuối cùng.
Độ nhớt của vật liệu cũng là thước đo gián tiếp hữu ích về các đặc tính của nó, chẳng hạn như trọng lượng phân tử và mật độ. Những tính chất vật liệu này ảnh hưởng đến hành vi dòng chảy.
Đo độ nhớt là một phần quan trọng trong việc kiểm soát chất lượng và tính nhất quán của mẻ.
Đo độ nhớt cũng rất quan trọng vì không phải tất cả chất lỏng đều hoạt động giống nhau.
Nhìn chung, có hai loại:
Newton
Không phải Newton.
Newton đề cập đến định luật độ nhớt của Newton, đây là công thức đã được thiết lập để đo nó.
Trong chất lỏng Newton, độ nhớt không đổi bất kể sự thay đổi tốc độ cắt.
Ví dụ điển hình của chất lỏng Newton bao gồm nước và dầu động cơ.
Tuy nhiên, trong chất lỏng phi Newton, độ nhớt dao động. Những chất lỏng này bao gồm các loại sau:
nhựa
sự giả tạo
lưu biến học
chất xúc tác
sự bành trướng
Một ví dụ hàng ngày về chất lỏng phi Newton là nước sốt cà chua, chất lỏng này sẽ trở nên loãng hơn khi bạn lắc chai. Bột cà chua có đặc tính làm loãng khi cắt vì độ nhớt của nó giảm khi ứng suất cắt tăng.
Động học và độ nhớt tuyệt đối
Có hai cách để thể hiện độ nhớt:
Vận động học
tuyệt đối
Bạn có thể đo độ nhớt động học bằng cách quan sát khả năng chống chảy của chất lỏng dưới tác động của trọng lực.
Bạn có thể đo độ nhớt tuyệt đối bằng cách đo khả năng chống chảy dưới tác dụng của lực bên ngoài và được kiểm soát.
Hai cách biểu thị độ nhớt cũng khác nhau về số đo.
Độ nhớt động học được đo bằng centistokes (CSt)
Độ nhớt tuyệt đối được đo bằng centipoise (cP).
Có những loại nhớt kế nào?
Có hai phương pháp cơ bản để đo độ nhớt:
Hoặc một vật đi qua một vật đứng yên hoặc vật chất chảy qua một vật đứng yên.
Với một trong hai phương pháp, bạn có thể đo lực cản dòng chảy bằng cách ghi lại thời gian cần thiết để hoạt động xảy ra.
Có nhiều loại nhớt kế sử dụng một trong hai phương pháp sau:
nhớt kế mao quản hoặc thủy tinh
nhớt kế quay
Nhớt bi rơi và nhớt kế piston rơi.
Máy đo độ nhớt đo độ nhớt Newton.
Ngoài ra còn có máy đo lưu biến để đo độ nhớt phi Newton, sử dụng nhiều thông số cho phép đo của chúng.
nhớt kế mao quản
Bạn sẽ thường tìm thấy nhớt kế mao quản trong phòng thí nghiệm. Đây là một ống thủy tinh hình chữ u (tên gọi khác là nhớt kế ống chữ u).
Quá trình đo độ nhớt bao gồm việc ngâm ống thủy tinh vào bể được kiểm soát nhiệt độ, thường là 40 hoặc 100 độ.
Có một chỉ số thời gian chính xác, được đo bằng giây, về khoảng thời gian cần thiết để một lượng chất lỏng cố định chảy trong ống chữ U giữa hai điểm được đánh dấu.
Bạn có thể đạt được dòng chảy này thông qua lực hút hoặc trọng lực.
Khi bạn có số đo này, bạn có thể nhân nó với một hằng số dành riêng cho loại ống bạn đang sử dụng và nó sẽ tính toán:
Độ nhớt động học (nếu sử dụng phương pháp hút) hoặc
Độ nhớt tuyệt đối (nếu sử dụng trọng lực.
nhớt kế quay
Loại nhớt kế này sử dụng một thiết bị quay gọi là trục xoay mà bạn nhúng vào chất lỏng đang kiểm tra.
Mô-men xoắn trên trục quay của trục chính sau đó sẽ đo khả năng chống chảy của chất lỏng.
Một nhớt kế quay đo độ nhớt tuyệt đối của chất lỏng.
Điều này sử dụng một trục chính được điều khiển bằng điện từ để tạo ra chuyển động quay trong chất lỏng, loại bỏ hệ số ma sát ổ trục của trục chính điện.
Nhớt bi rơi và nhớt piston rơi
Đây không phải là phương pháp đo độ nhớt phổ biến. Trong bài kiểm tra độ nhớt bi rơi và piston rơi, một quả bóng hoặc piston rơi vào chất lỏng và bạn đo thời gian giữa các điểm được đánh dấu.
Tuy nhiên, để làm được điều này, bạn phải biết vận tốc, kích thước và mật độ cuối cùng của quả bóng hoặc piston mà bạn đang sử dụng.
máy đo lưu biến
Lưu biến học là nghiên cứu về dòng chảy của vật chất, thường là chất lỏng, nhưng cũng áp dụng cho một số chất rắn. Nó xem xét cách vật liệu phản ứng với dòng chảy và phản ứng với các lực tác dụng.
Về mặt kỹ thuật, độ nhớt thuộc phạm trù kỹ thuật rộng hơn của lưu biến.
Máy đo lưu biến là lý tưởng để đo độ nhớt của chất lỏng phi Newton. Chúng hoạt động tương tự như nhớt kế nhưng có phạm vi ứng dụng rộng hơn.
Điều này là do chất lỏng phi Newton có đặc tính lưu biến phức tạp hơn chất lỏng Newton, thay đổi độ nhớt của chúng khi bạn tác dụng lực lên chúng.
Có bốn loại máy đo lưu biến:
ống mao dẫn
xoay động
mô-men xoắn
dao động
Máy đo độ nhớt mao quản và quay tương tự như máy đo độ nhớt tương ứng.
Máy đo lưu biến mô-men xoắn đo mô-men xoắn trên trục vít hoặc động cơ trộn, cho biết độ khó của việc trộn vật liệu mẫu.
Máy đo lưu biến dao động gây ra biến dạng cắt hình sin trong vật liệu mẫu, đặt chúng giữa hai tấm và đo hiệu ứng xoắn.
Sự khác biệt chính giữa máy đo lưu biến và máy đo độ nhớt là máy đo lưu biến có xu hướng tác dụng một số dạng lực cắt lên chất mà chúng đang thử nghiệm.
Bạn chuẩn bị mẫu để đo như thế nào?
Trong cả phép đo lưu biến và độ nhớt, việc chuẩn bị mẫu đều ảnh hưởng đến kết quả đo.
Điều này đặc biệt đúng khi đo mẫu ở tốc độ cắt thấp.
Điều quan trọng là không lắc hoặc khuấy mẫu trước khi đo vì điều này sẽ khiến mẫu chịu tải trọng cắt không xác định trừ khi mẫu có cặn hoặc một số phần tách rời khác. Trong trường hợp này, phải sử dụng các phương pháp và công cụ phù hợp để khuấy hoặc lắc.
Phương pháp ứng dụng của bạn cũng phải nhất quán, chẳng hạn như thìa hoặc thìa.
Ứng dụng pipet hoặc ống tiêm chỉ thích hợp để sử dụng với dầu, nhựa hoặc dung môi. Cũng như các chất khác, các phương pháp ứng dụng này có thể làm tăng tải trọng cắt, do đó làm giảm kết quả đo và sai lệch.
Cố gắng đảm bảo không có bọt khí vì chúng có thể mô phỏng hành vi phi Newton và đưa ra các phép đo sai.
Thể tích mẫu bạn sử dụng phải phù hợp với phương pháp đo bạn sử dụng. Quá nhiều hoặc quá ít mẫu có thể dẫn đến sai số trong phép đo.
Thực hiện theo hướng dẫn về thời gian chờ đợi. Quá trình chuẩn bị làm căng mẫu và yêu cầu thời gian phục hồi. Khi hệ thống đo lường đã sẵn sàng, cấu trúc mẫu có thể cần phải được tạo lại trước khi có thể thực hiện các phép đo chính xác.
Bạn cũng phải đảm bảo không để mẫu bị khô vì điều này có thể khiến số đo của bạn quá cao.
Những yếu tố nào ảnh hưởng đến phép đo độ nhớt?
Mặc dù quá trình đo độ nhớt của chất lỏng có vẻ đơn giản nhưng có một số yếu tố cần xem xét liệu các phép đo này có chính xác hay không.
Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng. Chức năng của bể ổn nhiệt là duy trì nhiệt độ chính xác trong suốt quá trình. Bạn có thể kiểm soát nhiệt độ bồn tắm trong khoảng 002 độ so với nhiệt độ mong muốn (thường là 40 hoặc 100 độ ).
Hệ thống bồn tắm được kiểm soát nhiệt độ giúp bạn thực hiện việc này dễ dàng hơn.
Trong nhớt kế mao quản, đường kính của kính hình chữ U phải chính xác để đo chính xác. Do đó, những loại kính này thường được sản xuất bằng kính borosilicate có độ giãn nở thấp. Điều này giúp giảm thiểu sai sót và hiệu chuẩn lại nhớt kế mao quản hàng năm.
Điều quan trọng nữa là phải rửa sạch và lau khô kỹ giữa các lần đo bằng dung môi không tồn dư.
Máy đo độ nhớt có kích thước khác nhau để đo các loại độ nhớt khác nhau. Bất kể kích thước của thiết bị, ông khuyến nghị rằng thời gian tối thiểu mà nhớt kế cần thực hiện phép đo là 200 giây. Điều này cho phép chất lỏng đi qua giữa các điểm được đánh dấu.
Những ngành công nghiệp nào được hưởng lợi từ nhớt kế và máy đo lưu biến?
Máy đo độ nhớt và máy đo lưu biến được sử dụng trong nhiều ngành và lĩnh vực khác nhau.
Bao gồm các:
Dược phẩm, Công nghệ sinh học và Nghiên cứu lâm sàng
Hóa dầu và Dầu mỏ
ăn kiêng
Công nghiệp hóa chất
Sắc đẹp và Mỹ phẩm
thu thập bằng chứng
Kiểm tra môi trường
R&D sản xuất.
Dưới đây là một vài ví dụ về ứng dụng đo độ nhớt trong các ngành công nghiệp khác nhau.
Dính
Đo độ nhớt rất quan trọng trong việc sản xuất chất kết dính. Tùy thuộc vào loại chất kết dính và ứng dụng cuối cùng của nó, nó cần chảy ở tốc độ tối ưu nhất định.
Chất kết dính có độ nhớt thấp chảy tự do hơn chất kết dính có độ nhớt cao. Đối với một số người, mục tiêu là làm cho chất kết dính cố định ở một nơi chắc chắn hơn, trong khi đối với những người khác, mục tiêu là làm cho chất kết dính lan rộng hơn.
đồ ăn
Trong ngành công nghiệp thực phẩm, đo độ nhớt giúp tối đa hóa hiệu quả sản xuất và đảm bảo hiệu quả chi phí.
Khi sản phẩm được vận chuyển bằng đường ống như một phần của quá trình sản xuất, độ nhớt ảnh hưởng đến tốc độ vận chuyển này và thời gian để đông kết hoặc làm khô các sản phẩm thực phẩm khác nhau hoặc mất bao lâu để phân phối chúng vào bao bì.
Độ nhớt có thể có tác động rất lớn đến quá trình sản xuất thực phẩm và là yếu tố chính góp phần tạo nên kết cấu thực phẩm.
Bất kỳ sự không nhất quán nào giữa các lô đều có thể dẫn đến sản phẩm không đáp ứng các tiêu chuẩn của người tiêu dùng.
Dầu
Độ nhớt rất quan trọng trong dầu. Nó sẽ xác định hiệu quả bịt kín của dầu và mức tiêu thụ của nó.
Độ nhớt của dầu ảnh hưởng đến nhiệt độ liên quan đến ma sát nhiệt của vòng bi, bộ bánh răng và xi lanh. Nó sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả của máy móc cũng như tốc độ khởi động và chạy ở các nhiệt độ khác nhau.
Bạn đo độ nhớt động học của một loại dầu, từ đó cung cấp cho bạn chỉ số độ nhớt (VI) của loại dầu đó. Dầu có VI cao hơn sẽ hiệu quả hơn, do đó giảm mức tiêu thụ và giảm mài mòn khi bôi trơn.
Một yếu tố khác được đo trong dầu là khả năng chống cắt trong quá trình bôi trơn thủy động lực.
Điều quan trọng là độ nhớt của dầu phải phù hợp với điều kiện nhiệt độ, tốc độ và tải trọng của các bộ phận được bôi trơn.
cụ thể
Trong ngành bê tông, độ nhớt dẻo và ứng suất chảy của bê tông rất quan trọng đối với khả năng làm việc và khả năng đổ của nó.
Các đặc tính lưu biến của bê tông quyết định chất lượng cơ học, độ bền và chất lượng tổng thể của nó.
Để đảm bảo tính bền vững của kết cấu bê tông và khả năng sử dụng của bê tông trong quá trình thi công thì bê tông phải có độ nhớt phù hợp.
mỹ phẩm
Trong ngành làm đẹp và mỹ phẩm, đo độ nhớt là yếu tố chính để kiểm soát chất lượng.
Ví dụ, son dưỡng môi phải có độ nhớt cao để đảm bảo bám dính vào da đúng cách và bảo vệ da.
Mặt khác, thuốc xịt cơ thể yêu cầu độ nhớt thấp để chảy tự do và đều từ bộ phân phối của chúng.
Khi các công ty mỹ phẩm mô tả sản phẩm là sang trọng, những sản phẩm này có nhiều khả năng yêu cầu độ nhớt cao hơn để củng cố ấn tượng này.
Bạn có thể sử dụng nhớt kế mao quản để kiểm tra độ nhớt của nhiều hợp chất mỹ phẩm gốc dầu và nước vì chúng là chất lỏng Newton. Nhưng các hợp chất khác sẽ có đặc tính phi Newton và sẽ yêu cầu thử nghiệm lưu biến.
Vì vậy, điều quan trọng là chọn loại nhớt kế hoặc máy đo lưu biến phù hợp dựa trên phạm vi nhu cầu của bạn.
Làm thế nào để chọn một nhớt kế?
Như chúng ta đã thấy, nhớt kế và lưu biến kế có rất nhiều ứng dụng.
Những yếu tố nào cần được xem xét khi lựa chọn một thiết bị đo độ nhớt?
Bạn cần đo loại độ nhớt nào, độ nhớt tuyệt đối, độ nhớt động học hay cả hai?
Bạn sẽ thực hiện công việc của mình ở đâu, trong môi trường phòng thí nghiệm, khi đang di chuyển hay ở nơi nào khác?
Mức độ phức tạp hoặc biến đổi của vật liệu bạn muốn đo?
Nói chung, lưu biến kế linh hoạt hơn và đắt hơn nhớt kế, nhưng lưu biến kế sẽ đo chất lỏng phi Newton.
Khi nói đến các loại nhớt kế và lưu biến kế, có rất nhiều loại dụng cụ khác nhau, bao gồm:
Máy đo độ nhớt cầm tay cầm tay
nhớt kế mao quản thủy tinh
nhớt kế quay
Máy đo lưu biến vòng bi và vòng bi không khí.
